Laserauftragsschweissen: auch an engen Stellen

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Herausforderung:Zugang zum Innenleben

Voraussetzung für den Einsatz dieser Technologie im industriellen Umfeld sind stabile Fertigungsprozesse mit robusten und zuverlässig steuerbaren Bearbeitungsköpfen. Zur Behandlung von Aussenflächen hochbelasteter Komponenten gibt es inzwischen eine Vielzahl leistungsfähiger Standardoptiken. Doch überall dort, wo der Zugang zu beschädigten Oberflächen und Strukturen nicht mindestens einen Durchmesser von 100 mm und mehr hatte, liess sich das bewährte Verfahren bislang nicht einsetzen.

Gerade hier ist jedoch der Leidensdruck vieler Anwender besonders hoch. Ob Ventile oder Pumpengehäuse, Offshore-Bohrgestänge, Turbinen für Flugzeuge, Kraftwerke oder Schiffe, Druck- oder Spritzgussformen: Permanente Belastungen durch Schleifen, Reiben, Druck, Hitze, Chemikalien oder Feuchtigkeit führen häufig zu unerwünschten Materialverlusten oder -veränderungen. Der Ausfall der betroffenen Bauteile gefährdet signifikant Effizienz, Termintreue und Sicherheit der Prozesse.

Spezialoptik zur Innenbearbeitung

Jetzt erschliesst die Optik zur Innenbearbeitung i-Clad neue Dimensionen für Schutz und Reparatur innenliegender Oberflächen. Für eine Vielzahl dieser schwer zugänglichen Verschleissteile deckt die ab einem Öffnungsdurchmesser von 26 mm einsetzbare Bearbeitungsoptik das gesamte Spektrum der Innen-Oberflächenbearbeitungen ab: Härten, Legieren, Beschichten. Die Optik bearbeitet Innenkonturen bis zu einer Tiefe von 500 mm.

Kompakte Lösungmodular aufgebaut

«Die besondere Herausforderung bei der Entwicklung von i-Clad lag darin, alle notwendigen Baugruppen für Strahlführung und -formung sowie für die Zufuhr der Prozessmedien in ein entsprechend kompaktes Gehäuse zu integrieren», erläutert Stephan Kalawrytinos, Geschäftsführer der Pallas GmbH & Co. KG, mit Sitz in Würselen bei Aachen. Im strategischen Schulterschluss mit dem Aachener Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT) entwickelt und vertreibt Pallas die i-Clad-Innenbearbeitungsoptik. Sie ist modular aufgebaut und bietet dadurch die Möglichkeit, verschiedene Köpfe für unterschiedliche Bearbeitungsdurchmesser anzuschliessen. Jede Optik besteht aus den drei Modulen: Düse, Hauptkörper und Faseraufnahme. Die Stecker für Faserleitungen und Zuleitungen der Prozessmedien befinden sich am hinteren Ende der Optik, die aktiv mit Wasser gekühlt wird.

Die Kühlung ist so ausgelegt, dass sie die optischen Komponenten zuverlässig vor Überhitzung schützt. So hält der Bearbeitungskopf den thermischen Belastungen industrieller Anwendungen dauerhaft stand. Schutz vor Verschmutzung oder Zerstörung durch Ablagerung von Pulverpartikeln bietet ein interner Optikschutz. Ausserdem wird der Strahlengang permanent mit Schutzgas gespült.

Genialer Kopf: feststehend oder rotierend

Je nach Anwendungsfeld wird die Optik mit feststehendem oder rotierendem Bearbeitungskopf angeboten. Während sich bei dem feststehenden Kopf das zu bearbeitende Rohr um die Optik dreht, ermöglicht die integrierte Achse im rotierenden Bearbeitungskopf die Bearbeitung von Bauteilen mit exzentrisch angeordneten Bohrungen.

Beide Köpfe können mit unterschiedlichen Düsen bestückt werden, wobei die Lage des Arbeitspunktes bestimmt, ob der Laserstrahlwinkel 30° oder 90° betragen muss. Sackbohrungen können problemlos mit einer 30°-Optik beschichtet werden, da der Arbeitspunkt des Lasers hier vor der Optik liegt. Bei durchgängigen Bohrungen arbeitet man in der Regel im 90°-Winkel des Laserstrahls. Feststehende Optiken werden üblicherweise bis in eine Tiefe von 500 mm und mit einer auf 3 kW begrenzten Laserleistung eingesetzt.

Leistung entsprechend der Grösse

Pallas bietet je nach Durchmesser verschiedene i-Clad-Innenbearbeitungsoptiken an, die ihrer Grösse entsprechend auch mit verschiedenen Leistungen betrieben werden können. Individuelle Anpassungen sind dabei auf Kundenwunsch möglich. Zur Justierung oder Prozessbeobachtung bieten alle Optiken eine optionale Kamera-Anbindung. Deshalb ist i-Clad für 2D- und 3D-Applikationen überall dort einsetzbar, wo der Bearbeitungsdurchmesser nur so gross wie eine Zwei-Euro-Münze ist. Die Optik ist individuell an vorhandene Laser über Standardanschlüsse ankoppelbar.

Lösungsentwicklung: Massarbeit im Schulterschluss

Gemeinsam mit den Kunden erarbeiten die strategischen Partner ILT und Pallas Komplettlösungen. Das ILT legt die kundenspezifischen Parameter für Laserquelle und Anwendungsbereiche der Optik fest. Pallas definiert das auf die zu bearbeitende Bauteilgeometrie massgeschneiderte Design der Optik. Auch der anschliessende Bau, die Implementierung sowie Anwendungstests und After-Sales-Service liegen in den Händen des Spezialisten für Oberflächentechnik.

Sechs bis acht Monate dauert die Lösungsentwicklung insgesamt, vier bis sechs Wochen davon entfallen allein auf die Prüfung vor der Auslieferung. Binnen zwei Tagen installiert Pallas dann die fertige Optik inklusive Einweisung und Abnahme. Auch nach Inbetriebnahme steht Pallas den Kunden mit Rat und Tat zur Seite, ob für verschiedene Messungen, Optimierungen oder Austausch von optischen Komponenten und Bearbeitungsköpfen.

Stephan Kalawrytinos sieht ein breites Einsatzfeld für die Optik. «Bisher gab es keine sinnvolle Antwort auf entsprechende industrielle Anfragen. Jetzt können wir eine serienreife modulare Lösung für den industriellen Einsatz anbieten, die bislang unerreichbare Flächen verfahrenstechnisch optimiert oder repariert. I-Clad ist der Schlüssel zum Erfolg in komplett neuen Anwendungen.»

Lasys 2010: Halle 1, Stand 1D24

Information

Pallas GmbH & Co

Adenauerstrasse 17 , D-52146 Würselen

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