Kunststoffschweißanlage

Nur in seltenen Fällen

wird eine Laserstrahl-Kunststoffschweißanlage als handbediente Stand-Alone-Maschine eingesetzt, sondern meistens in bestehende oder neu aufzubauende, vollautomatisierte Fertigungseinrichtungen integriert. Daraus ergeben sich vielfältige Aufgaben bezüglich Bauteilhandhabung, Steuerung und Kommunikation mit übergeordneten Leitrechnern. Außerdem muss der mechanische Aufbau der Anlage zur Integration in Fertigungslinien geeignet sein. Es genügt heute nicht mehr ausschließlich kompakte Schweißsysteme anzubieten. Vielmehr müssen die Systeme sich in das Corporate Design einer Fertigungslinie integrieren lassen, ohne mit eigenständigem Aussehen aufzufallen. Der Geschäftsbereich Kunststoffschweißen der LPKF Laser & Electronics AG hat sich als Technologieführer bei integrierten Laserschweißsystemen auf verkettete Lösungen spezialisiert und kann hier auf die mehr als zehnjährige Erfahrung zurückgreifen. Unser Bild zeigt beispielsweise ein System der LQ-Integration-Serie für das Schweißen mit Fügeweg, ausgestattet mit einem im Schaltschrank eingebauten Diodenlaser der mittels Lichtwellenleiter an den Galvanometerscanner angeflanscht ist. Die Spannvorrichtung ist unterhalb der Strahlführung angebracht und mit allen notwendigen Laserschutzeinrichtungen versehen. Die erforderlichen Peripheriegeräte wie Steuerung, Diodenlasernetzteil und Kühler sind in einem separaten Schaltschrank untergebracht. Bei dieser Maschine ist die Einbettung in ein Werkstückträgersystem relativ einfach zu bewerkstelligen. Aufgrund der Kompaktheit und des modularen Aufbaus kann das System auch in einen Rundtakttisch integriert werden. In einem solchen Fall bietet es sich an, das zu fügende Bauteil nicht aus der Werkstückaufnahme zu heben, sondern die Spannvorrichtung auf die Fügepartner abzusenken, um so den Fügedruck aufzubringen. Da die Anlage in Verbindung mit einem geeigneten Werkstückträger der Laserklasse 1 entspricht, muss die gesamte Schweißstation nur noch mit einem geeigneten Quetschschutz versehen werden. Durch den modularen Aufbau der Schweißsysteme können die Hauptkomponenten nahezu beliebig kombiniert und auf jeden speziellen Einsatzfall abgestimmt werden ohne einen wesentlichen Mehraufwand zu generieren. Die Integration der Anlagen der LaserQuipment-Serie wird durch einfache mechanische und elektrische Schnittstellen erleichtert. Diese wurden gemeinsam mit zahlreichen Automatisierungsunternehmen bis heute optimiert. Eine Integration ist bei Standardsystemen dadurch in kürzester Zeit realisiert. Sind die Fragen der Linienintegration geklärt, entscheidet ausschließlich der Produktionsalltag über die Wirtschaftlichkeit einer Serienanlage. Wichtig für den störungsfreien Serienbetrieb - und somit eine hohe Verfügbarkeit - ist ein robuster Aufbau des Schweißsystems. Dabei bezieht sich "robust" nicht ausschließlich auf den mechanischen Aufbau der Anlage, sondern auch auf die steuerungstechnischen Komponenten, die nicht vernachlässigt werden dürfen. So kann ein einfacher, kostengünstiger Industrie-PC zwar einen geringen Invest zu Beginn der Fertigung bedeuten, später aber in einem anspruchsvollen 3-Schicht-Betrieb schnell zu teuren Ausfällen führen. Besser ist hier die Verwendung bewährter SPS-Technologie mit einer hohen technischen Verfügbarkeit. Ein weiterer Aspekt für die Verfügbarkeit des Gesamtsystems ist die häufig diskutierte Frage der Strahlquelle. Für das Laserdurchstrahlschweißen bieten sich dem Anwender heute zwei Lasertypen an. Nd:YAG- oder Diodenlaser stehen sich meist gegenüber. Betrachtet man die Aufwendungen im Serienbetrieb eines Schweißsystems, kann die Wahl nur auf die wesentlich robusteren Diodenlaser fallen. Durch stetige Weiterentwicklung in den letzten Jahren können heute zusätzlich zu den sonstigen technischen Vorzügen Lebensdauern der Strahlquelle von 20.000 bis 30.000 Stunden genannt werden. In diesem Zeitraum müssen, anders als bei Nd:YAG-Lasern, nur turnusgemäße Kontrollen am System durchgeführt werden. Eine meist untergeordnete Rolle in der Verfügbarkeitsbetrachtung spielen die allgemeinen Komponenten der Elektrik, Mechanik und Pneumatik. Hier ist vor allem wichtig, dass sich der Service- und Wartungsaufwand in Grenzen hält, da er sich maßgeblich auf die Verfügbarkeit auswirkt. Dieser Aspekt wurde bei den Systemen der LaserQuipment®-Serie besonders berücksichtigt, wodurch sie nahezu wartungsfrei sind. Neben der Verfügbarkeit eines Systems ist während einer laufenden Serienproduktion eine zuverlässige Steuerung mit intuitiver Bedienung von entscheidender Bedeutung. Sie gewährleistet die kontinuierliche Überwachung des Schweißprozesses und der Systemkomponenten, archiviert die Prozessdaten und bietet die Möglichkeit der Prozessanpassung bei geänderten Randbedingungen. Der Geschäftsbereich Kunststoffschweißen der LPKF Laser & Electronics AG setzt bei den Anlagensteuerungen für die LaserQuipment-Serie auf bewährte SPS-Technik mit einer Sicherheits-CPU für die Grundfunktionen der Schweißsysteme. Als Anzeigegeräte dienen Standard-Touch-Panels oder, sobald eine Datenarchivierung an der Schweißstation oder aufwändige Rechenoperationen erforderlich werden, ein hochwertiger Industrie-PC. Eine menübasierte Bedienoberfläche mit Passwortschutz für sensible Bereiche ermöglicht den einfachen Umgang mit der Steuerung. Durch die leicht adaptierbaren Grundmodule der Steuerung ist von der Verwaltung mehrerer Parametersätze für ein Bauteil bis zur vollautomatisierten, chaotischen Fertigung mehrerer Baugruppen alles möglich. Um der in einem modernen Serienprozess geforderten Rückverfolgbarkeit für jede gefertigte Baugruppe nachzukommen, müssen die gesammelten Informationen während eines Schweißprozesses festgehalten und dem Bauteil weiter zugeordnet werden können. Hierzu stehen bei den Schweißsystemen der LaserQuipment-Serie verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Ausgehend von der einfachsten Version, der fortlaufend nummerierten Archivierung der Daten auf einem PC an der Schweißstation, über die Anbindung der Steuerung an einen Linienrechner bis hin zur Datenübergabe an die Datenbank eines Leitrechners ist alles realisierbar. Zum Einsatz kommen dafür die gängigsten Schnittstellen der industriellen Fertigung. Daneben können die Daten auch an intelligente Transportsysteme mit Speicherfunktion weitergegeben werden. Aufgrund der kompakten Anlagentechnik können Laserstrahl-Kunststoffschweißmaschinen heute sehr einfach in vollautomatisierte Fertigungseinrichtungen integriert werden. Die Verfügbarkeit der Systeme garantieren dabei die robuste Anlagentechnik, die höhere Zuverlässigkeit moderner Diodenlaser sowie ein industrietaugliches Steuerungskonzept. Das Laserstrahlkunststoffschweißen setzt sich aufgrund der Entwicklung neuer, leistungsfähiger und prozesssicherer Systemlösungen, speziell angepasster Materialien und der bisher ausnahmslos positiven Erfahrungen bei industriellen Anwendungen zunehmend gegen die klassischen Fügeverfahren durch. Auch in punkto Rentabilität bietet das Laserstrahlschweißen trotz meist höherer Investitionskosten durch niedrigere Fertigungskosten eine konkurrenzfähige Alternative zu herkömmlichen Verfahren. ms

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