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Laser, Wasser oder Plasma: Was schneidet besser ab?

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© 2005 Carl Hanser Verlag, München
Trenntechnik
Bild: Bystronic
Vielkönner: Der
Laser ist für die
meisten, aber
nicht für alle flexiblen Trennaufgaben die beste
Lösung
VERFAHRENSVERGLEICH
Laser, Wasser oder Plasma:
Was schneidet besser ab?
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Nicht zur Verwendung in Intranet- und Internet-Angeboten sowie elektronischen Verteilern.
BLECHPRAXIS
Die Qual der Wahl – dem Anwender stellt sie sich stets aufs Neue, wenn
er vor der Maschinenauswahl die des Verfahrens treffen muss. So gibt es
mehrere Möglichkeiten, mit moderner Strahltechnik Bleche zu schneiden. Von einem Kopf-an-Kopf-Rennen wie beim Stanzen und Lasern
kann nicht die Rede sein, denn beim Blick auf die Alternativen zum
Stanzen führt eindeutig der Laserstrahl. Doch auch das Wasserstrahlund das Plasmaschneiden sind interessante Alternativen. Folgender Verfahrensvergleich soll helfen, den Auswahlprozess zu erleichtern.
»GESCHWINDIGKEIT ist alles,
sonst können wir mit unseren Preisen
nicht mithalten«, konstatiert Lothar
Wittig, Geschäftsführer der Laslo
GmbH aus Sternenfels bei Karlsruhe.
Das Unternehmen mit seinen 14 Mitarbeitern zählt zu den typischen Kunden der Hersteller von Schneidanlagen. Obwohl der Inhaber als Vorstandsmitglied des Verbandes
deutscher Laseranwender-Blechbear-
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beitung e.V. Laser (von Trumpf) verwendet, zählt sein Unternehmen auch
bei der Wasserstrahltechnologie zu
den Pionieren. Auf einem 4-kW-CO2Laserbearbeitungszentrum von
Trumpf schneidet man bei Laslo im
2D-Bereich Blech mit einer maximalen Dicke von 8 mm (Aluminium),
12 mm (Edelstahl) und 20 mm
(Stahl). Die Maschine eignet sich für
die Großserien- und für die Einzelteil-
fertigung. Bei der Blechdicke kam es
in den letzten Jahren zu einem Wandel: So schneidet Laslo in Ausnahmefällen auch schon einmal 35 bis
40 mm dicken Edelstahl. Die Verfahrwege betragen 1,5 m x 3 m.
Im Gesamtmarkt ist die Beschränkung
auf das typische Format 1,5 m x 3 m
zu Ende. So stellen alle namhaften
Hersteller mittlerweile Anlagen her,
auf denen sich auch größere Bleche
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BLECH InForm 1/2005
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fen zu lassen und so etwaige Fehler
des CAM-Programms auszumerzen.
Auf zwei unterschiedliche Laserkonzepte baut Rofin-Sinar: CO2-Slab-Laser und diodengepumpte FestkörperScheibenlaser. Beide Systeme ergänzen sich sehr gut, meint
Dipl.-Ing. (FH) Corinna Brettschneider vom
BLECH InForm 1/2005
gen Lichtfasern gibt – ein klarer Pluspunkt gegenüber Slab-Lasern mit maximal 30 m Faserlänge. Dazu heißt es
in einer Schrift des Unternehmens:
»Umfangreiche Tests
haben gezeigt,
dass selbst bei
solchen extrem lanLasern mit Tempo: Für die Laseranlage ›Hypergear‹
(Arbeitsfläche 3 m x 1,5 m) entwickelte Mazak Linearantriebe, die
die auswechselbaren Schneidköpfe mit einem Tempo von maximal
120 m/min und mit einer Wiederholgenauigkeit von 5 µm bewegen
Marketing. Die Spitzenleistung der Gaslaser beträgt 6 kW. Etabliert haben sich zum
Schneiden von Karosserieblech die
4,4-kW-Ausführungen. Interessant für
die Automatisierung per Roboter sind
die Scheibenlaser (bis 4 kW Leistung),
die es jetzt mit maximal 100 m lan-
Laserschneiden wird direkt
an der Maschine simuliert
Auf Eigenbau setzt auch Yamazaki
Mazak Optonics Europe. Der bekannte Hersteller von Bearbeitungszentren
zum Zerspanen entwickelte für seinen
schnellen 4-kW-CO2-Laser ›Hypergear‹ (Arbeitsfläche 3 m x 1,5 m) eine
eigene Steuerung und Linearantriebe,
die die auswechselbaren Schneidköpfe
mit maximal 120 m/min und mit einer
Wiederholgenauigkeit von 5 µm bewegen. Das Interessante ist jedoch die
virtuelle Bearbeitung. Dazu Xavier
Rouchaud, Salesmanager: »Der Maschinenbediener kann auf der Steuerung vor dem echten Maschinenlauf
ein Controlling des gesamten CAMProgramms vornehmen.« Das heißt:
Der Anwender ist in der Lage, den gesamten Schneidprozess auf der CNC
direkt an der Maschine virtuell ablau-
BLECHPRAXIS
Bild: Mazak
bearbeiten lassen. LVD aus Belgien
beispielsweise fertigt Anlagen für Bleche bis 3 m x 12 m Größe. Auf großformatige Bleche konzentriert sich
auch die Schweizer Bystronic AG. Für
das Laserschneiden wurde die schnelle
›Byspeed‹ mit 5,2 kW Laserleistung
und dynamischen Direct-Helical-Antrieben (Achsbeschleunigung bis 3 g)
nun auch für Bleche bis 4,0 m x
2,0 m vorgestellt. Laut Martin Engel,
Chefredakteur des Kundenmagazins
›BystronicWorld‹, ›packt‹ das neue
System Dicken von 25 mm Stahl,
20 mm Edelstahl und 12 mm Aluminium. Das maximale Schneidtempo beträgt bei Stahl 25 m/min
bei sehr hoher Genauigkeit. Auf
Seiten der Laserquellen kommt
beim Spitzenmodell ›Bylaser
5200‹ ein neuartiger Spiegel,
der so genannte ARC-Spiegel
(ARC: Adaptive Radius Control),
zum Einsatz, mit dessen Hilfe die
Anlage den Laserstrahldurchmesser
an das Material anpasst und über den
gesamten Schneidbereich konstant
hält. Bei den Steuerungen setzt Bystronic nach eigenen Angaben neue Maßstäbe in puncto Einfachheit und
Schnelligkeit. Ausgestattet mit einem
Touchscreen arbeitet die Steuerung
mit einer Taktfrequenz von 850 MHz
auf einem Pentium-3-Prozessor. Der
Neuling überträgt große Schneidpläne
innerhalb von 5 s.
Bild: Fecht
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Trenntechnik
Xavier Rouchaud, Salesmanager bei Mazak Optonics Europe: »Der Bediener kann
auf der Steuerung vor dem echten Maschinenlauf ein Controlling des gesamten
CAM-Programms vornehmen. Es handelt
sich also um ein virtuelles Schneiden«
gen Fasern die bei anderen Lasersystemen zu beachtenden Reflexionen völlig unkritisch sind. Hiermit eröffnen
sich für den Scheibenlaser eine Vielzahl von neuen Einsatzgebieten – zum
Beispiel das Trennen von Buntmetall
wie Messing oder Kupfer mit Geschwindigkeiten bis zu 18 m/min bei
1 mm Materialstärke.«
Automatisierbarkeit spielt eine immer
größere Rolle. Marktführer Trumpf
hat beispielsweise ein modulares Automatisierungssystem für 2D-Laseranlagen entwickelt, das ihnen Rohbleche
bis zur maximal bearbeitbaren Blechdicke von 25 mm zuführt. Das Plus:
Weil mit der neuen Be- und Entladestrategie der Transportwagen und die
Schwenkbewegung entfallen, hat der
Neuling namens ›LiftMaster store‹
wesentlich kürzere Zykluszeiten als
ein klassischer Liftmaster. Seine Stärke
spielt das neue schwäbische Handlingsystem vor allem bei dünneren Blechen bis 15 mm aus.
Zu den typischen Kunden von Laseranlagen zählen Jobshops, die aber zunehmend zusätzlich WasserstrahlSchneidanlagen (WS-Anlagen) ordern.
Eine solche Bystronic-Anlage mit zwei
Schneidköpfen setzt beispielsweise das
Unternehmen Laslo ein für sämtliche
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Trenntechnik
nur ein geringer Materialverlust. Und
die Schnittkanten sind praktisch gratfrei und müssen nicht oder kaum
nachgearbeitet werden. WasserstrahlSchneidanlagen kommen laut Bystronic-Marketingexperte Engel dann zum
Einsatz, wenn
Laser-
Bild: Trumpf
»nicht laserfreundlichen« Werkstoffe
wie Stein, Glas, Keramik, Verbundmaterial, Holz und Kunststoff, Buntmetall und Sonderwerkstoffe, die sich
bis zu einer Dicke von 100 mm und
darüber schneiden lassen. Mit dem
abrasiven Verfahren (Abrasivmittel
Granat oder Olivin) lässt sich auch
Edelstahl trennen. Dank Verfahrensverbesserungen stieg
laut Geschäftsführer Wittig
hier die schneidbare
Blechdicke von rund
8 auf mehr als
20 mm.
Als Vorteile des Wasserstrahlschneidens
sieht er an, dass sich
sämtliche zweidimensionale
und viele dreidimensionale Formen damit schneiden lassen. Es
kommt dabei nur zu einer niedrigen
mechanischen Belastung und keinerlei
thermischem Einfluss, so dass sich das
Gefüge nicht verändert – ein Plus zu
manchen Laserverfahren. Aufgrund
des schmalen Schnittspaltes entsteht
Der Preis ist heiß
Über Preise sprechen die meisten Hersteller ungern. Mit ein wenig Recherche-Geschick lassen sich dennoch Orientierungswerte fixieren. Einige Produzenten und Anwender (die nicht genannt werden wollten) leisteten dabei
Hilfestellung. Die Quintessenz: Typische
Laser-Flachbettanlagen mit 4 kW Leistung kosten im Schnitt 500 000 bis
600 000 Euro, es gibt aber auch schon
Einstiegsmodelle ab 180 000 Euro. Für
Wasserstrahlschneidanlagen, die auch
mit Abrasivstoffen arbeiten, müssen
Käufer im Schnitt 350 000 Euro ausgeben (Bandbreite: 250 000 bis 450 000
Euro). Ein Bearbeitungszentrum für die
›echte‹ 5-Achs-Bearbeitung (3D) – zum
Beispiel von der Firma Trenn-Tek – gibt
es für 270 000 Euro. Kostengünstiger
fällt die Plasmaschneidtechnik aus, für
die allerdings der Anwender die nötige
Automatisierung (zum Beispiel Roboter)
beisteuern muss. Einen Plasmabrenner
gibt es ab 50 000 Euro; mit Führungssystem zum Einsatz am Roboter kostet er
rund 150 000 Euro.
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gen beispielsweise aus aerodynamischen Gründen etliche tausend Löcher
in Turbinenschaufeln für Flugzeuge.
Damit tritt der Pionier des WS-Schneidens gegen Laseranlagen an, die neuerdings immer schneller Löcher bohren (ein Beispiel ist Mazak Highspeed:
bis zu 350 Löcher mit 150 µm Durchmesser pro Minute).
Der Einsatz der WS-Schneidtechnik steht und fällt mit den
Hochdruckpumpen. Im Beta-Test befinden sich
bei Flow 6000-barPumpen. Hesse:
»Es handelt sich
um ›echte‹
6000-bar-Aggregate,
die sich von 0 bis 6000 bar
regeln lassen.« Mit diesen neuen Pumpen will
Flow kraftvolle Anlagen bauen, die
auch mit reinem
Wasser vergleichbar gut
schneidanlagen an ihre wirtschaftlichen
Schnelles Handling: Unproduktive Nebenzeioder technischen Grenten
verkürzt
der ›LiftMaster store‹ von Trumpf, der
zen stoßen. So rechnet sich
die
2D-Laserschneidanlage
effektiv und Platz spadas Schneiden mit dem System
rend mit dem Lager verbindet
›Byjet‹ gegenüber Laserschneidanlagen bei Stahl ab 20 mm Dicke,
bei Inox ab 12 mm und bei Aluminium ab 5 mm. Auch gegenüber ande- abschneiden wie die klassischen Anlaren Verfahren wie dem Fräsen oder
gen mit Abrasivstoffen. Ein Grund für
dem Drahterodieren sieht Engel in
diese Entwicklung: Die Anwender
den meisten Fällen wirtschaftliche
wollen nur mit reinem Wasser schneiVorteile.
den, weil dann die Entsorgung entfällt
und nicht mehr teure Düsen (klassisch
Pumpe mit 6000 bar Druck
aus Rubin, neuerdings auch aus Diamacht Abrasivstoff überflüssig
mant) nötig sind. Ein anderer Trend
stammt aus der Zerspanungstechnik,
Dass der Anteil an abrasiv arbeitenin der zunehmend 3D-Bearbeitungsden WS-Schneidanlagen zunimmt, bezentren mit kompletter Werkzeugbeobachtet auch Guido Hesse von Flow
Europe. Der Marketingleiter für Euro- stückung gefragt sind. So entstand bei
der süddeutschen Firma Trenn-Tek eipa setzt auf kombinierte Anlagen, die
mithilfe kraftvoller, selbstentwickelter
Pumpen auch fräsen und bohren können. Dabei geht es auch um zähe
Nebenzeiten runter: Der Trend geht zu WasserWerkstoffe. So schneiden Flow-Anlastrahl-Schneidanlagen mit Wechseltischen,
hier eine ›Byjet 4022‹ von Bystronic für Sonderformate bis 4 m x 2,25 m Größe
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BLECH InForm 1/2005
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Guido Hesse, Marketing Flow Europe, setzt
auf kombinierte Anlagen, die mit Hilfe kraftvoller, selbst entwickelter Pumpen auch
fräsen und bohren können
ne Anlage mit einem Arbeitsraum von
1,2 m x 3 m x 6 m, mit der sich sehr
schnell eine echte 5-Achs-Komplettbearbeitung durchführen lässt. Sie
schneidet 10 mm dicken Edelstahl in
mittlerer Qualität mit 170 mm/min.
Aufgrund des großen Arbeitsraums
lassen sich damit bis zu 3 m lange
Rohre schneiden. Geschäftsführer
Harald Volk: »Die Anlage eignet sich
nicht zum endkonturnahen Schneiden,
aber sie ist der absolute Kostensieger
beim Vorschnitt.« Für dieses Konzept
spricht, dass sich die kompakte ›Powerjet 3D‹ in die Fertigungslinie leicht
integrieren lässt.
Zu den eher exotischen Verfahren
zählt das Plasmaschneiden. Ein Protagonist der Plasmatechnik ist der italienische Maschinenbauer Ficep, in dessen neuer CNC-Anlage ›Tipo A31‹
zur Bearbeitung von Blechen mittlerer
und großer Dicke sich eine neue Plasmabrenneinheit zum Schneiden von
Baustahl mit einer Dicke von 10 bis
20 mm befindet. Während Schweißund Schneidexperten zum Nachrüsten
von Maschinen derartige Plasmaköpfe
bauen, ist Kjellberg aus Finsterwalde
in Brandenburg nach eigenen Angaben der einzige deutsche Produzent,
dessen Systeme speziell für automatisierte Anlagen entstehen. AusgangsBLECH InForm 1/2005
Trenn-Tek-Geschäftsführer Harald Volk:
»Das neue 5-Achs-Bearbeitungszentrum
eignet sich nicht zum endkonturnahen
Schneiden, aber es ist der absolute Kostensieger beim Vorschnitt per Wasserstrahl«
punkt der Entwicklung der ›Hi-Focus‹-Technologie war der Wunsch der
Anwender aus der Automobilindustrie
nach einer Plasmaanlage im Blechdickenbereich 0,5 bis 25 mm (Aluminium, Edelstahl, Baustahl) vor allem
für den Robotereinsatz. Die Schnittge-
Firmen und Verbände
Verband deutscher LaseranwenderBlechbearbeitung e.V. (VdLB)
www.vdlb.de
LVD Company n.v.
www.lvdgroup.com
Bystronic Laser AG
www.bystronic.com
Yamazaki Mazak Optonics Europe
www.lasermazak.be
Rofin-Sinar Laser GmbH
www.rofin.com
Trumpf GmbH & Co. KG
www.trumpf.com
Flow Europe GmbH
www.flowgmbh.com
Trenn-Tek GmbH
www.trenntek.de
Ficep S.p.A.
www.ficep.it
Kjellberg Finsterwalde GmbH
www.kjellberg.de
Bild: Fecht
BLECHPRAXIS
Bild: Fecht
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Kjellberg-Geschäftsführer Volker Krink:
»Laser und Plasma befruchten sich gegenseitig. Die per Plasma bearbeitbare minimale Dicke hat sich auf 0,5 mm reduziert
und der Lasereinsatz geht jetzt schon über
30 mm«
schwindigkeiten reichen von
200 mm/min (25 mm Baustahl) bis
2800 mm/min (4 mm Baustahl). Geschäftsführer Volker Krink: »Es lassen
sich alle gängigen Industrieroboter
mit hoher Wiederholgenauigkeit und
Dynamik verwenden.« Wegen der
niedrigen Investitionskosten (Plasmabrenner ab 50 000 Euro) kann der
Anwender auch mit niedriger Auslastung arbeiten. Dabei setzt Kjellberg
auf den flexiblen Einsatz, denn es lassen sich auch Werkstücke beschriften
oder Strichcodes aufbringen. Ab einer
Dicke von 20 mm handelt es sich für
Krink um ein preislich konkurrenzloses Verfahren. Das hätten auch schon
Automobilhersteller erkannt. Beliebt
sind laut Krink Anlagen zum kombinierten Laser-Plasma- oder Stanz-Plasma-Einsatz. Dabei beobachtet der Geschäftsführer einen interessanten
Trend: »Laser und Plasma befruchten
sich gegenseitig. Die per Plasma bearbeitbare minimale Dicke hat sich auf
0,5 mm reduziert und der Lasereinsatz geht jetzt schon über 30 mm.« ■
Nikolaus Fecht
Fachjournalist, Gelsenkirchen
fecht@t-online.de
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