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Laserschneiden mit induktiver Wegmessung

| Redakteur: Silvano Böni

Beim Laserschneiden wird das Material aufgeschmolzen und mit Hilfe eines Gasstroms aus dem Schnittspalt geblasen.
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Beim Laserschneiden wird das Material aufgeschmolzen und mit Hilfe eines Gasstroms aus dem Schnittspalt geblasen. (Bild: Bosch Rexroth)

Trumpf setzt bei seinen Laserschneidemaschinen auf eine induktive Wegmessung und vermeidet so typische Probleme von Glasmassstäben. Das integrierte Messsystem IMS von Bosch Rexroth bringt nicht nur mehr Dynamik und Verfügbarkeit, sondern vereinfacht auch die Prozesskette – von der Konstruktion über Montage und Fertigung bis hin zum Service.

Laserschneiden liegt im Trend. Kaum ein anderes Trennverfahren arbeitet bei unterschiedlichen Blechdicken und Materialien so wirtschaftlich und präzise. Komplexe Aufgaben lassen sich ohne Werkzeugwechsel in einem Arbeitsgang erledigen, die Schnittkanten sind so fein, dass sie häufig nicht mehr nachgearbeitet werden müssen. Ausgereizt ist die Technologie dennoch nicht. So entwickelt auch Trumpf, einer der führenden Hersteller, sein breites Spektrum an Laser­schneidsystemen kontinuierlich weiter. Deshalb nutzen die neuen 2D-Lasermaschinen der TruLaser Serien 1000, 3000 und 5000 statt des bisherigen Glasmassstabs in der Y-Achse ein induktives Messsystem, das direkt in die Führungsschiene integriert ist.

Glasmassstäbe verschmutzungsanfällig

Zentrales Ziel der Neuerung: Die Wegmessung sollte robuster gegenüber Verschmutzungen werden. «Obwohl die Maschine den im Schnittspalt entstehenden Materialabtrag gezielt absaugt, lässt sich nicht ganz vermeiden, dass feine Metallstäube die Wegmessung entlang der Linearachsen beeinträchtigen», erklärt Karsten Radestock, zuständig für die Maschinenentwicklung im Bereich Flying Optic bei Trumpf Werkzeugmaschinen in Ditzingen. «Werden grössere Ablagerungen nicht rechtzeitig beseitigt, kann es zu Messfehlern und Ungenauigkeiten
kommen.»

Robuste und dynamische Alternative

Eine verschmutzungsresistente Alternative zu den bislang verwendeten Führungsachsen mit Glasmassstab muss aber nicht nur gleichwertig präzise messen. Vielmehr muss das Gesamtsystem einschliesslich Linearführung auch besonders dynamisch ausgelegt sein, damit der Laser mit bis zu zweifacher Fallbeschleunigung und Geschwindigkeiten von bis zu 300 m/min über das Werkstück bewegt werden kann. Diese Anforderungskombination lenkte das Augenmerk auf das integrierte Messsystem IMS von Bosch Rexroth, das je nach Anforderung eine Rollen- oder Kugelschienenführung mit einem induktiven Wegmesssystem zu einer leistungsfähigen und robusten Gesamtlösung kombiniert. Sensoren und Auswerteelektronik sitzen dabei geschützt in einem Gehäuse an der Stirn­seite des Führungswagens, das IMS wird so zu einer integrierten Einheit. Das zahlt sich in mehrfacher Hinsicht aus: Einerseits schwingt sich das Gesamtsystem zugunsten der Messgenauigkeit weniger stark auf, andererseits verringert sich der Konstruktions- und Wartungsaufwand, da weder externe Messsysteme noch energie- und wartungsintensive Sperrlufteinrichtungen benötigt werden. Ohne die zusätzliche Bearbeitung für ein Messsystem konnten Kosten, Bauraum und Bearbeitungszeit gespart werden, so Karsten Radestock.

Präzise messen unter extremen Bedingungen

Dank des induktiven Messprinzips arbeitet das von Trumpf eingesetzte absolute Wegmesssystem IMS-A berührungslos und somit verschleissfrei. Die spannende Frage im Vorfeld war jedoch, ob das Gesamtsystem auch mit den ultrafeinen Laserstäuben zurechtkommt. Um dies zu prüfen, liess sich Bosch Rexroth von Trumpf eigens den verfahrenstypischen Materialabtrag liefern. Die damit durchgeführten Tests zeigten nicht nur eine uneingeschränkte Messgenauigkeit, sondern in Kombination mit der performanten Kugelschienenführung BSHP als Trägersystem auch eine hohe Dynamik. Diese Verbesserung lässt dem Maschinenhersteller Spielraum für künftige Leistungssteigerungen, zumal das IMS Vibrationen von bis zu 100 m/s2 und Stösse bis zu 500 m/s2 verträgt. Ausserdem ist es unempfindlich gegenüber elektrischen und magnetischen Stör­feldern.

Zeitersparnis in Montage und Fertigung

In den grösseren Maschinenbaureihen TruLaser Serie 7000 und 8000 kommt das IMS bereits seit Längerem im Rahmen einer Gantry-Lösung mit Direktantriebstechnik zum Einsatz. In den neuen Maschinen der TruLaser Serien 1000, 3000 und 5000 fiber verbaut Trumpf in der Y-Achse eine neue Varian­te mit Siemens-Drive-CLiQ-Schnittstelle
IMS-A-DQ, um kompatible Antriebssysteme nahtlos anzubinden. Die Inbetriebnahme des IMS erfolgt ebenfalls per Plug-and-play, da das elektronische Typenschild bereits alle benötigten Parameter enthält. Laut Karsten Radestock verkürzt das IMS auch die Montage- und Fertigungszeiten deutlich. Weil das Messsystem bereits in die Führungsschiene integriert ist, entfallen im Vergleich zum Glasmassstab eine weitere Leiste und deren Ausrichtung. «Insgesamt benötigen wir deutlich weniger Verbindungspunkte.»

Wartung und Service optimiert

Auch in puncto Servicefreundlichkeit kann die integrierte Kombination aus Messsystem und Linearführung überzeugen. So lässt sich etwa der Führungswagen unabhängig vom Messsystem einzeln tauschen. Die Lebensdauer des IMS korrespondiert mit der verwendeten Profilschiene und richtet sich im Fall von Trumpf nach der besonders tragfähigen Kugelschienenführung BSHP. Für eine optimierte Wartung liefert das System neben den obligatorischen Weginformationen auch Daten zum Verschmutzungsgrad. Durch deren Analyse lassen sich Reinigungsarbeiten im Sinne einer vorausschauenden Wartung rechtzeitig planen.

Zuspruch aus dem Feld

Mit dem induktiven Wegmesssystem IMS hat Trumpf eine schmutzresistente Alternative zum Glasmassstab gefunden, die bei gleichwertiger Präzision noch dynamischer und wirtschaftlicher arbeitet. «Vieles hat sich dadurch vereinfacht», resümiert Karsten Radestock. «Von der Konstruktion über die Montage und Fertigung bis hin zum Service. Das Feedback aus dem Feld ist positiv, da das neue Messsystem stabiler und robuster ist. Wir sind sehr zufrieden mit der Lösung und der gründlichen Vorgehens­weise von Bosch Rexroth. Wir schätzen das IMS
als wirkungsvolle Massnahme zur kontinuier-
lichen Verbesserung unserer Laserschneide­maschinen.» SMM

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