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Automatisierte Laseranlage

Ein sauberer Schnitt

Nicht immer führen die herkömmlichen, alltäglichen Verfahren zum gewünschten Ziel. Dann lohnt es sich, ungewöhnliche Lösungsansätze zu durchdenken. So lassen sich die Bezüge für Autositzelemente mithilfe einer automatisierten Laseranlage ausschneiden, statt sie zu stanzen. Auf diese Weise erreichen Zulieferer für die Automobilindustrie mehr Flexibilität und ein qualitativ hochwertiges Ergebnis.

Eine von insgesamt zwei CO2-Laseranlagen beim Automobilzulieferer Proseat. Mit ihnen lässt sich der komplexe Zuschnitt von Bezügen für Sitzelemente präzise und prozesssicher durchführen. (Bild: Kuka Industries GmbH)

Proseat gehört zu den weltweit tätigen Herstellern von Sitzschäumen und Interieur Parts. Unter anderem beliefert das Unternehmen die Automobilindustrie mit Fertigteilen wie Sitzelementen. Die Formschaumteile, die die Sitzfläche darstellen, sind dabei bereits mit verschiedenen Materialen – von Leder bis Textil – bezogen. Für die Produktion der Rücksitz-Seitenwangen, die bei BMW verbaut werden, war die Idee des Herstellers naheliegend: Die Überzüge sollten gestanzt werden. Doch bei Versuchen stellte sich heraus, dass das Verfahren für die Anforderungen nicht geeignet war. Das Bauteil war zu komplex, um das überstehende Material einfach abzustanzen. Zudem franste das Material an den gestanzten Kanten aus. Kuka Industries bot mit einer Lösung Hilfe, die über alltägliche Ansätze hinausgeht: Mit einer Anlage zum Laserschneiden ließ sich das gewünschte Prozessergebnis erzielen: saubere Schnitte trotz komplexer 3D-Geometrie. Zudem ermöglicht dieses Verfahren dem Endkunden bis zuletzt Verbesserungen an der Karosserie vorzunehmen, die sich auf die Seitenwangen der Rücksitze auswirken. Denn diese lassen sich mit geringem Programmieraufwand durch die Kuka-Anlage umsetzen. Beim Stanzen hätten Bauteilvorrichtungen aufwendig angepasst werden müssen. Selbst die Befürchtungen, das Laserschneiden führe insbesondere bei Lederbezügen zu Geruchsbelästigungen, konnten die Kuka-Mitarbeiter durch umfassende Verfahrenstests beseitigen. Sie profitierten dabei von langer Erfahrung bei der Abstimmung des Lasers auf verschiedene organische Materialien.

CO2-Laserroboter vom Typ RV6/16L-CO2 mit integrierter Strahlführung. (Bild: Kuka Industries GmbH)

Präzise, verschleißfrei und sauber

Die Bearbeitung mit Laser hat viele Vorteile. Das Laserschneiden ist ein berührungsloses Verfahren. Wo der Laserstrahl auf das Material trifft, verdampft es. Ein Gasstrom bläst die Stäube nach unten aus der Schnittfuge. Der Prozess ist präzise, verschleißfrei und sauber. In der Metallbearbeitung hat sich das Laserschneiden daher längst etabliert. Anders sieht es bei nicht-metallischen Stoffen aus. Nur wenige Anbieter haben sich bislang intensiv mit dem Thema auseinandergesetzt. „Dabei ist hier besonderes Expertenwissen gefragt, weil die Eigenschaften der Materialien ganz unterschiedlich sind“, sagt Ralf Raimann, Sales Manager Laser CO2 bei Kuka Industries. Am Standort in Obernburg wird seit fast 20 Jahren an Lösungen getüftelt, mit denen sich verschiedene Materialien so effizient wie möglich bearbeiten lassen. Bereits 1998 realisierte das Unternehmen erste Laserautomationszellen für VW. Heute stehen mehr als 300 Anlagen bei verschiedenen Kunden. Zwei davon nun auch bei Proseat. Zum Einsatz kommt darin ein CO2-Laser, der sich mit einer Wellenlänge von 10,6µm gut für die Bearbeitung von organischen Materialien eignet. Im Gegensatz zum mechanischen Schneiden wirken keine Kräfte auf das Bauteil. Damit entsteht auch kein Verschleiß am Werkzeug. Und weil der Energieeintrag des CO2-Laserroboters exakt auf den jeweiligen Bearbeitungsprozess abgestimmt wird, entwickelt sich nur so viel Wärme wie nötig. Das spart Energie und Kosten und verhindert, insbesondere bei der Laserbearbeitung des Leders, üble Gerüche. Denn die entstehen vor allem, wenn es durch das thermische Verfahren am Rand der Schnittstelle zu Verbrennungen des Materials kommt – etwa, wenn mit falschen Prozessparametern das Material verbrannt statt verdampft wird. Um die beste Temperatur am Rande der Wärmeeinflusszone zu ermitteln, hat Kuka die Prozessparameter in vielen Tests mit unterschiedlichen Lederarten, mit Kunstleder und Textilien exakt ermittelt. Das Prozessgas ist hier gereinigte Druckluft, denn sie kann gezielt zugeführt werden. Das verdampfte Material lässt sich so umgehend aus dem Schneidspalt austreiben, die Schnittstelle wird zudem bestmöglich gekühlt. Auch die Anlagenvorrichtung wurde in diesen Tests exakt auf den Prozess abgestimmt.

Gekapselte Technik mit Schnellwechselsystem für die Vorrichtungen: Fläche und kompakte Kabine an einem Stück, für die schnelle Inbetriebnahme und Verlagerung beim Kunden. (Bild: Kuka Industries GmbH)

Integrierte Strahlführung

Die Vorrichtung befindet sich in den beiden Anlagen jeweils auf einem Drehtisch. Der Werker legt das zu bearbeitende Material darauf. Mithilfe von Vakuumsaugern wird es fixiert und anschließend in den Arbeitsbereich des Roboters hineingedreht. Ein Tor verschließt die blickdichte Anlage. Der Werker ist außen vor dem Laser geschützt. Drinnen werden währenddessen im Rhythmus von jeweils 50s die Bezüge für die linke und rechte Seitenwange mittels Lasersublimationsschneiden gefertigt. Herzstück der Anlage ist ein Industrieroboter mit wassergekühltem CO2-Laser. Das Besondere ist die integrierte Strahlführung des Laserroboters. Dabei wird der Laserstrahl mittig zur Roboterhand geführt, die zum CO2-Lasern benötigten Spiegel sind im Inneren des Arms integriert. Der Roboter ist dadurch uneingeschränkt beweglich. Zudem ist die Achse bis zur Roboterhand sehr leicht, schlank und ohne zusätzliche Störkonturen ausgeführt. Der Laser an sich ist im Gegensatz zu Anlagen anderer Hersteller nicht in der Nähe des Roboterkopfes angebracht, sondern an der zweiten Achse. Auch das macht den Roboter flexibler und dynamischer, um selbst schwierige Schnittstellen zu erreichen. Mithilfe der Robotersteuerung KRC 4 Robostar lässt sich die Anlage einfach steuern. Über Sensoren wird der Zustand der Linse permanent geprüft. So lassen sich Schäden an der Optik frühzeitig erkennen und längere Ausfallzeiten vermindern. Eine Filteranlage saugt zudem den entstehenden Staub und die Gase innerhalb der Anlage ab. Bei Proseat kommen zwei dieser automatisierten Laseranlagen im firmeneigenen Werk in Polen zum Einsatz. Für das Unternehmen ist es die erste Laserapplikation. Bislang hatte sich Proseat auf die Herstellung von Schäumen und Formschaumteilen konzentriert. Erstmals wurden nun komplette Sitzelemente gefertigt, für deren Bezüge eine Schnitttechnik erforderlich war.

Automatisierte Laseranlage
Eine von insgesamt zwei CO2-Laseranlagen beim Automobilzulieferer Proseat. Mit ihnen lässt sich der komplexe Zuschnitt von Bezügen für Sitzelemente präzise und prozesssicher durchführen. (Bild: Kuka Industries GmbH)


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