Automatisierte Laseranlage
Ein sauberer Schnitt
Nicht immer führen die herkömmlichen, alltäglichen Verfahren zum gewünschten Ziel. Dann lohnt es sich, ungewöhnliche Lösungsansätze zu durchdenken. So lassen sich die Bezüge für Autositzelemente mithilfe einer automatisierten Laseranlage ausschneiden, statt sie zu stanzen. Auf diese Weise erreichen Zulieferer für die Automobilindustrie mehr Flexibilität und ein qualitativ hochwertiges Ergebnis.
Bild: Kuka Industries GmbHProseat gehört zu den weltweit tätigen Herstellern von Sitzschäumen und Interieur Parts. Unter anderem beliefert das Unternehmen die Automobilindustrie mit Fertigteilen wie Sitzelementen.
Bild: KUKA Industries GmbH
Präzise, verschleißfrei und sauber
Die Bearbeitung mit Laser hat viele Vorteile. Das Laserschneiden ist ein berührungsloses Verfahren. Wo der Laserstrahl auf das Material trifft, verdampft es. Ein Gasstrom bläst die Stäube nach unten aus der Schnittfuge. Der Prozess ist präzise, verschleißfrei und sauber. In der Metallbearbeitung hat sich das Laserschneiden daher längst etabliert. Anders sieht es bei nicht-metallischen Stoffen aus. Nur wenige Anbieter haben sich bislang intensiv mit dem Thema auseinandergesetzt. "Dabei ist hier besonderes Expertenwissen gefragt, weil die Eigenschaften der Materialien ganz unterschiedlich sind", sagt Ralf Raimann, Sales Manager Laser CO2 bei Kuka Industries. Am Standort in Obernburg wird seit fast 20 Jahren an Lösungen getüftelt, mit denen sich verschiedene Materialien so effizient wie möglich bearbeiten lassen. Bereits 1998 realisierte das Unternehmen erste Laserautomationszellen für VW. Heute stehen mehr als 300 Anlagen bei verschiedenen Kunden. Zwei davon nun auch bei Proseat. Zum Einsatz kommt darin ein CO2-Laser, der sich mit einer Wellenlänge von 10,6µm gut für die Bearbeitung von organischen Materialien eignet. Im Gegensatz zum mechanischen Schneiden wirken keine Kräfte auf das Bauteil. Damit entsteht auch kein Verschleiß am Werkzeug. Und weil der Energieeintrag des CO2-Laserroboters exakt auf den jeweiligen Bearbeitungsprozess abgestimmt wird, entwickelt sich nur so viel Wärme wie nötig. Das spart Energie und Kosten und verhindert, insbesondere bei der Laserbearbeitung des Leders, üble Gerüche. Denn die entstehen vor allem, wenn es durch das thermische Verfahren am Rand der Schnittstelle zu Verbrennungen des Materials kommt - etwa, wenn mit falschen Prozessparametern das Material verbrannt statt verdampft wird. Um die beste Temperatur am Rande der Wärmeeinflusszone zu ermitteln, hat Kuka die Prozessparameter in vielen Tests mit unterschiedlichen Lederarten, mit Kunstleder und Textilien exakt ermittelt. Das Prozessgas ist hier gereinigte Druckluft, denn sie kann gezielt zugeführt werden. Das verdampfte Material lässt sich so umgehend aus dem Schneidspalt austreiben, die Schnittstelle wird zudem bestmöglich gekühlt. Auch die Anlagenvorrichtung wurde in diesen Tests exakt auf den Prozess abgestimmt.
Bild: Kuka Industries GmbHIntegrierte Strahlführung
Die Vorrichtung befindet sich in den beiden Anlagen jeweils auf einem Drehtisch. Der Werker legt das zu bearbeitende Material darauf. Mithilfe von Vakuumsaugern wird es fixiert und anschließend in den Arbeitsbereich des Roboters hineingedreht. Ein Tor verschließt die blickdichte Anlage. Der Werker ist außen vor dem Laser geschützt. Drinnen werden währenddessen im Rhythmus von jeweils 50s die Bezüge für die linke und rechte Seitenwange mittels Lasersublimationsschneiden gefertigt. Herzstück der Anlage ist ein Industrieroboter mit wassergekühltem CO2-Laser. Das Besondere ist die integrierte Strahlführung des Laserroboters. Dabei wird der Laserstrahl mittig zur Roboterhand geführt, die zum CO2-Lasern benötigten Spiegel sind im Inneren des Arms integriert. Der Roboter ist dadurch uneingeschränkt beweglich. Zudem ist die Achse bis zur Roboterhand sehr leicht, schlank und ohne zusätzliche Störkonturen ausgeführt. Der Laser an sich ist im Gegensatz zu Anlagen anderer Hersteller nicht in der Nähe des Roboterkopfes angebracht, sondern an der zweiten Achse. Auch das macht den Roboter flexibler und dynamischer, um selbst schwierige Schnittstellen zu erreichen. Mithilfe der Robotersteuerung KRC 4 Robostar lässt sich die Anlage einfach steuern. Über Sensoren wird der Zustand der Linse permanent geprüft. So lassen sich Schäden an der Optik frühzeitig erkennen und längere Ausfallzeiten vermindern. Eine Filteranlage saugt zudem den entstehenden Staub und die Gase innerhalb der Anlage ab. Bei Proseat kommen zwei dieser automatisierten Laseranlagen im firmeneigenen Werk in Polen zum Einsatz. Für das Unternehmen ist es die erste Laserapplikation. Bislang hatte sich Proseat auf die Herstellung von Schäumen und Formschaumteilen konzentriert. Erstmals wurden nun komplette Sitzelemente gefertigt, für deren Bezüge eine Schnitttechnik erforderlich war.
Vorarbeit und Expertise
Im Gegensatz zu mechanischen Schnittverfahren bietet die Lasertechnik viele Vorteile. Ihr Einsatz erfordert aber auch viel Vorarbeit und Expertise. Mit Hilfe der Erfahrung von Kuka, konnte der Kunde bei diesem Projekt profitieren. Der Automobilzulieferer befindet sich dabei in bester Gesellschaft. Häufig kommen in den unterschiedlichen Industrien organische Materialien zum Einsatz, deren Bearbeitung mit Laser viel Fingerspitzengefühl erfordert. Um neue Verfahrens- und Anwendungsentwicklungen zu erproben, forscht Kuka Industries zusammen mit Kunden und Partnern kontinuierlich weiter.
Nicht immer führen die herkömmlichen, alltäglichen Verfahren zum gewünschten Ziel. Dann lohnt es sich, ungewöhnliche Lösungsansätze zu durchdenken. So lassen sich die Bezüge für Autositzelemente mithilfe einer automatisierten Laseranlage ausschneiden, statt sie zu stanzen. Auf diese Weise erreichen Zulieferer für die Automobilindustrie mehr Flexibilität und ein qualitativ hochwertiges Ergebnis.
Bild: Kuka Industries GmbHProseat gehört zu den weltweit tätigen Herstellern von Sitzschäumen und Interieur Parts. Unter anderem beliefert das Unternehmen die Automobilindustrie mit Fertigteilen wie Sitzelementen.Bild: KUKA Industries GmbH
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Dieser Artikel erschien in ROBOTIK UND PRODUKTION 3 2017 - 07.09.17.Für weitere Artikel besuchen Sie www.robotik-produktion.de
