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01:14
Graphen
züchten
Kunststoff
schneiden
Mit Kohlenstoffgittern
gegen Korrosion
Mit Laser und Thermoform
zu dünneren Wänden
WILDE JAHRE
PAUL SEILER ERZÄHLT,
WARUM VIELE IHN
FÜR VERRÜCKT HIELTEN
→ seite 26
Weniger
ist mehr!
Der Druck wächst, mit weniger Ressourcen mehr zu erreichen.
Das stärkt Lieferanten, die mit dem Laser umgehen können.
Herausgeber TRUMPF GmbH + Co. KG, Johann-Maus-Straße 2, 71254 Ditzingen, Deutschland; www.trumpf.com V.i.S.d.P. Dr.-Ing. E. h. Peter Leibinger Chefredaktion Verena Buttler und Marlies Kepp, Telefon +49 7156 303 – 37986,
marlies.kepp@de.trumpf.com Vertrieb Telefon +49 7156 303 – 31559, laser-community@trumpf-laser.com,
www.trumpf-laser.com/laser-community Redaktion pr+co GmbH, Stuttgart, Norbert Hiller, Martin Reinhardt Autoren Florian Burkhardt, Catherine Flynn, Norbert Hiller, Martin Reinhardt, Prof. Franz-Ferdinand Schüth, Julian Stutz,
Anton Tsuji, Monika Unkelbach, Prof. Minlin Zhong Fotografie KD Busch, Angelika Grossmann, Gernot Walter,
Adam Wiseman, Yon Je-Seung Gestaltung und Produktion pr+co GmbH, Stuttgart,
Gernot Walter, Markus Weißenhorn, Martin Reinhardt Übersetzung Burton van Iersel & Whitney GmbH, München 01: 2014
Titelillustration sowie Illustrationen auf den Seiten 4 und 12: Markus Weißenhorn (Ausgangsmaterial: phoelix,
kstudija, Lyudmyla Kharlamova, Vitezslav Halamka, PILart, crop und Ramona Heim von shutterstock.com)
Reproduktion Reprotechnik Herzog GmbH, Stuttgart Herstellung frechdruck GmbH, Stuttgart
Editorial
D
as magische Dreieck Produktqualität, Fertigungsgeschwindigkeit und Kosteneffizienz
galt lange als Maß der Dinge in der industriellen Produktion. Mit Nachhaltigkeit kommt
jetzt eine vierte Dimension dazu — als unverzichtbarer Schlüssel für eine lebenswerte
Zukunft. Die Initiative „Blue Competence“ der deutschen Werkzeugmaschinenindustrie macht
transparent, worauf es in puncto Nachhaltigkeit ankommt. Wir von TRUMPF sind aus Überzeugung engagiert — das zeigen wir auch mit unserer eigenen Initiative efficiency +. Was es braucht,
um Material, Energie, Platz, Roh- und Hilfsstoffe oder Wasser einzusparen, sind die richtigen
Werkzeuge und vor allem die richtige Einstellung: keine simplen Spar-Appelle, sondern die
konsequente Aufforderung zum intelligenten, bewussten Umgang mit allen Ressourcen. Es gilt,
Maß zu halten und besonnen zu handeln.
Schon mit einer guten Portion sozialer Kompetenz begibt man sich auf den richtigen Weg.
Wer nachhaltig produzieren will, sollte ganz genau zuhören. Seinen Kunden beispielsweise, um
deren Anforderungen zu begreifen. Seinen Lieferanten ebenso, um zu verstehen, warum sie das
tun, was sie tun. Wer Nachhaltigkeit mit Leben füllen will, sollte aber auch genau hinschauen.
Einerseits auf das Detail, das oft Großes bewirkt, andererseits auf das Ganze, um Zusammenhänge
und Wechselwirkungen zu erfassen. Nachhaltigkeit braucht auch den Perspektivenwechsel und
die Bereitschaft zur Veränderung — und sie verlangt Offenheit. Wir müssen uns endlich umfassend
für alle Partner entlang der Wertschöpfungskette öffnen, detaillierte Einblicke erlauben und uns
in gemeinsamer Runde austauschen. Nur wenn alle Mitspieler intensiv miteinander reden, können
sie voneinander lernen und gemeinsam energieeffizient, umweltfreundlich und ressourcenschonend produzieren. Dann schlägt jede Einsparung positiv zu Buche — ökonomisch wie ökologisch.
Besonnen Maß halten !
Dass der Laser dabei eine wichtige Rolle spielen kann, ist längst erwiesen. Das Werkzeug Licht
ist oft treibende Kraft und macht vielfach neue Entwicklungen erst möglich. Der Schritt von der
Bildschirmröhre zum LC -Display oder der Wechsel von der Halogenlampe zum LED-Scheinwerfer
sind nur zwei Beispiele von unzähligen. Der Fantasie, was der Laser als Business-Enabler und
Prozessgestalter noch alles bewirken kann, sind kaum Grenzen gesetzt. Deshalb dürfen wir
uns nicht nur mit Zielen, die uns die Gesetzgeber mit Richtlinien oder Vorgaben auferlegen,
zufriedengeben. Wenn wir Nachhaltigkeit ernst meinen, brauchen wir einen kontinuierlichen
Verbesserungsprozess ohne Schere im Kopf.
dr .-i ng. e. h. p e t e r l e i bi n g e r
Stellvertretender Vorsitzender der Geschäftsführung
Vorsitzender des Geschäftsbereichs Lasertechnik / Elektronik
peter.leibinger@de.trumpf.com
3
01: 2014
6
8
9
10
thema ressourceneffizienz
Friss die Hälfte!
Wer Energie- und Ressourceneinsatz für seine Produkte
reduzieren will, braucht Lieferanten, die das können. seiTe 12
Laser und Leute
im Überblick
Am Wendepunkt
Wie das Auto leichter wurde — oder:
Effizienz am bewegenden Objekt. seiTe 16
seiTe 06
seiTe 06 Die FUsiOn UnD Der sTärKsTe Laser
Der WeLT // Laser lässt hören seiTe 07 Leute:
Dr. C. Kumar N. Patel, Elizabeth Kautzmann,
Prof. Thomas Graf seiTe 08 bmW baUT LasersCheinWerFer ein // Der Terahertzscanner geht in
Serie // Konzepte: Diamantwerkzeuge schärfen,
50 Millimeter mit 50 Kilowatt schweißen, Graphen
schweißen seiTe 09 WaFFeLeisen pUTZen
07
kalender
30
bonus traCks
32
rekord
4
„Nur so bleiben wir
wettbewerbsfähig“
Null Fehler, null Verschwendung — was noch? Dr. Hur Yoon-Ho
von Sitzhersteller Daewon Precison über seine Lösung. seiTe 18
Die Stunde der Erfinder
Ressourceneffizienz wird zu einem wichtigen
Innovationstreiber, behauptet Prof. Ferdi Schüth. seiTe 21
22
geiss ag
graphen
24
26
paul seiler
PROF. MINLING ZHONG
Könner in
Kunststoff
Dünne Folien und ganz viel Licht:
Manfred Geiß entwickelt eine
Alternative zum Spritzgießen.
seiTe 22
Atomares
Schutzgitter
Graphen wäre ein perfekter, nur wenige
Atomlagen dicker Korrosionsschutz.
Vorausgesetzt, es gelänge, große Flächen
schnell und effizient damit zu
beschichten. seiTe 24
„Alle erklärten
mich rundweg
für verrückt“
Wie Laserpionier Paul Seiler die wilden
Jahre des Laserzeitalters erlebte.
seiTe 26
Ressourceneffizienz bei TRUMPF bedeutet: höchst produktive
Maschinen, die höchst effiziente Fertigung ermöglichen und
selbst verschwendungsfrei hergestellt wurden. Mehr dazu:
www.trumpf.com/de /unternehmen/ressourceneffizienz.html
5
„Es hängt nicht an
mir, sondern an
Mutter Natur.
Aber wir
bleiben dran!“
--- sLs Für aLLe
Ein Schlüsselpatent für das „Selective Laser
Sintering“ (SLS) ist abgelaufen. Das könnte
dem 3-D-Druck ähnlichen Schub geben wie
zuvor das Auslaufen der Patente für das „Fused
Deposition Modeling“. www.3dprint.com
--- bLZ WirD TWen
Als das Interesse am Laser im automobilstarken Bayern rasant wuchs, bündelten
mehrere Professoren ihr Wissen. Dieses Jahr
feiert das Bayerische Laserzentrum seinen
20. Geburtstag www.blz.org.
--- aLiens aUFspüren
Schottische Wissenschaftler bauen mit staatlicher Unterstützung einen Infrarotlaserdetektor,
mit dem sie fremde Welten erkunden wollen.
Das Gerät soll in das gerade entstehende
Riesenteleskop EELT eingebaut werden.
www.hw.ac.uk
--- sChneLLer pULsen
Die neuartige Technik eines Teams der Universität
Marburg bringt Halbleiterlaser dazu, Lichtpulse
schneller und effizienter auszusenden als bisher
möglich. www.uni-marburg.de
--- neUe nanOLaser
Eine Forschungsgruppe an der Universität
Bayreuth will in fünf Jahren einen neuartigen
Nanolaser entwickeln. Die nanoskaligen optischen Bauteile sollen die bisherige Beugungsgrenze überwinden. www.uni-bayreuth.de
dr. omar Hurricane,
lawrence livermore
national laboratory
192 Laserstrahlen beschießen die Zielzone in der Spitze dieses Kolbens.
Durchbruch zum Durchbruch
Erste Fusion mit positiver Energiebilanz und Pläne für den Petawattlaser
In der Theorie ist der Weg zur Fusion via Laser längst klar: An der National Ignition Facility
(NIF) in Kalifornien beschießen 192 Laserstrahlen eine winzige Fläche mit Fusionsbrennstoff mit
500 Billionen Watt Leistung, um dort Wasserstoffatome zur Fusion zu zwingen. Zu einer Fusion
kam es dabei zuvor schon. Doch zum ersten Mal stimmt nun auch die Energiebilanz: „Wir haben
mehr Energie aus dem Brennstoff erhalten, als wir hineingesteckt haben“, sagt Dr. Omar Hurricane,
Forscher an der NIF. Doch auch das ist erst ein kleiner Schritt. Der aktuell eingesetzte Laser löst
zwar eine Fusion aus, zündet aber noch keinen sich selbst erhaltenden Prozess. „Wir bleiben
dran!“, sagt Hurricane. Dabei soll der nun in Auftrag gegebene Petawattlaser helfen — mit einer
Leistung von einer Billiarde Watt. lasers.llnl.gov
Geht ins Ohr
Generative Verfahren für die Medizin
--- FLirTenDe FLiegen
Ein Infrarotlaser löst Frühlingsgefühle aus:
Ein Team des Howard Hughes Medical Institute
hat Neutronen in Fliegengehirnen aktiviert,
woraufhin diese das nächstbeste Objekt
freiten. www.hhmi.org
--- graphen aUs haLbLeiTern
Wissenschaftler aus Luxemburg haben
künstliches Graphen aus traditionellen
Halbleitermaterialien produziert. Das
ultradünne Supermaterial soll die Herstellung
von optischen Geräten revolutionieren.
www.uni.lu
6
Dieses laser-additiv gefertigte Implantat
verändert durch Temperaturwechsel seine
Form und erleichtert so das Einsetzen.
Für zahlreiche Industriezweige eröffnet das Laser
Additive Manufacturing (LAM) neue Wege. Das
jüngste Beispiel aus der Medizintechnik zeigt, wozu
das Verfahren im Stande ist: Das Laser Zentrum
Hannover arbeitet mit der Medizinischen Hochschule Hannover an Ohrimplantaten, die während
der Operation durch einen Temperaturwechsel die
Form verändern und damit den Einsetzvorgang wesentlich erleichtern. Mit LAM können auch Implantate gefertigt werden, die nur temporär im menschlichen Körper verbleiben. Solche Gitter aus Magnesiumpulver kann der Organismus langsam wieder
abbauen. www.lzh.de
„Das Zeitalter des Hochleistungslasers begann
mit meiner Erfindung 1964.“
dr. C. kumar n. Patel
Vor 50 Jahren legte er den Grundstein für den heutigen Erfolg des Lasers als Werkzeug: 1964 entdeckte Dr. C. Kumar
N. Patel in den amerikanischen Bell Labs, dass sich Kohlendioxid optimal als laseraktives Medium eignet. Er selbst
konstruierte auf der Basis dieser Erkenntnisse den ersten CO2-Laser überhaupt. Damit war endlich ein Dauerstrichlaser im Multkilowattbereich verfügbar. Und auch
wenn die Festkörperlaser aufholen, ist der CO2-Laser der
am häufigsten eingesetzte industrielle Laser. Patel selbst
lehrt seit 2000 an der University of California mit dem
Schwerpunkt Laser.
www.lia.org
„Liebevoll ‚Laser-Liz‘ genannt, trägt Elizabeth Kautzmann
beständig zur Verbreitung von Fertigungswissen bei.“
Lawrence Livermore National Laboratory, Mandy Ott, University of California, Los Angeles, FANUC America, Universität Stuttgart, Laser Zentrum Hannover
ils-Herausgeber david belforte über elizabeth kautzmann
Elizabeth Kautzmann, Programmmanagerin für Laser und
Fertigung bei FANUC America, wurde mit dem STEP
Award in der Kategorie „Women in Manufacturing“ ausgezeichnet. „Von vielen nur ‚Laser-Liz‘ genannt, hat sie sich
durch ihre bedeutenden Beiträge im Bereich der Industrielaser hervorgetan“, lobt David Belforte von Industrial
Laser Solutions. Der Preis soll Frauen in der verarbeitenden Industrie fördern. „Die ausgezeichneten Frauen sind
die Gesichter aufregender Karrieren in der verarbeitenden
Industrie“, sagt Jurymitglied Jennifer McNelly vom Manufacturing Institute.
www.themanufacturinginstitute.org
„Allein die Strahlquelle stellt einen neuen Weltrekord dar.“
Prof. thomas graf
Ein Forscherteam am Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW)
der Universität Stuttgart hat die Leistungsfähigkeit einer
neuen Pikosekundenstrahlquelle mit der Bearbeitung von
carbonfaserverstärkten Kunststoffen bewiesen. Sie gingen
den Werkstoff mit einer Pulsdauer von acht Pikosekunden,
Pulsenergien von bis zu 4,5 Millijoule und einer mittleren
Leistung von bis zu 1,4 Kilowatt an. „Mit ihrer einzigartigen Kombination von ultrakurzen Pulsen hoher Energie
und einer mittleren Leistung im Kilowattbereich ermöglicht unsere Strahlquelle hochpräzise Bearbeitungsprozesse
mit nie dagewesener Produktivität“, so der Leiter des IFSW
Prof. Thomas Graf.
www.ifsw.uni-stuttgart.de
LasYs
24. – 26. Juni 2014, Stuttgart, Deutschland;
Messe für Laseranwendungen in der
Materialbearbeitung
www.messe-stuttgart.de/lasys
Laser OpTiCs COnFerenCe
30. Juni – 4. Juli 2014, St. Petersburg,
Russland; internationale Konferenz
für Laserforschung, -technologie und
-anwendung www.laseroptics.ru
imTs
8. – 9. September 2014, Chicago, USA;
führende amerikanische Messe für
Fertigungstechnologien www.imts.com
Lasers FOr manUFaCTUring
23. – 24. September 2014, Schaumburg, USA;
Die Konferenz der LIA bietet Networking,
aktuelle Lasertechnik und Fertigungslösungen.
www.lia.org/conferences/laserevent
inTernaTiOnaL COnFerenCe On
aDVanCeD Laser TeChnOLOgies
6. – 10. Oktober 2014, Cassis, Frankreich;
Konferenzreihe des Physikalischen Instituts
Moskau zu aktuellen Forschungsergebnissen
www.altconference.org
Laser WOrLD OF phOTOniCs inDia
8. – 10. Oktober 2014, Mumbai, Indien;
Konferenz und Ausstellung für die indische
Laser- und Photonik-Community
http://world-of-photonics.net/en/laser-india
iCaLeO
19. – 23. Oktober 2014, San Diego, USA;
internationaler Kongress für die Anwendung
von Laser und Elektrooptik
www.lia.org/conferences/icaleo
eUrObLeCh
21. – 25. Oktober 2014, Hannover, Deutschland;
internationale Technologiemesse für
Blechbearbeitung
www.euroblech.com
FabTeCh / aWs
11. – 13. November 2014, Atlanta, USA;
Nordamerikas größte Messe zu Umformung,
Bearbeitung und Schweißen von Metallen
www.fabtechexpo.com
9. Jenaer LaserTagUng
20. – 21. November 2014, Jena, Deutschland;
Konferenz zu Strahlquellen, Laserverfahren
und Anwendungen in der Materialbearbeitung
http://www.lasertagung-jena.de
7
K O n Z e p T e
Laserstrahl
Abtragsfläche
PKD-Schneidwerkzeug
Laserstrahl
(schlank, tailliert)
Werkstück 1
Werkstück 2
Spaltgrund
-- 50 mm miT 5 KW sChWeissen
Das neue Verfahren nutzt die hohe Strahlqualität moderner Festkörperlaser. Mit einem extrem
schlanken Strahl verschweißt es tiefe, schmale
Spalten von unten nach oben in mehreren
Durchgängen mit einer nahezu flankenparallelen Naht. www.iws.fraunhofer.de
Laserstrahl
Graphen
30 V
25 mA
(SiO 2 )
Siliziumoxyd
-- graphen sChWeissen
Graphen ist ein zweidimensionales Gitter aus
Kohlenstoffatomen. Es zu fügen ist für künftige
Anwendungen wichtig. Der CO 2 -Laser erwärmt die Fügestelle, unterstützt von elektrischer Spannung. Die Atomgitter verbinden
sich. http://bit.ly/LC-Joining-Graphene
8
Klare Sicht mit Laserlicht
Laser könnten bald LEDs ablösen: Bei BMW geht das Laserlicht in Serie
Als erster Hersteller weltweit bietet BMW ab Herbst 2014 völlig neue Laserlicht-Scheinwerfer
in einem Serienfahrzeug an. Der Hybridsportwagen BMW i8 lässt seinen Fahrer mit Laserfernlicht bis zu 600 Meter weit sehen. Das ist doppelt so weit wie mit LED-Lichtern und spart zudem noch 30 Prozent Energie. Mehrere Hochleistungslaserdioden strahlen stark gebündelt über
spezielle Optiken auf einen Phosphorleuchtstoff innerhalb des Scheinwerfers. Dieser Leuchtstoff
wandelt die Strahlen in ein weißes Licht um, das eine zehnfach intensivere Helligkeit als herkömmliche Lichtquellen erreicht. www.press.bmwgroup.com
Durchschaut jeden
Terahertzspektrometer erkennen gefährliche Post, ohne sie zu öffnen
Das Technologieunternehmen Hübner sorg- Kategorie „Sicherheit“. Der etwa kopierergroße
te mit seinem Terahertzspektrometer T-Cogni- Detektor ermöglicht es, Drogen, Sprengstoffe
tion beim Prism Award 2014 für Aufsehen. In oder andere gefährliche Substanzen mittels Ladem Wettbewerb für photonische Innovatio- serwellen in Briefsendungen aufzuspüren. Das
nen erhielt der Scanner den ersten Preis in der funktioniert in Sekundenschnelle und ohne
den Brief zu öffnen. Hübner entwickelte den T-Cognition gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik (IPM) in Kaiserslautern und
Freiburg. „Die noch junge Terahertztechnologie erweist sich
damit als reif für industrielle
Anwendungen“, sagt Prof. Dr.
Karsten M. Buse, Leiter des IPM.
Briefgeheimnis gewahrt: T-Cognition identifiziert Drogen oder
Sprengstoffe in Briefen, ohne dass diese geöffnet werden müssen. www.ipt.fraunhofer.de
Hübner GmbH & Co. KG, BMW, rotwerk
-- pKD-LaserbearbeiTUng
Ein Laserschleifverfahren ersetzt die mechanische Bearbeitung von Schneidwerkzeugen aus
polykristallinem Diamant. Dabei stellt ein
Messsystem sicher, dass Teile und Laserwerkzeug richtig positioniert sind, um das festgelegte Schleifaufmaß ohne thermische Schädigung zu erzielen. www.ipt.fraunhofer.de
Laserfernlicht
(rechts) macht
die Nacht
zum Tage.
Daneben zum
Vergleich der
LED-Vorgänger.
„Das hat uns
geschmeckt“
Für die Reinigung industrieller Waffelöfen
gibt es viele Möglichkeiten, aber keine ist gut
Dr. Georg Kalss ist bei der
Haas Food Equipment
GmbH verantwortlich für
Werkstofftechnologie.
Mit seinem Team entwickelte
er einen Laserreiniger für
industrielle Waffelbacköfen.
genug. Deshalb suchte Dr. Georg Kalss von
Haas Food Equipment eine neue Lösung.
Herr Dr. Kalss, mit was für „Dreck“ haben Sie es zu tun ?
Der Arbeitskopf
zwischen den
Backplatten.
Der begrenzte
Öffnungswinkel
und die
strukturierte
Oberfläche
sorgten für
Kopfzerbrechen.
Fett vor allem und kleine Teigrückstände, die mit der Zeit zu einer extrem hartnäckigen Schicht auf dem
Waffeleisen verbacken. Unsere Öfen produzieren pro Tag Tausende Waffeln. Die Backplatten werden
automatisch befüllt, klappen zu, fahren dann zum Backen in einer Kette nacheinander durch den Ofen,
klappen auf und die Waffelblätter lösen sich — oder eben nicht, wenn das Eisen nicht sauber ist.
Und wie wird man diese Rückstände normalerweise los ?
Da muss man schon mit harten Bandagen ran: mit Trockeneis, Chemikalien oder Bürsten — drei
Verfahren, die alle mindestens einen Nachteil haben. Trockeneis ist teuer, Chemikalien sind umweltschädlich und das Bürsten ist zeitaufwendig und fehleranfällig. Außerdem kann es passieren,
dass die Oberfläche rau wird und die Waffelblätter sich auch von sauberen Backplatten nicht
mehr lösen. Also haben wir nach einem neuen Werkzeug gesucht.
… und kamen auf den Laser ?
Wir sondierten den Markt genau und suchten ein Verfahren, das schnell und prozesssicher arbeitet, ohne die Backplatten anzugreifen. Der Laser erfüllt diese Anforderungen
und ist zudem noch sehr schnell, da er einen durchschnittlichen Ofen in ein bis zwei
Arbeitsschichten säubert — das ist deutlich schneller als die Reinigung mit Bürsten oder
Chemikalien, die mehrere Arbeitstage erfordert. Der Laser bietet so alle Vorteile, die andere
Verfahren bieten, ohne deren Nachteile zu haben. Das hat uns natürlich gut geschmeckt.
Haas Food Equipment GmbH
Wie kommt der Laser in den Ofen ?
Galerie zur Anlage
und mehr über
die Lösung:
http://bit.ly/LC-Haas-de
Gar nicht. Die Backplatten kommen zum Laser. Der gesamte Laserreiniger wird an einer
festen Stelle am Waffelbackofen angedockt und die Platten werden unter dem Strahl hindurchbewegt. So reinigt der Laser alle Platten — eine Bahn nach der anderen. Schwierig war es nur,
den Laser zwischen die Platten zu kriegen, denn die Eisen öffnen sich nur um maximal
30 Grad. Außerdem hat uns die strukturierte Oberfläche anfangs etwas Kopfzerbrechen
gemacht, weil die Fokuslage nicht dauernd angepasst werden kann. Aber auch das haben
wir mit einer cleveren Strahlführung gelöst.
9
2008
http://bit.ly/lc-Vanrob-de
VanRob ersetzte an GM-Trucks
Aluminium durch lasergeschweißte
Stahlkonstruktionen: weniger
Gewicht, weniger Energieeinsatz
Wir haben schon oft darüber geschrieben: Laser erhöhen
die Produktivität, senken Kosten, reduzieren Gewicht …
2009
http://bit.ly/lc-laser-more-d
Laser & More schweißte Leuchten und
Fassadenelemente für den Burj al Khalifa:
dünnere Bleche, weniger Werkstoff
10
2010
http://bit.ly/lc-grenzebach-d
Grenzebach AG laserte Glas: keine Kantenbearbeitung,
keine Sprünge im weiteren Prozess mehr
Neu ist allerdings, dass die damit oft verbundenen Energieund Ressourceneinsparungen plötzlich eigene Bedeutung gewinnen.
2012
KD Busch; Simon Koy; Peter Oppenländer; Paul Zoeller
http://bit.ly/lc_esab-d
ESAB treibt das hochproduktive
Laserhybridschweißen voran:
leichtere Strukturen,
weniger Energieeinsatz
für tiefe Schweißungen
11
Friss
die
Hälfte
12
effizienz
Die Erwartung der
Verbraucher und
Politiker ist klar:
Herstellungsprozesse
sollen immer
weniger Energie
und Ressourcen
verschlingen.
Was innerhalb
der Lieferketten
immer wichtiger
wird: die Fähigkeit
des Lieferanten,
zur EnergieEnergie- und
Ressourcendiät
des gesamten
Markus Weißenhorn (shutterstock.com); Ingrid Paulus
Herstellungsprosses
beizutragen.
Es ist eine einfache Erkenntnis. Aber manchmal ist es wichtig, sich selbst daran zu erinnern,
sagt Marko Pfeifer. „Nichts verbrauchen geht
nicht. Wer etwas fertigen will, muss Energie und
Ressourcen einsetzen.“ Pfeifer weiß wovon er redet: Am Fraunhofer-IWU arbeitete er am GreenCarbody-Projekt mit. Dessen Ziel war es, Wege zu
finden, um den Energie- und Ressourceneinsatz
für die Herstellung von Autos zu senken. Er koordinierte das Teilprojekt InnoCaT4, das die Potenziale in der Karosseriefertigung erkundet hat.
„Aber das Gleiche ließe sich natürlich auch für einen Kühlschrank oder ein Handy machen.“ Die
Verfahren, um die es ginge, wären andere. Aber
eine Erkenntnis dürfte dieselbe sein: „Es geht nur
in Kooperation mit den Lieferanten“, so Pfeifer.
Viele Unternehmen haben weniger als die
Hälfte des Energie- und Ressourcenverbrauchs
ihres Endprodukts in der Hand. Der verantwortungsvolle Umgang mit Ressourcen wird so zu
einem Thema in der Lieferkette — nicht nur in
der Automobilindustrie. Dort macht es sich nur
früher und stärker bemerkbar. Die Autoindustrie zählt zu den weltweiten Schlüsselbranchen
und den „Early Adopters“ neuer Verfahren und
Prozesse. Wenn den Herstellern etwas wichtig ist,
strahlen ihre Verhaltensänderungen und technologischen Entscheidungen auf Verhalten und Investitionen von Unternehmen weltweit aus.
der Flächenbedarf reduziert werden konnten.
Ähnlich intensiv betrachten die Fertigungstechniker bei Audi die Bewegungsabläufe der Roboter.
Runde, weiche Bewegungen erfordern weit weniger Energie als kantige. Großes Potenzial sieht
Paulus außerdem in intelligent gesteuerter Anlagenbeleuchtung: „Die Roboter arbeiten ohne
Licht, nur bei Eingriffen des Menschen in die Anlagen muss das Licht sofort zur Verfügung stehen“,
sagt sie. Abschaltkonzepte der Anlagen für kurze
wie lange Pausen spielen eine zunehmend wichtige Rolle, um Energie- und Medienverbräuche zu
reduzieren. In der Summe lassen sich Hunderte
von Megawatt sparen.
Das sind Maßnahmen, die auch in den Be-
richten zum Green-Carbody Projekt vorkommen,
und keine davon ist produktspezifisch. Aber sie
werden bei den Lieferanten zu neuen Lösungen
führen und diese werden in anderen Branchen
auftauchen. 2012 berichtete die Laser Community über die Fertigung von Backöfen bei Electrolux. Die EDAG AG hat für den Hersteller eine
Laserschweiß- und Schneidlinie entworfen und
dabei gezielt die Erfahrungen mit Produktionslinien für Automobilhersteller genutzt: Ein Ofen
ist auch nur eine Karosserie mit Backröhre.
Auf dieser Erkenntnis bauen auch viele Lohnfertiger ihr Geschäft auf. Oft ist es das sichere und
hohe Auftragsvolumen aus der AutomobilinduWie wichtig das Thema Energie- und Res- strie, das die Investition in moderne Fertigungssourceneffizienz in dieser Branche wird, zeigt technik wie etwa -D-Laserschneidanlagen erein Vortrag, den Ingrid Paulus, Senior Manager möglicht. Einmal ausgestattet mit der TechnoloGreen Production bei der Audi AG in Ingolstadt, gie, kann der Lohnfertiger auch anderen Kunden
vor 270 Gästen im Auditorium des Lieferanten Laserverfahren anbieten, um deren Produkte efTRUMPF hielt: „Wir erfizienter zu fertigen. Die
Regeln der Automobiler
fassen jeden Energieverbraucher in unserer Ferti- „Wir erfassen jeden
verstärken dies. VW etgung, um zu sehen, wo die
wa legt Lieferverträgen
Energieverbraucher,
Potenziale liegen“, berichunter anderem eigene
tet Paulus und zählt MaßNormen über Umweltum die Potenziale
nahmen auf, die meist die
verträglichkeit, Recyczu finden.“
Zusammenarbeit mit Lielingfähigkeit und Werkferanten einschließen. Im
stoffverbote zugrunde.
Ingrid Paulus,
Karosseriebau des neuen
Von
Hauptlieferanten
Audi AG
Audi A3 wurden zum Beifordert der Konzern zuspiel die Schweiß- und die
dem ein zertifiziertes
Zangensteuerung zusamUmweltmanagement gemengefasst, sodass sowohl
mäß ISO .
die Invest- als auch die
Entsprechend breitet
sich das gezielte Managelaufenden Kosten sowie
13
2
Die Erkenntnisse und Ideen, die daraus
entstehen, fließen auch bei den anderen Unternehmen der Michelfelder Gruppe ein, die weniger oder nichts mit dem Automobilsektor zu tun
haben. Das ist zum einen die Michelfelder Metalle- und Lasertechnik. Sie bündelt das LaserKnow-how der Gruppe und bietet es als Lohnfertiger auch externen Kunden aus den unterschiedlichsten Branchen an. Und dann ist da noch die
Michelfelder Edelstahltechnik. Sie setzt die Erfahrung der Gruppe mit Edelstahl in anderen
Industriezweigen um: für die Reinraumtechnik,
die Lebensmittelindustrie, für den Maschinenbau
oder die Gebäudetechnik. Werner Huprich, einer
der zwei Geschäftsführer des Unternehmens, sagt
dazu: „Wettbewerbsdruck, Technologiesprünge
und hohe Ansprüche der Kunden sind kein Monopol der Automobilindustrie. Wir reagieren, indem wir den Automatisierungsgrad erhöhen und
Nachbearbeitungsschritte beseitigen. Damit spielen Laserbearbeitung und vor allem Laserschweißen eine immer wichtigere Rolle.“
Dass Laserschweißen zu den Schlüsseltechno­
logien für energieeffiziente Konstruktionen gehört, bestätigt das, was Schweißfachingenieur
Holger Fischer über die Fertigung des ZSB-Differenzials und der ZSB-Doppelkupplung bei der
14
die wahre Stärke des
Lasers ist ohnehin
die Effizienzsteigerung,
die er ermöglicht.
Volkswagen AG erzählt: „Wir haben im ersten
Schritt das Schrauben oder Nieten als Fügeverfahren durch das Laserstrahlschweißen mit CO2Lasern und Zusatzwerkstoff ersetzt. Das reduzierte das Bauteilgewicht um circa ein Kilogramm“, erklärt Fischer. „Im zweiten Schritt stiegen wir um auf Scheibenlaser. Diese haben im
Vergleich einen nahezu doppelten Wirkungsgrad
und erhöhen die Prozessgeschwindigkeit deutlich.“ Fischers zweites Beispiel, die ZSB-Doppelkupplung, hat neun Fügestellen, die alle lasergeschweißt werden. Bis auf zwei Ausnahmen sind
es Stoßnähte, die Flansche und damit Werkstoffzugaben ersparen. Dabei nutzt VW die Scheibenlaser sehr effizient, wie Fischer erklärt: „Eine
Strahlquelle versorgt über Laserlichtkabel mehrere Schweißstationen. So gibt es kaum unproduktive Stand-by-Zeiten.“
Die Strahlquelle effizient zu nutzen, ge-
hört zu den vielen Möglichkeiten, das scheinbare Handicap des Lasers gegenüber anderen Verfahren — seine hohe Leistungsaufnahme — mehr
als auszugleichen. Das wird deutlich, sobald der
Vergleich den ganzen Prozess einbezieht. Frank
Riedel vom Fraunhofer-IWU etwa hat sich beim
Green Carbody-Projekt mit den thermischen
Fügepro­zessen auseinandergesetzt. Dabei hat er
sehr früh Dinge wie Leistungsaufnahme und
Streckenenergie als alleinige Vergleichsgrößen
verworfen: „Zu viele Faktoren bleiben damit un-
Welches Werkzeug
braucht mehr
Energie, um
5-MillimeterStahlblech
auf einem Meter
zu trennen ?
Laser
vs.
Fräser
Die Antwort:
Laser (mit 20 kW Leistungsaufnahme)
TRENNEN: 12 sec, 0,144 kWh
WERKSTOFFVERLUST: 0,078 kWh im Schnittspalt
Fräser (mit 0,4 kW Leistungsaufnahme)
TRENNEN: 14 min, 2,043 kWh
WERKSTOFFVERLUST: 1,95 kWh in den Spänen
Die Rechnung: http://bit.ly/LC_LaserxFraeser
Markus Weißenhorn; Michelfelder Group; Joining Technologies
Quelle: TRUMPF
ment von Energie- und ResWeniger für mehr
sourceneinsatz bei AutomoEffizienzbetrachtung für 4 kW Laserleistung
bilzulieferern aus. Michelfel120 kW
50 %
der Automotive ist ein Bei Elektrische Leistungsaufnahme (kW)
45 %
Konversionseffizienz (%)
spiel dafür: Das Unternehmen
100 kW
40 %
fertigt hauptsächlich Kom35%
80 kW
30 %
ponenten für Abgasanlagen
25 %
60 kW
aus Edelstahl. Dem Wunsch
20 %
40 kW
der Kunden nach regelmäßi15 %
10%
gen Effizienzgewinnen be20 kW
5%
gegnet Geschäftsführer Peter
0%
0 kW
Sohmer so: „Wir optimieren
scheibe/Faser Diode
Lampe
CO
die Anlagentechnik und planen die Fertigung intensiv, um
die Maschinenbelegung zu
optimieren. Mit unseren Kunden schließen wir
Grenzmustervereinbarungen ab, um Ma­te­rialverschwendung zu verhindern. Es gibt mittlerDer Wirkungsgrad steigt,
weile ein Energiesparkonzept und unser interner
KVP-Prozess erschließt immer wieder Potenzidie Leistungsaufnahme
ale“, erläutert er. „Außerdem wenden wir uns an
geht zurück. Doch
unsere Lieferanten und Partner, um weitere Ein­
spa­rungs­potenziale zu finden.“
berücksichtigt. Wir haben deshalb die Fügepro- wicht einzusparen, den Lohnfertigern in der Prozesse als Blackbox betrachtet. In diese Box haben zesskette Blech neue Geschäftschancen eröffnet.
wir alles gepackt, was notwendig ist, um zwei
Werkstücke auf einer Strecke von einem Meter Ähnlich positiv sieht es aus, wenn Laser helfen,
zu fügen: den direkten Energiebedarf und den mit viel Energie und Werkstoff gefertigte Komindirekten Bedarf für die Prozessvorbereitung, ponenten länger im Betrieb zu halten: Das Redie Nachbearbeitung, die Prozessdauer, Material- paraturschweißen hat sich zu einem eigenen
einsatz, Raumbedarf …“ Anschließend verglich Geschäftszweig entwickelt. Einer, der sehr früh
das Team Szenarien mit verschiedenen Füge- eingestiegen ist, ist Michael Francoeur. 2005 beprozessen und Riedel stellte fest: „Wenn wir nach schloss der US-Amerikaner, seinem Job-Shop
der maximalen Energieeffizienz für eine Bau- Joining Technologies Instandhaltungsaufträge
gruppe suchen, finden wir als ideales Ergebnis aus Luft- und Raumfahrt zu erschließen. Im Vormeist einen Mix aus Verfahren inklusive Laser.“ dergrund standen dabei Kostenüberlegungen: Im
Doch das läuft gegen einen wesentlichen Trend in Aerospace-Geschäft gibt es viele teuer gefertigte
der Fertigung: „Dort geht es aktuell darum, we- Präzisionsteile. Verschleiß, Schäden oder Fertiniger Verfahren flexibler einzusetzen“, wie Riedel gungsfehler mit Schweißungen zu reparieren, koserklärt. So nimmt die Bedeutung des extrem fle- tet oft deutlich weniger Geld, als sie komplett zu
ersetzen. Doch der aktuelle Geschäftsführer von
xiblen Lasers weiter zu.
Joining Technologies, Dave Hudson, hat durchAuch durch die Energie- und Ressourcen- aus auch den ressourcenschonenden Aspekt seibrille betrachtet, sieht Riedel den Laser klar im ner Arbeit auf seiner Seite: „Für unsere Kunden
Vorteil gegenüber anderen Schweißverfahren. steht dies heute zwar oft noch nicht im Vorder„Sie müssen den Werkstoff zwar auch schmelzen, grund. Doch in den meisten Fällen setzen wir
aber durch die starke Energiefokussierung ist das einen Bruchteil der Energie und des Werkstoffs
Schmelzvolumen extrem klein“, sagt er. Darum ein, die ein neues Teil kosten würde.“ Das beliebsetzt sich der Laser in vielen Szenarien durch, ob- teste Beispiel für diese Art der Reparaturen sind
wohl sein Steckdosenwirkungsgrad deutlich hin- Turbinenschaufeln und -räder. Aber auch massiter dem von anderen Prozessen zurückbleibt. Der ve Wellen oder die Zylinder großer Schiffsdiesel
Laser nutzt seine Energie am Werkstück extrem sind lohnende Objekte, deren Ersatz weit mehr
effizient, er erwärmt und schmilzt nur ein nahe- Material und Energie kostet als eine Reparatur.
zu ideales minimales Volumen. Und: „Niemand
braucht Energie aufzuwenden, um großvolumige So oder so: Das Umdenken in Sachen ResFugen vorzubereiten und zu verschweißen, Ver- sourcen und Energieeinsatz und die Suche nach
züge und Spannungen abzubauen, Teile zu rich- Potenzialen um der eingesetzten Energie und
ten oder zu beschleifen. Oft reicht das schon, um Rohstoffe willen, hat bereits begonnen, gerade in
andere Verfahren auch in der Energiebilanz zu der extrem von Kosten getriebenen Automobilschlagen“, stellt Riedel fest.
industrie: „Unser Ziel war es, 50 Prozent Energie
Wenn diese Lasernähte — oder aber Laser- einzusparen“, sagt Pfeifer. „Das haben wir nicht in
schnitte — dazu dienen, stabilere Konstruktionen jedem Forschungsansatz erreicht. Aber am Ende
aus weniger Werkstoff zu erschaffen, verbessert waren sich alle einig, dass das, was wir an Einspadas die Bilanz weiter. Das hat sich in der Auto- rungsmöglichkeiten gefunden haben, auch wirkmobilindustrie in den letzten Jahren zum Beispiel lich realisiert werden kann. Da hat sich in den
im Antriebsstrang aber auch bei höchstfesten Köpfen viel geändert.“ Das merken auch viele
Stählen im Karosseriebau bestätigt. Die geringe- Lieferanten. Und eine wachsende Zahl baut ihre
ren Blechstärken in entsprechend konstruierten Zukunft darauf auf.
Karosserieteilen sparen jede Menge Gewicht —
sprich Werkstoffmasse. Den Weg dahin haben Ansprechpartner: höchst produktive Lasermaschinen frei gemacht, TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH,
die mit dem widerspenstigen Material auch in ge- Klaus Löffler, Telefon +49 (0) 7156 303 – 30962,
waltigen Stückzahlen fertigwerden. Zugleich hat klaus.loeffler@de.trumpf.com
das Bestreben der Hersteller, Material und Ge-
„Energiesparkonzept,
KVP, Materialverschwendung
vermeiden …
Wir machen viel
und wir treten
mit unseren
Erwartungen an
Lieferanten heran.“
Peter Sohmer,
Michelfelder Automotive
„In den meisten Fällen
setzen wir Bauteile
mit einem Bruchteil
dessen instand, was
ein Neuteil an
Energie und Rohstoff
kosten würde.“
Dave Hudson,
Joining Technologies
15
effizienz
Am
Wendepunkt
# 01
Wenn neue Serienmodelle künftig leichter sein können, als ihre
Vorgänger, spart das nicht nur Kraftstoff. Das Weniger an Masse
und Material resultiert unter anderem aus einem Plus an Laserlicht.
# 10
Zusätzlicher Werkstoff bedeutet zusätzliches Gewicht. Dabei zählt selbst
der Schweißdraht. Beim
neu entwickelten Wobbeln pendelt der
Laserstrahl spiralförmig entlang des
Fügespalts. Durch diese Bewegung
schmilzt er rechts und links des Spalts
Material ab und verbreitert so die
Schmelze. Das ermöglicht es, selbst größere Fügespalte zu überbrücken, beispielsweise beim Schweißen von Untergruppen wie Sitzträgern und Halteblöcken für Motor und Antriebsstrang.
www.laser-community.de /6141
Weniger Reibung, weniger Verbrauch:
Die Oberflächenstrukturierung mittels
Kurzpulslasern, zum Beispiel von Hubkolben, sorgt im Motor für mehr Effizienz.
Das Ergebnis: weniger CO² -Emission, ein Plus an Umweltschutz und Nachhaltigkeit.
# 09
Laserschweißnähte können extreme Lasten aufnehmen. Das
ermöglicht es, im Antriebsstrang Gewicht zu sparen. Damit
sich in den tiefen Lasernähten keine Risse oder spröde Stellen
bilden, werden die Fügestellen — und nur diese — per Induktion extrem energieeffizient vorgewärmt. www.laser-community.de/6147
# 08
Auch Zulieferer rund um das Automobil profitieren vom
Laser, etwa beim Bau der Doppelkupplung. Im Gegensatz
zu konventionellen Verfahren fügt der Laser ohne Energieeintrag Lamellen an die Nabe. Das schafft eine dauerhafte
Verbindung auch bei hohen Drehzahlen und höchster Belastung.
# 07
Unterbau, Seitenteile oder Sitzbefestigung entstehen im höchst produktiven Remoteschweißverfahren, das Roboterbewegungen reduziert.
Drei bis vier Lasernähte pro Sekunde schafft das
16
Verfahren. Neue 3-D-Scanneroptiken bewegen den Laser nun
auch in der dritten Dimension, sodass der Roboterarm nicht
mehr jeder Stufe folgen muss, um den Fokus zu halten.
www.laser-community.de /7315
# 02
# 03
An Heckklappen oder
Autodächern wiederum findet man via Laser generierte Lötnähte. Deren Oberfläche ist glatt und
sauber und bildet geschwungene
Übergänge zum Werkstück. Ein ideales Verfahren für Sichtnähte ohne
Nacharbeit. Der Lackierer kann sich
sofort ans Werk machen.
Tellerrad und Gehäuse des Differenzials
werden schon lange mit dem Laser
verbunden. Mittlerweile sorgen Kurzpulslaser mit dem Abtrag von Phosphatschicht, Fetten oder Korrosionsschutz für einen
ruhigen Prozess und Schweißen ohne Spritzer.
www.laser-community.de /1570
# 04
Beim Presshärten — beispielsweise einer B-Säule —
schneiden Laser nicht nur die Platinen vor dem
Pressvorgang, sondern sorgen in flexibel programmierbaren 3-D-Maschinen auch für das Einbringen von Löchern und Durchbrüchen sowie für den Außenbeschnitt der geformten Teile. Das erspart Werkzeuge und den
entsprechenden Material- und Energieeinsatz für ihre Fertigung
und Instandsetzung. www.laser-community.de/6151
# 05
Warm umgeformte Stahlgüten wie Usibor
sparen 30 bis 50 Prozent Gewicht gegenüber herkömmlichen, kalt umgeformten
Varianten. Sie sind das Ausgangsmaterial
für Tailored Welded Blanks. Diese schweißt der Laser —
allerdings erst nachdem ein Kurzpulslaser die Aluminium-Silizium-Beschichtung an der Fügestelle mit höchsten Abtragraten entfernt hat.
Illustration: Gernot Walter; TRUMPF
# 06
Selbsttragende Stahlkarosserien
werden leichter, wenn man gezogene Bauteile und geflanschte
Verbindungen durch Profile ersetzt. Dazu wird ein deutlich dünneres Blech
als bislang üblich mit Halbprofilen versteift.
Ein Laser verschweißt beides mit Serien kurzer
Kehlnähte. Oder er fügt die durch das Blech
gesteckten Laschen der Halbprofile auf der
Blechrückseite. Dabei bleibt der Wärmeeintrag
so gering, dass thermischer Verzug trotz großflächiger Konstruktion nicht auftritt.
www.laser-community.de /1823
Schneiden, schweißen, auftragen oder
strukturieren — rund um das
Automobil ist das Werkzeug Laser
längst unersetzlich und bildet einen festen
Bestandteil der Leichtbau-Initiative.
Ansprechpartner:
Rüdiger Brockmann, Telefon +49 7156 303 – 30115,
Ruediger.Brockmann@de.trumpf.com
17
„Nur so
bleiben wir
wettbewerbsfähig“
Herr Hur, Ihr Unternehmen produziert Komponenten rund um
Autositze. Die wirken auf den ersten Blick vielleicht ein wenig
unscheinbar: Gibt es bei standardisierten Teilen wie Sitzschienen
oder Sitzkurbeln überhaupt den Drang zu Innovationen ?
Das möchte ich doch mit Nachdruck bejahen. Die Megatrends,
die die gesamte Automobilbranche umtreiben, machen auch vor
uns nicht halt. Um am Markt bestehen zu können, müssen Autos
immer effizienter werden. Das ist kein Geheimnis mehr. Dazu
reicht es allerdings nicht, allein den Motor zu tunen oder die
Karosserie in Leichtbauweise zu fertigen — jede Komponente
muss noch einmal zurück aufs Reißbrett.
Das muss sitzen:
Um mit den
Forderungen der
Automobilbranche
mitzuhalten,
steht auch bei
der Fertigung von
Sitzkomponenten
die Effizienz im
Vordergrund.
Dr. Hur Yoon-Hu,
Vice President von
Daewon Precision,
setzt deshalb auf
Hightech per Laser.
Wettbewerb einen Vorsprung zu bekommen
und auszubauen. Wir haben Verfahren wie
das Laserschweißen, im Vergleich zum Rest
unserer Branche, schon relativ früh eingesetzt.
Bereits 2008 fingen wir an, den Laser in einer
Fertigungslinie für Sitzschienen einzusetzen.
Seitdem produzieren wir fünf Teile für drei
Typen von Automobilen mithilfe von Laserschweißmaschinen. Des Weiteren haben wir
kürzlich einen Auftrag für einen neuen Fahrzeugtyp erhalten, bei dem wir den Einsatz einer anderen Komponente oder Technologie
Und warum lohnt es sich, gerade bei Ihren Produkten noch
in Betracht ziehen. Ein Teil, für das sich das Laserschweißen
anbieten würde, ist die Sitzschiene. An diese werden per Laser
einmal ganz genau hinzuschauen ?
Da treffen mehrere Aspekte aufeinander. Unsere Kunden ver- Klammern zur Verbindung mit dem Kissenrahmen angebracht.
langen, dass Autositze immer kompakter und leichter werden. Ein anderes ist der Sitzversteller, dessen obere und untere AbJedes Gramm ist wichtig. Höhere Kosten will dabei natürlich deckung bislang durch Bördeln verbunden wurden. Da die geniemand in Kauf nehmen. Bei aller Rechnerei dürfen wir je- bördelten Teile beim Laserschweißen nun wegfallen, kann Madoch nie den Blick auf die Qualität verlieren, schließlich tragen terial gespart und das Gewicht etwas reduziert werden. Derzeit
auch unsere Produkte einen großen Teil zur Fahrsicherheit bei. prüfen wir, ob das Verfahren auch bei den Seitenelementen des
Eine ausgerissene Sitzschiene kann bei einem Autounfall fatale Rücksitzrahmens und beim Sitzversteller des Rücksitzes eingeFolgen haben. Aber auch an den Normalbetrieb stellen die End- setzt werden kann.
nutzer mittlerweile sehr hohe Ansprüche. Den Herstellern sind
natürlich Reklamationen wegen — aus Kundensicht — einfacher Welche Verfahren könnten denn Alternativen zum LaserschweiFunktionsteile wie Sitzkurbeln besonders unangenehm. Das alles ßen sein? Und warum haben Sie sich gegen sie entschieden?
beeinflusst unsere Art zu fertigen erheblich. Um Effizienz, Qua- Anstatt zu schweißen, setzen manche unserer Mitbewerber auf
lität und Preis gleichermaßen befriedigend zu gestalten, setzen mechanische Varianten wie Bolzen oder Nieten. Diese Fügeverwir ganz bewusst auf Hightechlösungen wie den Laser. So rüsten fahren sind zwar günstig, erhöhen aber das Volumen der Endwir uns für die Zukunft.
produkte und würden damit dem Trend Miniaturisierung entgegenstehen. Außerdem fügt dies den Baugruppen weiteren WerkSie sehen sich also als Hightechproduzent?
stoff hinzu — unsere Kunden in der Automobilindustrie erwarAls genau solcher. Seit unserer Gründung 1983 hat sich unser Un- ten aber Ressourceneffizienz, das heißt, wir wollen eher Material
ternehmen vor allem in der Produktion rapide verändert. Um mit los werden. Für uns kämen daher höchstens Verfahren wie CO2 den gerade angesprochenen Marktansprüchen mithalten zu kön- oder MAG-Schweißen infrage. Diese werden allerdings unseren
nen, mussten wir eine Vielzahl neuer Technologien entwickeln Ansprüchen nicht gerecht und fügen ebenfalls Werkstoff hinzu.
und adaptieren. Dabei versuchen wir natürlich gegenüber dem Die Schweißnähte von Sitzschienen und Kurbeln müssen eine
18
Kopfstütze, Sitzschienen, Verstellkurbeln: Bei
Daewon werden
viele Teile mit dem
Laser geschweißt.
Damit sichert
das Unternehmen
seine Wettbewerbsfähigkeit ab.
Daewon Precision; Yon Je-Seung / Studio Africa
Effizienz
Report
Dr. Hur Yoon-Hu,
Vizepräsident
von Daewon
Precision,
weiß, was er
am Laser hat.
19
effizienz
hohe Festigkeit vorweisen, um
über die komplette Lebenszeit eines
Automobils tadellos zu funktionieren. Was wir
also brauchen, ist ein Verfahren, das auf effiziente Weise
extrem feine und feste Schweißnähte produziert und das Gewicht
nicht erhöht, sondern eher hilft abzuspecken. Und da kommt eigentlich
nur der Laser infrage. Um die Marktanforderungen hinsichtlich Gewichtseinsparungen zu erfüllen, verwenden wir bei Sitzschienen bereits seit drei
Jahren hochfeste Stähle. Hierfür haben wir unsere Umform- und Fügetechnik zügig weiterentwickelt: Neben einer hochpräzisen Presse setzen wir
nun auch Laser ein. Bei neuen Fahrzeugtypen ist ein Trend zu hochfesten
Stählen zu verzeichnen
Lohnt sich das auch auf Kostenseite ?
Alle unsere Produkte werden in sehr hoher Stückzahl gefertigt. Gerade
da kann der Laser aus meiner Sicht punkten. Durch seine Produktionsgeschwindigkeit rechnet sich sein Einsatz für uns in jedem Fall. Dazu kommt
die Verlässlichkeit: Wir sind stolz darauf, uns als Null-Fehler-Unternehmen
bezeichnen zu können. Dazu trägt das Laserschweißen mit seiner hohen
Prozesssicherheit einen großen Teil bei. Und wer keinen Ausschuss erzeugt,
verbraucht wiederum weniger Energie und Ressourcen. Durch diesen Hightechansatz ist es uns gelungen, unseren Kunden entgegenzukommen und
wettbewerbsfähiger als die Konkurrenz zu sein.
Funktionierte die Einführung des Lasers denn problemlos ?
Es gab durchaus einige Herausforderungen zu bewältigen, um den Laser
auf die benötigte Genauigkeit der Schweißnaht einzustellen. Unser ProzessKnow-how beziehen wir hauptsächlich aus den Erfahrungen der vergangenen Jahre. Da es viele verschiedene Geometrien, Materialarten und -stärken gibt, müssen wir die richtigen Schweißparameter wie Laserleistung,
Schweißgeschwindigkeit, Fokuspunkt und Reihenfolge der Schweißungen
erst ermitteln. Diesen Vorgang optimieren wir für bestmögliche Qualität
und minimalen Verzug. Außerhalb des eigentlichen Schweißprozesses haben
20
Dieses Lagerteil trägt den Entrieglungshebel
für den Sitzschiebevorgang. Es ist punkt- und
liniengeschweißt.
In der hochmodernen
Produktionslinie von
Daewon lässt sich
die Einschweißtiefe
dieses Teils zur
Qualitätssicherung
zerstörungsfrei
prüfen.
wir ebenfalls einiges umgestellt: Für den Laser waren die Toleranzen unserer Pressteile bislang zu groß, weshalb wir unser Verfahren „lasergerecht“
überarbeitet haben. Die Qualitätssicherung haben wir um zerstörungsfreie
Verfahren und Echtzeitüberwachung des Schweißprozesses erweitert. Jede
dieser Maßnahmen trägt dazu bei, dass wir heute fehlerfrei arbeiten und
uns so hervorragend auf dem Markt positionieren konnten.
Wie wichtig schätzen Sie den Laser für die Zukunft ein ?
Um wettbewerbsfähig zu bleiben, ist es unabdingbar, dass wir weiter auf
den Laser setzen. Momentan überlegen wir, an zwei weiteren Produktlinien aufs Laserschweißen umzusteigen. Es ist ein großer Vorteil, dass wir
uns schon seit einigen Jahren mit dem Laser beschäftigen. So konnten wir
den aktuellen Trend zu leichtgewichtigeren Automobilen ohne große Probleme abfangen, da wir sofort Lösungen parat hatten. Das wollen wir auch
beibehalten: Wir überprüfen laufend, wo wir wieder ansetzen können. So
sichern wir unseren Erfolg nachhaltig.
Ansprechpartner: Mr. Lee JinSub, Telefon + 82 (0)31 489 0752, jslee@dwjm.co.kr
Es gäbe in der
Investition
günstigere
Verfahren.
Aber die genügen weder
Daewons
Ansprüchen
an die Produktivität noch an
die Effizienz
oder Qualität.
Yon Je-Seung / Studio Africa
Bolzenfreies Schweißteil zur Fixierung
des Autositzes an der Karosserie.
Die nötigte Festigkeit lässt sich
nur durch Laserschweißen
erreichen.
PersPektiVe
Die Stunde der Erfinder
Prof. Ferdi Schüth, Vorsitzender der Jury des Deutschen Zukunftspreises, ist überzeugt,
Deutscher Zukunftspreis / Ansgar Pudenz
dass der Drang nach Ressourceneffizienz zum neuen Innovationstreiber in der Industrie wird.
„Sparen, sparen!“ So klingt es oft, wenn Politiker oder Umweltverbände zu Effizienz und geringerem Ressourcenverbrauch mahnen. Den
gereckten Zeigefinger darf man sich dazu denken. Dabei kann man Effizienz auch ganz anders betrachten: „Vorwärts, vorwärts!“ Denn auf
dem Weg hin zu weniger Ressourceneinsatz
ist Neugier ein viel besserer Antrieb als Entsagung, und „intelligente“ Produkte werden eher
akzeptiert als Askese.
Ja, es stimmt: Wir stehen unter Druck. Die
Rohstoffe werden begehrter und weniger zugleich; also teurer. Die Weltwirtschaftskrise ab
2008 bremste nur kurz den langfristigen Trend
zu höheren Preisen, etwa von Rohöl. Sowohl
einzelne Unternehmer als auch ganze Volkswirtschaften streben danach, sich von der Herrschaft der Rohstoffpreise zu befreien.
Global gesehen ist eine entscheidende Herausforderung der Menschheit, zu klären, wie
sie sich künftig mit Energie versorgen kann. Die
Fragestellung ist facettenreich: Wie viel Energie benötigen wir? Wie stellen wir unsere Mobilität sicher? Welche Energiequellen können
wir nutzen? Wie passen wir unsere Energieinfrastruktur an?
Wie die Antworten lauten werden, können
wir heute höchstens erahnen. Woher die Antworten aber kommen werden — das wissen wir.
Denn um das Energieproblem der Menschheit
zu lösen, brauchen wir vor allem zweierlei: den
eifrigen Entdeckergeist von Forschern und den
geduldigen Willen von Ingenieuren, neue nützliche Produkte zu schaffen.
Das zeigt das Beispiel der Entwicklung
des industriellen Ultrakurzpulslasers, den wir
mit dem Deutschen Zukunftspreis 2013 aus-
gezeichnet haben. Hier lieferte
die Uni Jena die theoretischen
Modelle und die grundlegenden Experimente. Bosch entwickelte den Prozess, während TRUMPF die Anforderungen an eine industrietaugliche Strahlquelle umsetzte. Der Ressourcenverbrauch sinkt hier gleich
doppelt: Einerseits ermöglicht der Ultrakurzpulslaser
die „kalte“, hoch präzise Bearbeitung der Werkstoffe und
ist damit äußerst effizient. Andererseits sind nur so ressourcensparende Produkte wie etwa ein neuartiges Benzin-Direkteinspritzventil mit extrem feinen Spritzlöchern
realisierbar. Deren glatte Wände und
individuelle Geometrien sorgen dafür, dass Motoren 20 Prozent weniger
Kraftstoff verbrauchen.
Wir befinden uns momentan in einem interessanten Übergang: Ressourcenund Energieeffizienz versprechen zwar oft
auch Kostensenkung. Sie avancieren aber zunehmend zu einem eigenständigen Kriterium
sowohl in der Gesellschaft als auch für wirtschaftliche Entscheider. Ganz sicher wird der
Drang zu weniger Ressourcenverbrauch und
mehr Energieeffizienz ein wichtiger, wenn nicht
gar der wichtigste Innovationstreiber der nächsten Jahrzehnte sein.
Prof. Ferdi Schüth ist
Direktor und Wissenschaftliches Mitglied
des Max-Planck-Institut
für Kohleforschung
und Vorsitzender der
Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG.
E-Mail an den Autor: schueth@kofo.mpg.de
21
Mehr Maschinenbilder (Galerie):
http://bit.ly/LC-Geiss-de
Manfred Geiß
schneidet
Thermoformteile
mit Licht.
Thermogeformte Armaturenblende:
Der Laser macht Ecken und Ausbrüche
mit minimalen Radien möglich.
Könner in
Kunststoff
Thermoformteile brauchen nach der Vakuum­
umformung Konturen und Ausbrüche. Als einziger
Anbieter weltweit setzt die Geiss AG bei der
Konturbearbeitung auf das Werkzeug Laser.
KD Busch
Ohne leistungsfähige Absaug- und
Filteranlage (links im Bild) geht keine
Maschine zum Kunden.
22
rePort
M
aschinen der Geiss AG im fränkischen Seßlach beherrschen das weite Feld der Thermoplaste, Verbundwerkstoffe und Polyolefine. Das Unternehmen
gilt als Pionier in der Thermoformung — ein mit
dem Tiefziehen von Blech vergleichbares Konkurrenzverfahren zum Spritzgießen. Beim Thermoformen werden thermoplastische Folien oder
Platten unter Hitzewirkung vakuumumgeformt.
Im nächsten Prozessschritt muss das meist innerhalb eines rechteckigen Materialzuschnittes
liegende Formteil vom Rand befreit werden. Deshalb bietet Geiss seit 1984 auch CNC-Maschinen
zur Konturbearbeitung an. Fräsen und Schneiden mit Ultraschall, heißen und kalten Klingen
oder gelegentlich sogar Wasserstrahl sind die
Klassiker bei der Konturbearbeitung. Nur Manfred Geiß, Inhaber der Geiss AG, hat das Potenzial des Lasers erkannt: „In unserer eigenen Blechfertigung schneiden wir seit vielen Jahren Bauund Edelstahl mit dem Werkzeug Licht. Warum
also nicht auch Kunststoff schneiden?“
Der Laser, so das Kalkül des kunststoffaffinen
Maschinenbauers, kennt keinen Verschleiß und
braucht nicht wie das Wasserstrahlschneiden
Abrasivmittel. Er schneidet flexibel, schnell, trocken und wartungsfrei — und bei gleichbleibender Qualität höchst präzise. Er benötigt lediglich
eine Absaugung. Die bindet
die beim Schneiden entstehenden Kohlenwasserstoffe.
Ob saubere
Passen muss der Laser nur
Konturen oder
bei PVC und anderen hahaarfeine
logenierten Kunststoffen.
Durchschüsse: Für
Denn dabei entstehen
Composite-MaHydrochloride, die sich
terial ist der
in der Abluft zu toxiLaser prädesschem Dioxin verbintiniert.
den. Manfred Geiß:
„ABS, Acryl, Carbonfaser, PET und
Polycarbonate
eignen sich gut
für die Laserbearbeitung,
glasfaser-
„Das Laserschneiden
kann auch für
die Bearbeitung
im Reinraum
genutzt werden.“
Fräsen würden sich die
verstärkte Stoffe brauchen
mehr Laserleistung, LamiFasern aufwickeln, beim
nate mit Schaumfüllung
Schneiden vor der Klinge
aufschieben — , gleitet der
gehen gar nicht und bei
Laser schneidig und ohne
ganz dünnem Material
punktet das Messer.“
Ausfransungen durch das
Manfred
Geiß
Ergänzend zu traditiMaterial.
onellen Verfahren entwiTests auf Machbarckelte Geiss zusammen
keit Ob sich der Laser
mit TRUMPF seine eigene Portal-Laserschneidanals Mittel der Wahl eignet
lage. In die kartesisch aufgebaute Maschine ist ein und mit welchen Parametern das beste Schneidkompakter CO2-Laser TruCoax mit einer Leis- ergebnis erzielt wird, testet Geiss für seine Kuntung von 1.000 Watt integriert. Alle optischen den auf der installierten Vorführmaschine — inKomponenten stammen vom Laserhersteller, die klusive zertifizierter Abgasuntersuchungen durch
CNC-Maschine selbst ist ein Geiss-Unikat. Auf- den TÜV Süd. So entsteht beispielsweise eine
grund ihrer ausgefeilten Parametrik lassen sich Kofferschale aus ein Millimeter starkem Polycaralle 3- oder 5-Achs-CNC-Maschinen von Geiss bonat. Die Konturnaht hat eine Länge von 2480
mit der Option Laserschneiden ausrüsten.
Millimetern, 16 Löcher werden gebohrt. Bei einem Vorschub von 9.000 Millimetern pro MiBesser absorbiert Der CO2-Laser arbeitet nute und einer Laserleistung von 500 Watt dauspeziell für die Kunststoffbearbeitung mit 9,3 statt ert der Schneidzyklus 69 Sekunden. Den selbst
den üblichen 10,6 Mikrometer Wellenlänge. Bei entwickelten Rodel aus vier Millimeter starvielen Kunststoffen werden dadurch Absorption kem ABS mit PMMA (Polymethylmethacrylat)
und damit Schnittgeschwindigkeit um rund zehn schneidet der Laser bei einer Konturlänge von
Prozent verbessert. Das Werkzeug Licht punktet 2.580 Millimetern und zwei Bohrungen in 49
darüber hinaus mit zahlreichen Vorteilen. Die Sekunden. Und ein Lüftungsgitter aus ABS und
berührungslose Bearbeitung mit dem Laser ver- Acryl ist trotz 168 rechteckiger Ausbrüche, sechs
ursacht keine Schnittkräfte — ein klares Plus bei Bohrungen und 860 Millimeter Konturlänge
der Bearbeitung der im Trend liegenden, immer im Highspeedmodus bereits in 260 Sekunden
dünneren Werkstoffe. Und ein Kostenfaktor, da beschnitten.
die Teileaufnahmen einfach gehalten werden
Ob Scheinwerfer, Verkleidungs- oder Bodenkönnen.
material für das Auto, Sonnenblenden für Lkw
Manfred Geiß ergänzt: „Der Laser fährt auch oder Folien für die Möbel-, Bau- oder VerpaKonturen und Ausschnitte an, die für eine Fräs- ckungsindustrie — die Einsatzgebiete sind vielfälspindel längst unzugänglich sind. Ebenso sind tig. Manfred Geiß glaubt an den Erfolg des LaserEcken und Ausbrüche mit minimalen Radien mö- schneidens: „Zwei Megatrends sorgen für Schub.
glich — sogar haarfeine Durchschüsse in Compo- Einerseits der Trend zur Leichtigkeit. Transportsite-Materialien.“ Zudem entfällt bei vielen An- mittel werden heute gewichtsoptimiert konstruwendungsgebieten die Nacharbeit. Beim Schnei- iert und damit dünnwandiger. Andererseits der
den von Acryl beispielsweise wirken die Schnitt- Siegeszug der Composite. Für Materialien wie
kanten wie flammpoliert. Und wenn im Rein- GFK oder CFK ist der Laser wie gemacht.“
raum weder Späne noch Staub anfallen dürfen, ist
das Laserschneiden das Verfahren der Wahl. Sto- Ansprechpartner: Geiss AG, Manfred Geiß,
ßen schließlich die traditionellen Verfahren bei Telefon +49 9569 9221 – 51, manfred.geiss@geiss-ttt.com
Polyamidfasern an physikalische Grenzen — beim
23
sCienCe
Prof. Minlin Zhong
Atomares Schutzgitter
Ein höchst effektiver Korrosionsschutz mit maximal vier Atomlagen Dicke:
Graphen, Graphit und ganz normale Industrielaser machen es möglich.
Graphen ist einer der heißesten Wunderstoffe, die es aktuell in der Werkstoffforschung gibt. Graphen bildet monoatomare Schichten aus dicht gepackten Kohlenstoffatomen in einer zweidimensionalen, wabenförmigen
Struktur. Wer es bildhafter haben möchte, denkt am besten an Maschendraht
mit sechseckigen Maschen und einem Kohlenstoffatom in jedem Knotenpunkt. Dieser „Maschendraht“ hat viele herausragende Eigenschaften, die
ihn für Anwendungen in der Elektronik höchst interessant machen. Außerdem ist er mechanisch und thermisch hoch belastbar und chemisch inert —
er drängt sich also geradezu als extrem dünner Korrosionsschutz auf.
Die intensive Forschung an Graphen hat in den letzten Jahren zu verschiedenen Verfahren geführt. Wo es um größere Flächen geht, sind dies
vor allem die Chemical Vapor Deposition (CVD) und verschiedene lasergestützte Verfahren, die Laserenergie mit chemischen Prozessen verbinden.
Diese Verfahren haben alle ihre Vorzüge. Doch für praktische Anwendungen wäre ein Verfahren wünschenswert, das alle wesentlichen Anforderungen erfüllt: Es sollte das Graphen direkt auf der Oberfläche erzeugen, große
Flächen schnell beschichten, frei programmierbare Muster ermöglichen,
unter normalen Umgebungsbedingungen arbeiten, möglichst keine gesundheits- oder umweltgefährdenden Stoffe ein- oder freisetzen und industriell
erprobte Werkzeuge nutzen. Das machten wir uns zur Aufgabe.
Ziel unserer Versuche war es, Graphenschichten als Korrosions-
schutz direkt auf einem Werkstück zu erzeugen, da frühere Versuche bereits
gezeigt hatten, dass direkt auf der Oberfläche des Werkstücks erzeugtes Graphen um ein Mehrfaches wirkungsvoller ist als übertragene Graphenschichten. Um das Graphen zu erzeugen, wurden industrielle Hochleistungslaser
eingesetzt. Ausgeführt wurden die Versuche auf Blechen aus polykristallinem Nickel. Als Kohlenstoffquelle diente eine gleichmäßig aufgetragene
Paste aus Grafitnanopartikeln in Ethanolsuspension mit einer Schichtdicke
von 20 Mikrometern. Dies ermöglicht den Verzicht auf die oft genutzten
gesundheitsgefährdenden, gasförmigen Kohlenstoffquellen. Anschließend
wurde die Oberfläche der Nickelplättchen mit Laserlicht bestrahlt: Ein Diodenlaser mit flachem Strahlprofil und 0,98 Mikrometer Wellenlänge kam
zum Einsatz, um größere Flächen gleichmäßig umzuschmelzen. Für das
24
Umschmelzen der Oberfläche nach CAD-programmierten Mustern nutzte
das Team einen Faserlaser mit rundem Strahl, Gaußschem Strahlprofil und
1,06 Mikrometer Wellenlänge.
Der Diodenlaser bestrahlte die Werkstücke mit einem 16 Mil-
limeter breiten und einer Millimeter langen Fokusstreifen bei einer Prozessgeschwindigkeit von 18 Zentimetern pro Minute. Er schmolz dabei die
Oberfläche bis in einer Tiefe von knapp 0,3 Millimetern um. Auf der frischen Oberfläche bildete sich bei diesem Prozess Graphen mit einer Geschwindigkeit von 28,8 Quadratzentimetern pro Minute. Bei den Versuchen zu frei programmierten Mustern bestrahlte der Festkörperlaser die
Bleche entlang zweier vorprogrammierter Bahnmuster. Das erste war eine
Spirale, die der Laser mit einem Fokusdurchmesser von drei Millimetern
und einer Scan-Geschwindigkeit von 24 Zentimetern pro Minute in die
Oberfläche schmolz. Das zweite war ein Labyrinth, das der Laser mit einem Fokusdurchmesser von einem Millimeter und 60 Zentimetern pro
Minute Scan-Geschwindigkeit abfuhr. Beliebige andere Muster sind natürlich möglich.
Die Untersuchungen mit optischen und Elektronenmikroskopen sowie
verschiedenen Spektroskopiemethoden zeigen, dass die gesamte bestrahlte
Oberfläche sich in allen Versuchen mit einer ein- bis vierlagigen Graphenschicht bezogen hat. Dabei machen die drei- bis vierlagigen Bereiche etwas weniger als ein Drittel der Gesamtfläche aus. Sie konzentrieren sich jedoch nicht in einem Bereich, sondern überziehen die gesamte Oberfläche
mit einem gleichmäßigen, netzartigen Muster.
Obwohl nur wenige Atomlagen dick, bilden diese Graphen-
schichten wie erhofft einen höchst wirkungsvollen Korrosionsschutz. Das
zeigten Messungen der elektrischen Stromdichte und des elektrischen Potenziales der Korrosionsströme an verschiedenen Proben in einer Salzlösung. Aus diesen Messgrößen lassen sich die Korrosionsgeschwindigkeit
und der Anfangswiderstand gegen ein korrosives Umfeld ableiten. Der Anfangswiderstand der Nickelbleche mit einer geschlossenen Graphenschicht
erwiesen sich als wesentlich höher und die Korrosionsgeschwindigkeit als
bilder der graphenschicht:
http://bit.ly/lC-graphene-de
das konzept:
der laserstrahl schmilzt
die oberfläche um
und erzeugt dabei eine
schicht aus wenigen
lagen graphen.
um ein Tausendfaches langsamer, als es bei ungeschützten Proben der Fall
ist. Dass dieser Effekt nicht einfach dem Umschmelzen der Oberfläche zu
verdanken ist, zeigt die Gegenprobe mit Blechen, deren Oberfläche nur umgeschmolzen wurde, ohne Graphen zu erzeugen. Die Messwerte an diesen
Blechproben lassen sogar auf einen schnelleren Korrosionsprozess schließen
als bei den komplett unbehandelten Blechen. Umgekehrt reduziert bereits
eine Graphenschicht, die nur fünfzig Prozent der Oberfläche bedeckt, die
Messwerte für die Korrosionsströme erheblich.
Das mit dem Verfahren erzeugte Graphen erfüllt
seine Aufgabe also wie gewünscht.
Die Versuche weisen zugleich darauf hin, dass
sich die Zahl der Graphenlagen in dieser Schicht
bis zu einem gewissen Punkt beeinflussen lässt.
Die Bildung und die Zahl der Lagen hängen eng
mit der Abkühlgeschwindigkeit zusammen. Eine
Tatsache, die sich bereits bei früheren Experimenten gezeigt hat und die sich in dieser Versuchsreihe bestätigte. Kühlt die Oberfläche nach der Wärmebehandlung
extrem schnell ab, entsteht die oben beschriebene dünne Schicht mit ein
bis vier Lagen. Langsameres Abkühlen führt zu einer dickeren Schicht mit
vielen Lagen. Bei einem sehr langsamen Abkühlprozess — etwa in einem
Ofen — entsteht überhaupt kein Graphen. Die Erklärung dafür bietet das
Lösungsverhalten von Kohlenstoff in festem Nickel.
fläche
erreichen.
Entsprechend zeigen sich bei der Untersuchung der Proben nahe der
Oberfläche winzige Carbonpartikel.
Das ist der Kohlenstoffanteil, der aus der
Lösung gezwungen
wurde, die Oberfläche aber
nicht erreichen konnte. Bei langsamerer Abkühlung erreicht mehr
Kohlenstoff die Oberfläche und bildet eine entsprechend viellagige Graphenschicht.
Die Versuchsreihe bildet damit die Grundlagen für ein neues Verfahren, um Werkstücke
mit großflächigen und dünnen Graphenschichten zu beziehen, die es sehr effektiv vor Korrosion schützen. Das Verfahren setzt gängige industrielle Festkörper- und
Diodenhochleistungslaser ein und es arbeitet unter normalen Umgebungsbedingungen. Dabei erzeugt das Laserlicht sowohl geschlossene Graphenschichten als auch Schichten in definierten, frei programmierbaren Mustern. Dies geschieht in nur einem Prozessschritt und ohne potenziell umwelt- oder gesundheitsgefährdende Chemikalien und chemische Prozesse.
Wir hoffen, damit der Industrie einen möglichen Weg zu eröffnen, die faszinierenden Eigenschaften von Graphenschichten bald schon nutzbringend
für sich einzusetzen.
Wie erhofft bilden die
Graphenlagen einen
höchst effektiven
Korrosionsschutz.
Illustration: Gernot Walter; Prof. Minlin Zhong
In der Hitze des Laserstrahls lösen sich Kohlenstoffatome von den
Grafitnanopartikeln in der Nickelschmelze. Die Löslichkeit von Kohlenstoff
in Nickel nimmt jedoch mit dem Abkühlen des Werkstoffs ab und ermöglicht dem Ni-C-Legierungsphasendiagramm entsprechend bei Raumtemperatur nur noch eine maximal 2,7-prozentige Carbonlösung. Daher diffundieren die freien Carbonatome während des Abkühlprozesses aus der
festen Lösung an die Oberfläche. Dort treffen sie sich und verbinden sich zu
zweidimensionalen Graphengittern. Da die Probe bei Raumtemperatur nur
etwa 0,3 Millimeter tief aufgeschmolzen wird, erstarrt sie sehr schnell und
viele der Kohlenstoffatome verlieren ihre Beweglichkeit, ehe sie die Ober-
Prof. Dr. minlin zhong leitet das Forschungszentrums für Lasermaterialbearbeitung am Institut
für Werkstoffkunde der Tsinghua Universität in
Peking. Er forscht an Lasermikro und -nanofertigung,
Oberflächenbearbeitung und an generativen
Verfahren. Prof. Zhong ist außerdem Fellow des Laser
Institute of America. E-Mail: zhml @tsinghua.edu.cn
25
„Alle erklärten
mich rundweg
für verrückt“
Kühnheit und die Fähigkeit, zwischen lauter Bäumen den Wald
zu sehen: Laserpionier Dr. Paul Seiler erzählt, wie er die wilden
Sechziger- und Siebzigerjahre des Laserzeitalters erlebt hat.
26
MensCHen
Angelika Grossmann
E
in halbes Jahrhundert haben Sie dem
nis, als auf dem Bildschirm des Oszillo- Zeiss. Schott lieferte damals mit Neodym
grafen der ausgesandte und der reflektier- dotiertes Glas an Lawrence Livermore
Laser gewidmet. Wie konnte eine Handte Puls zu sehen waren. Lichtgeschwin- in den USA für Experimente zur Kernvoll Photonen sie 50 Jahren fesseln ?
Der Laser und seine Möglichkeiten wa- digkeit sichtbar zu machen, das war ein fusion. Mit diesem Glas waren große,
ren und sind meine Leidenschaft. Es gab faszinierendes Schlüsselerlebnis.
das heißt lange Stäbe machbar. Die Endüber die Jahre viele Momente, die das
flächen konnten wir bei Zeiss polieren
und beschichten. Der Laserstab war soPrickeln und die Begeisterung der ers- Sie sagten, es war schwierig, qualitativ
ten Begegnung widerspiegelten. Sicher gute laseraktive Medien zu bekommen.
mit aktives Medium und Resonator zuwaren auch Schwierigkeiten und Rück- Welchen anderen Schwierigkeiten
gleich, genau wie beim ersten Laser von
schläge zu bewältigen. Aber Leidenschaft standen Sie in den Anfangsjahren des
Theodore Maiman.
erlischt dadurch nicht — im Gegenteil! Lasers noch gegenüber ?
Als dann die Firma Osram aus dem
Das feuert sie an. Es sind gerade die He- Die Amerikaner waren in den 1960er- benachbarten Herbrechtingen anfragte,
rausforderungen, die einen an einer Idee Jahren schon viel weiter als wir. Dadurch ob es mit dem Laser möglich wäre, Difesthalten lassen — auch 50 Jahre lang.
war zwar prinzipiell nahezu alles über amantziehsteine zu bohren, versuchten
den Laser bekannt, aber es waren eben wir es — und es gelang. Wir hatten zur
Dabei kamen Sie eigentlich ganz zufällig
noch viele Details zu klären: Resonato- richtigen Zeit den passenden Laser für
ren zu geeigneten laseraktiven Medien, eine spannende Anwendung. Manchmal
mit dem Laser in Berührung …
Nach der Ingenieurschule in Karlsru- Pumpanordnungen einschließlich Strom- stimmt eben alles.
he fand ich meine erste Anstellung bei versorgung, Messtechnik für das intenCarl Zeiss in Oberkochen. 1963 begeg- sive Laserlicht, selbst die Bestrahlungs- Obwohl Sie bei Zeiss einen sicheren
nete ich dort zum ersten Mal einem La- festigkeit von Optiken war nicht bekannt. Arbeitsplatz und offensichtlich auch alle
ser. Es ging um Vorversuche zur Entfer- Das hatte jedoch den Vorteil, dass ich Möglichkeiten hatten, wechselten Sie
nungsmessung für Panzer. Aus Amerika sehr früh im Wesentlichen alles über den  zur Firma Haas. Was hat Sie dazu
war bereits die Güteschaltung des Lasers Laser gelernt habe, was es zu lernen gab. bewogen ?
bekannt. Mit dem sehr intensiven LichtAlle erklärten mich rundweg für verrückt,
impuls war eine Laufzeitmessung über Und mit diesem Wissen entwickelten Sie
weil ich mit vier Kindern eine sichere
größere Distanzen im Gelände möglich. Ihren ersten als Werkzeug einsetzbaren
Arbeitsstelle mit Pensionsberechtigung
Als Laboringenieur bekam ich die Auf- Laser ?
aufgeben wollte. Ich tat es trotzdem,
gabe, einen Versuch aus einem Rubin- Ja. Es war ein Mikroskoplasergerät und denn ich sah bei Haas die Möglichkeit,
laser mit Güteschaltung über eine Kerr- es hatte alle Funktionen, die für die Nut- den Laser industriell nutzbar zu machen.
zung des Lasers als Werkzeug erforder- Vor allem für die Fertigungstechnik,
zelle aufzubauen.
lich sind. Soweit möglich verwendeten so schien mir, musste der Laser interesUnd das führte zum großen Moment ?
wir Komponenten aus dem Gerätepro- sant sein. Beim Schweißen gab es nichts
Der Versuchsaufbau füllte den Raum und gramm von Zeiss: das Stativ eines Foto- Vergleichbares.
es war viel Justierarbeit erforderlich, bis mikroskops oder das Zoomobjektiv einer
Bei Zeiss war, nachdem mein Vorgeihn die ersten Pulse in tiefes Rot tauch- Filmkamera. Das laseraktive Medium setzter und Mentor Dr. Siegfried Panzer
ten. Umso größer war das Erfolgserleb- kam von Schott, der Schwesterfirma von verstorben war, das Interesse am Laser
27
Menschen
„Ohne das
Laserlichtkabel
hätte der Festkörperlaser
nicht die heutige
Bedeutung
erlangt.“
ßen von Kathodenteilen für Fernsehbild­ Dieser negative Aspekt
röhren ein. Das blieb den Wettbewer- hatte aber letztlich sein Gutes,
bern nicht verborgen. Das Farbfernse- nicht wahr ?
hen war im Kommen und ohne Automa- Nicht nur für Philips, auch für
tisierung waren die Stückzahlen nicht zu uns hat sich das bald als Vorschaffen. Die Firma Philips hat dann das teil erwiesen. Die Lasergeräte
Schweißen mit Laser konsequent einge- konnten wirtschaftlicher geführt. Für das Werk im niederländischen nutzt werden, wodurch die
Sittard war das ein mutiger Schritt. Dort Verbreitung deutlich zunahm.
wurden alle Baugruppen für den StrahlEine ganz neue Bedeutung
erzeuger einer Bildröhre hergestellt. Der bekam das Laserlichtkabel mit
Laser musste also absolut zuverlässig ar- dem Festkörperlaser im Kilobeiten. Ich wurde von der versammel- wattbereich. Angestoßen wurUnd Sie konnten es.
ten Werkleitung mit großem Ernst ge- de diese Entwicklung durch ein
Bereits 1973 lief die erste Maschine zum fragt, ob sich Haas das zutraue. Meine Verbundprojekt des Bundesautomatisierten Schweißen von Federn Antwort war ein festes Ja und wir erhiel- ministeriums für Bildung und
mit eigenem Laser. Das war ein voller Er- ten auf einen Schlag den Auftrag über Forschung (BMFT). Wir glaubfolg. Die Schweißverbindung hatte eine sechs Lasersysteme. Für die damals ge- ten zunächst nicht, dass der Festhohe Festigkeit und war gleichbleibend rade einmal zehn Mitarbeiter bei Haas- körperlaser in diesem Leistungsbepräzise — bei einem zehnmal höheren Laser und mich ein Grund zum Jubeln, reich eine Chance gegenüber dem CO2Takt. Die Maschinen waren zuvor für ei- aber auch eine große Herausforderung. Laser haben könnte. Aber als wir 1991
ne Klebeverbindung eingesetzt worden
Philips wurde unser größter Kunde. auf der Messe einen 2-Kilowatt-Laser
und mussten dank dem von uns entwi- Und die Zusammenarbeit war in vieler- mit Laserlichtkabel vorstellten, waren
ckelten Laser-Komponenten-System LKS lei Hinsicht fruchtbar, nicht nur für die die Automobilhersteller daran interesnur wenig verändert werden. Das LKS technische Weiterentwicklung. Durch siert. Mit der Übernahme von Haas-Lawar für den Einbau in Maschinen konzi- diesen hochkarätigen Kunden wurde ser durch Trumpf waren dann auch die
piert und so versuchten wir, dieunser Laser-Komponenten-Sys- wirtschaftlichen Voraussetzungen für
ses System auch an andere
tem international bekannt. die weitere Entwicklung gegeben. OhFirmen zu verkaufen.
Haas-Laser war plötzlich ne das Laserlichtkabel hätte der Festköreine Marke.
perlaser nicht die heutige Bedeutung in
Sie versuchten es ? Haben
vielen Bereichen der industriellen Ferandere Anwender Ihnen
Ein Quantensprung für
tigung erlangt.
den
Festkörperlaser
war
den Laser nicht aus den
Laser in der modernen
die Entwicklung des Laser- 50 Jahre für den Laser: Welches
Händen gerissen ?
Uhrenindustrie:
http://bit.ly/LC-Uhr
Leider nein. Das Verfahren
lichtkabels. Wie kam es dazu ? persönliche Fazit ziehen Sie ?
war noch gänzlich unbekannt
Wie so oft kam uns auch hier Es waren schwere, aber schöne Jahre. Oft
und in den meisten Fällen nur mit
der Zufall zu Hilfe. Bei einem Besuch musste Privates zurückstehen, aber daentsprechender Automatisierung wirt- in Japan entdeckten die Maschinenbau- von kann jeder, der im Beruf seine Erfülschaftlich. Außerdem hat, zumindest in er von Philips, dass dort versucht wur- lung findet, ein Lied singen. Selbst jetzt,
der näheren Umgebung, dem „Federle- de, Laserlicht über Glasfasern zu leiten. nach elf Jahren im Ruhestand, ist meiHaas“ niemand so eine Entwicklung ab- Der große Vorteil für die Integration in ne Faszination für den Laser ungebrogenommen. Es war also sehr mühsam. Maschinen lag auf der Hand. Philips hat chen. Und wenn ich sehe, wo er heute
Ich hielt Vorträge, verfasste Broschüren die ersten Fasern für uns beschafft und steht, bin ich stolz darauf, immer an seiund Verkaufsunterlagen und wurde da- wir entwickelten damit das sogenannte nen Erfolg geglaubt zu haben. bei so ganz nebenbei zum Unternehmer. Laserlichtkabel. Allerdings war jetzt anstelle von drei Lasern für das gleichzeitiWas brachte den großen Durchbruch ?
ge Schweißen von drei Schweißpunkten Ansprechpartner:
AEG-Telefunken setzte unser System er- nur noch ein Laser mit drei Laserlicht- Dr. Paul Seiler, hpseiler@t-online.de
folgreich beim automatisierten Schwei- kabeln erforderlich.
als Werkzeug erloschen. Das passte nicht
ins Portfolio. Bei einem Vortrag an der
Technischen Akademie Esslingen traf ich
Dr. Wolfgang Müller, den Entwicklungsleiter von Haas. Für Haas hatten wir bei
Zeiss bereits erfolgreiche Versuche zum
Schweißen von Flachspiralfedern für
Uhren gemacht. Von Dr. Müller erfuhr
ich, dass Haas beim Battelle-Institut einen Laser für diese Anwendung entwickeln lassen wolle. Da sagte ich spontan:
„Das kann ich auch.“
28
Trotz Umwegen
das Ziel fest in den
Augen behalten:
Dr. Paul Seiler hat
sein Vorhaben, den
Laser industriell
nutzbar zu machen,
mit Biss und
Durchhaltevermögen umgesetzt.
Rechte Seite: In
den frühen Jahren
des Lasers leistet
Dr. Paul Seiler
Überzeugungsarbeit.
Hier auf der Messe
Laser im Jahr 1977
(links). Schon
davor gab es viele
Anwendungen —
hier das Schweißen
von Glühwickeln für
Glühkerzen in Dieselmotoren (rechts).
Laser Als der erste Laser im Jahr 1960
der Weltöffentlichkeit präsentiert wurde,
packte Dr. Paul Seiler die Leidenschaft
für den Laser. Sein Laser-KomponentenSystem war ab 1973 wegweisend für die
Verbindung von Laser und Maschine.
LeisTUng Für seine herausragenden
Leistungen wurde Dr. Seiler 2003 die Wirtschaftsmedaille des Landes Baden-Württemberg verliehen. Dies markierte auch
das Ende seines aktiven Berufslebens.
Im Jahr 2008 erhielt er die Ehrendoktorwürde der Universität Stuttgart.
Angelika Grossmann; TRUMPF; Gernot Walter
Leben Dr. Paul Seiler, 1938 in Bretten
geboren, studierte Feinwerktechnik an der
Fachhochschule in Karlsruhe. Er gilt als Pionier industriell genutzter Festkörperlaser.
Von 1992 bis zum Jahr 2003 war Dr. Paul
Seiler Geschäftsführer der TRUMPF Laser
GmbH & Co. KG in Schramberg.
29
Geht es um Laserapplikationen, wird er von der Öffentlichkeit oft übersehen:
der Integrator, der die Idee und den Laser in die Fertigung gebracht hat.
Unternehmen Sie mit unserem Onlinespecial über Lasersystemhersteller einen
Streifzug durch die Welt der Laserintegration, von der Mikroskopie bis ins
Stahlwerk: www.laser-community.de/lasersystemhersteller
ONLINE
SPECIAL
30
TRUMPF; Carl Zeiss Microscopy GmbH; IPTE Factory Automation; Haas Food Equipment GmbH
www.laser-community.com
www.laser-community.de
Wo
steckt
der
Laser ?
In der ganz persönlichen Kopfstütze: Ein Auto von der Stange?
Kommt für den geneigten Automobilisten von Welt heutzutage gar
nicht in die Tüte. Muss es auch nicht. Denn dank des Lasermarkierens
können Autohersteller ihren Kunden zunehmend Verzierungen im
Fahrzeuginterieur ganz nach deren individuellen Geschmack anbieten.
Individuelle Ornamente und Schriftzüge erstrahlen etwa auf
Kopfstützen, Lenkrädern, Mittelkonsolen, Fußmatten
und selbst Tankdeckeln. Das ging zwar auch schon
früher, allerdings galt es, für herkömmliche
Verfahren wie Drucken, Sticken oder Prägen
tief in die Tasche zu greifen. Mit dem Laser
ist das deutlich günstiger — und das bei
so gut wie jedem Material. Polymere
oder metallische Oberflächen, Leder
Gernot Walter
oder Textilien, alles gar kein
Problem. Automobilisten können
also in Sachen Design
getrost aufs Gas drücken.
Gernot Walter
0°
MIT-Professor Ramesh Raskar sieht alles: Mit einer von ihm entwickelten Spezialkamera spickt
er sogar um Ecken herum. Dazu verschießt er femtosekundenlange Lichtimpulse, die sich
über Bande in eigentlich uneinsehbare Bereiche verstreuen. Nachdem ein Puls von Wänden oder
anderen festen Objekten zurückgeworfen wurde, fängt die Kamera ihn wieder ein und generiert
mittels eines ausgefeilten Computeralgorithmus aus den so gewonnenen Informationen ein Foto.
Wie es genau funktioniert steht im Web: www.laser-community.de/8810
l a s e r c O m m u n i t Y i s t D a s a n W e n D e r m a g a z i n V O n t r u m P f.
O n l i n e W e i t e r l e s e n : W W W. l a s e r - c O m m u n i t Y. D e
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