Die Laserrohrbearbeitung erfolgt vollautomatisch

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Die Laserbearbeitung von Rohren und Profilen war im letzten Jahrzehnt einer der am schnellsten wachsenden Bereiche der Metallverarbeitung. Es ist leicht zu verstehen, warum. Mit dem Rohrlaser können Hersteller die Teilekonstruktion vereinfachen und eine Reihe zeitaufwändiger Fertigungsschritte eliminieren.

Wenn Sie jedoch mit einem Röhrenlaser in eine Werkstatt gehen, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass Sie die Maschine stillstehen sehen. Warum? Weil es auf Material wartet.

Im weiteren Sinne, vom Auftrag bis zum Versand, macht das Laser-Rohrschneiden den gesamten Vorgang dennoch äußerst effizient. Es kann zahlreiche nachgelagerte Fertigungsschritte vereinfachen oder eliminieren, so dass ein gewisser Maschinenstillstand für die Materialhandhabung ein geringer Preis ist. Die Materialbeladungstechnologie für den Rohrlaser hat sich jedoch erheblich weiterentwickelt. Für viele Laserröhrenbetriebe könnten umfangreiche Ausfallzeiten für die Materialhandhabung bald der Vergangenheit angehören.

Rohrförmige Produktdesigns haben viele Vorteile. Metallrohre zeichnen sich durch ein sehr gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht aus, wodurch Strukturen und Rahmen entstehen, die anspruchsvollen Anforderungen standhalten, ohne dass schwere, teure Konstruktionen erforderlich sind.

Doch die Rohr- und Profilfertigung, insbesondere mit konventionellen Techniken, ist mit Kosten verbunden. Der Einsatz herkömmlicher Fertigungstechniken wie Sägen, Bohren, Fräsen und Entgraten ist zeitaufwändig und teuer. Selbst die Herstellung einer einfachen Rohrrahmenkomponente mit herkömmlichen Methoden kann viele Schritte erfordern. Dazu gehören das Messen und Positionieren des Rohmaterials zum Sägen; Fixieren des Werkstücks für jedes manuell zu bohrende Loch auf einer Bohrmaschine; Spannen Sie das geschnittene und gebohrte Stück auf eine Werkbank, um Löcher für Befestigungselemente zu bohren. und sogar das Laden des Teils in eine Fräsmaschine, um Merkmale wie Kerben und Fenster hinzuzufügen.

Zwischen den einzelnen Schritten fallen Bearbeitungs- und Zwischenlagerkosten an. All dies erfordert einen erheblichen Arbeitsaufwand und lange Vorlaufzeiten, was ein hohes Potenzial für Fehler und Pannen (sprich: Verschwendung) birgt. Es bindet außerdem erhebliche Mengen an Produktionsfläche.

Laser können äußerst komplexe Konturen schneiden und so rohrförmige Teile mit einem äußerst ästhetischen, einzigartigen Erscheinungsbild erzeugen. Darüber hinaus ergeben sich interessante Möglichkeiten zur Senkung der Produktkosten.

Wenn Sie beispielsweise einfache 90-Grad-Metallklammern herstellen müssen, schneiden Sie den flachen Rohling normalerweise mit einem Laser aus und biegen ihn an einer Abkantpresse. Wenn Sie den Vorgang beschleunigen möchten, können Sie einige Klammern abschneiden, die durch Sollbruchlaschen miteinander verbunden sind, sodass die Abkantpresse mehrere auf einmal formen kann.

Das Laserschneiden von Rohren bietet jedoch eine weitere Möglichkeit. Der Rohrlaser kann eine Halterungsform aus einem quadratischen oder rechteckigen Rohr schneiden, wobei die „Krümmung“ der Halterung aus der Ecke des Rohrs herausgeschnitten wird. Der Rohrlaser, der in der Lage ist, komplexe Formen schnell zu schneiden, könnte leicht einen ganzen Herstellungsschritt einsparen. Halterungen könnten aus dem Laser herauskommen und für die Endbearbeitung und Endmontage bereit sein, ohne dass die Abkantabteilung vollständig umgangen werden müsste.

Der Rohrlaser kann die Bearbeitungsschritte des Positionierens des Rohmaterials, des Beschneidens, des Ausklinkens, des Erstellens interner Merkmale wie Löcher und Fenster, des Abschrägens von Kanten zur Vorbereitung für das Schweißen und sogar des Hinzufügens von Gewinden für Befestigungselemente übernehmen. In vielen Fällen kann jeder Fertigungsschritt vom Rohmaterial bis zum fertigen Rohrbauteil mit einer Laser-Rohrschneidemaschine durchgeführt werden.

Abbildung 1 Eine Laser-Rohrschneidemaschine verfügt über Förderbänder, auf denen Bediener Teile zum Sortieren ergreifen können. Teile können auch direkt in Behälter fallen, die zum nächsten Fertigungsschritt transportiert werden können. Foto mit freundlicher Genehmigung von EMIT Technologies in Sheridan, Wyo.

In manchen Fällen kann ein Laser eine Geometrie in ein Rohr oder eine andere 3D-Form schneiden, die tatsächlich von Hand gebogen werden kann. Stellen Sie sich ein dünnwandiges, rechteckiges Rohr mit einem Ausschnitt vor, das auf einem Ausdruck von oben betrachtet rechteckig und von den Seiten betrachtet als V-förmig dargestellt ist. Ein Monteur kann dieses Rohr von Hand in einen bestimmten Winkel biegen, der durch die V-Form bestimmt wird. Das Rohrwandmaterial am unteren Ende des V wird in der Endmontage effektiv zu einem Außenradius.

Und das ist nur ein Anfang. Mit der Fähigkeit des Rohrlasers, an Teilen Ausrichtungs- und Verriegelungslaschen und -schlitze anzubringen, konnte die gesamte gebogene Baugruppe mit wenig oder gar keiner Vorrichtung geschweißt werden, was sowohl die Schweißzeit als auch das Risiko von Fehlern und Nacharbeiten drastisch reduzierte.

Die frühesten Versionen dieser Maschinen waren nicht viel mehr als ein CNC-Drehfutter, das unter einer Laserschneidoptik positioniert war, die mit denen für die Blechbearbeitung identisch war. Sie stellten einen großen Fortschritt gegenüber dem Sägen und Fräsen dar, waren jedoch hinsichtlich der Anzahl der herstellbaren Teile immer noch begrenzt.

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich der Stand der Technik weiterentwickelt. Rohrlaseroptiken sind spezialisierter und raffinierter geworden, was eine feinere Bearbeitung ermöglicht und die Ausrüstung für ein breiteres Spektrum an Rohmaterialformen wie Flachstangen, Kanälen, Baustahl und sogar Extrusionen öffnet. Rohrlaser können heutzutage Schrägschnitte durchführen, Löcher mit Gewinde versehen sowie Schweißnähte lokalisieren und automatisch ausrichten.

Rohrlaser bieten mehrere Entlademöglichkeiten. Förderer können Teile mit kosmetischen Anforderungen schonend entladen. Bei der Serienproduktion oder im One-Piece-Flow ermöglicht das Förderband dem Maschinenbediener eine schnelle und ergonomische Sortierung der von der Maschine kommenden Teile.

Wenn kleinere Kratzer kein Problem darstellen, kann die Maschine die Teile in einen Behälter oder Korb entladen. Dies spart Platz und erleichtert die Lieferung der fertigen Rohrteile an den nächsten Fertigungsschritt (siehe Abbildung 1).

Das Entladen von Material aus dem Rohrlaser kann schnell und effizient erfolgen – das Gleiche gilt jedoch nicht immer für das Laden von Material. Rohmaterial aus Rohren kann zwischen 20 und 30 Fuß lang sein und einige Hundert Pfund wiegen, daher können Bereitstellung und Handhabung natürlich auch unhandlich sein.

Viele Laser-Rohrschneidebetriebe benötigen viel Platz auf dem Boden, um das Material zu handhaben und zu bewegen. Für den Transport von Rohmaterial ist oft ein Kran erforderlich, was nicht nur langsam ist, sondern auch ein Sicherheitsrisiko darstellt. Die Chancen stehen gut, dass der Laser ziemlich lange im Leerlauf verbringt und auf Röhren wartet.

Der automatische Rohrlader löst diese Probleme und macht die Bereitstellung des Rohmaterials für die Maschine kompakter, sicherer und schneller auf dem Boden (siehe Abbildung 2). Das System nimmt ein Rohmaterialbündel auf, trennt einzelne Rohre und liefert sie an das Drehfutter des Rohrlasers. Eine Ladevorrichtung nutzt die enorme Zeitersparnis, die der Rohrlaser bereits bietet, und vervielfacht sie.

Das automatische Laden von Bundles bringt jedoch einige Einschränkungen mit sich. Sobald ein Rohmaterialbündel in den Lader gelegt wurde, muss es geleert werden, bevor auf neues Material umgestellt wird (siehe Abbildung 3). Einige Lader verfügen über einen sekundären Rohstoffförderer, der den Bündelraum umgeht und es ermöglicht, einige Stangen verschiedener Rohre in die Produktion einzuführen. Dies ist jedoch ein manueller Prozess und nur für kleine Chargen machbar.

Figur 2 Ein automatischer Lader trennt ein Rohrbündel und liefert es in das Drehfutter der Maschine. Foto mit freundlicher Genehmigung von EMIT Technologies in Sheridan, Wyo.

Wenn der Betrieb häufig das Profil wechseln muss, muss ein Gabelstapler- oder Kranführer den Bündelraum ständig beladen und entleeren. Selbst wenn der Rohrlaser das gleiche Material über längere Zeiträume verarbeitet, begrenzt der Bündelraum die Betriebsdauer der Maschine, bevor ein Kranführer oder Gabelstaplerfahrer das Material neu beladen muss.

Gehen Sie heute durch eine Fabrik, in der Rohre oder Strukturmaterialien mit einem Rotationslaser bearbeitet werden, und das Bild wird dasselbe sein: Die automatische Bearbeitung erfolgt nur so lange, wie ein einzelnes Rohrbündel reicht. Darüber hinaus kommt es zu Arbeitsunterbrechungen und Mitarbeiter müssen eingreifen, um zusätzliches Material anzuliefern.

Ein Rohrbearbeitungsvorgang, der ohne übermäßige Wartezeit zwischen Aufträgen wechselt oder bei lang laufenden Aufträgen eine maximale Betriebszeit erreicht, erfordert einen weiteren Automatisierungsgrad. Anstatt den Rohrschneidprozess bündelweise zu beladen, benötigt ein vollautomatisches System eine direkte Verbindung zwischen dem Rohrlaser und einem automatisierten Materiallager- und -bereitstellungssystem.

Die neuesten Gerätefortschritte machen diese Art der Automatisierung Wirklichkeit. Es ist nun möglich, die Prozesskette des Rohrlasers vom Materiallager bis zur Fertigteilabgabe vollständig zu automatisieren. Vertikale Lagersysteme für rohrförmige Rohmaterialien werden mit einem automatischen Kran und einem Wechseltisch kombiniert. Diese arbeiten zusammen, um bei Bedarf verschiedene Rohmaterialien an einen Rohrschneidlaser zu liefern (siehe Abbildung 4).

In den meisten Fabriken ist der Platz auf dem Boden knapp, und selbst wenn das nicht der Fall ist, ist das ständige Hin- und Herschieben von Paletten auf dem Boden von Natur aus eine Verschwendung. Durch die vertikale Lagerung wird dieser Abfall vermieden. Im Gegensatz zu Flachmaterial lassen sich Rohre und Profile nicht gerade sauber stapeln. Und wenn Mitarbeiter diese übergroßen, schweren Lasten bewegen – sei es mit einem Kran oder einem Hubwagen –, bergen sie beim Transport des unhandlichen Materials alle möglichen Gefahren.

Die Verlagerung dieses unhandlichen Materials in ein automatisiertes Regalsystem bietet offensichtliche Vorteile. Turmlagersysteme vereinfachen tendenziell auch die Bestandsverwaltung und bieten schnelle Transparenz über die aktuellen Lagerbestände an Rohstoffen.

Eine solche Automatisierung reduziert die Rüst- und Handhabungszeit am Rohrlaser. Durch die Möglichkeit, Materialien im laufenden Betrieb entsprechend einem Produktionsplan zu wechseln, ist der Rohrlaser jetzt genauso flexibel und anpassungsfähig wie jede andere automatisierte Werkzeugmaschine. Mittlerweile kann die Freigabezeit fast 100 Prozent betragen, und je mehr Minuten ein Hersteller in einer Schicht dafür sorgen kann, dass der Rohrlaser einen Mehrwert schafft, anstatt still zu stehen, desto profitabler wird der Betrieb sein.

Ein Großteil der Einsparungen beim Laser-Rohrschneiden ergibt sich aus der Reduzierung der indirekten Kosten, die beim herkömmlichen Sägen und Bohren anfallen: Messen, Positionieren, Handhaben, Spannen, Stapeln und alle anderen Schritte, die Menschen durchführen, um Rohrteile durch die Produktion zu bringen, sowie die Bodenfläche Anforderungen und Lagerhaltungskosten, die dadurch entstehen. Diese Einsparungen haben das Laser-Rohrschneiden zu einem echten Erfolg gemacht und bieten Vorteile, die die Herausforderungen, einschließlich der Ausfallzeiten im Zusammenhang mit der Rohrbestückung, bei weitem überwiegen.

Bei vielen Anwendungen beseitigen automatische Rohrlager- und -entnahmesysteme diese letzte Herausforderung. Integriert in den Rohrlaser helfen sie dabei, den Rohmaterialbestand zu verwalten und es bei Bedarf an den Rohrlader zu liefern. Automatische Rohrlader messen die eingehenden Materialabmessungen präzise und führen jeweils ein Rohrstück in das Drehfutter der Maschine ein.

Der Rohrlaser selbst verschachtelt und richtet Komponenten innerhalb des Stabs aus, um eine maximale Materialeffizienz zu erreichen, und erstellt alle erforderlichen Merkmale an den Teilen, einschließlich extrudierter und mit Gewinde versehener Löcher. Anschließend werden die Teile vom Stab getrennt und auf einem Förderband oder Behälter abgelegt, wo sie für den nächsten Fertigungsschritt bereit sind.

Figur 3 Der automatische Rohrlader mit Teiletrennung ist bereit, mit einem neuen Rohrbündel beladen zu werden. Foto mit freundlicher Genehmigung von EMIT Technologies in Sheridan, Wyo.

Automatisierte Rohrlagersysteme unterliegen je nach Gewicht und Materialform einigen Einschränkungen beim automatischen Laden auf den Rohrlaser. In vielen Fällen überwiegen diese Einschränkungen jedoch bei weitem die Vorteile, die eine solche Automatisierung bietet. Es eliminiert Ausfallzeiten und schließt die Fertigungskette für Rohr- und Strukturkomponenten vom Anfang bis zum Ende.

Adi Buerkler ist Produktmanager für TruLaser Tube und Thomas Burdel ist Account Manager für TruLaser Tube bei TRUMPF Inc.

Figur 4 Gepaart mit einem automatischen Wagen zum Transport des Materials aus dem Lagerbereich liefert das System bei Bedarf verschiedene Rohrohre und Profile an einen Rohrlaser. Foto mit freundlicher Genehmigung von EMIT Technologies in Sheridan, Wyo.