In diesem Artikel erklären wir die wichtigsten Unterschiede zwischen dem Laserschneiden von Rohren und von Blech. Es gibt einige grundlegende Kriterien, die kennen sollte, wer vom Laserschneiden von Blech auf das Rohrlaserschneiden umsteigen möchte – und umgekehrt.
Laserschneiden von Rohren und Blech – gleich und doch anders
Die Technik des Laserschneidens ist in der Industrie alles andere als neu. Nach jahrzehntelanger Entwicklung und Vermarktung zunehmend leistungsfähiger automatisierter Systeme können wir sagen: Wir treten in einen „Kommerzialisierungsprozess“ ein, wie er auch bei anderer reifer Technik stattgefunden hat. Die Wahrnehmung und Nutzung dieser Technik verändern sich.
Noch vor wenigen Jahren erforderte die Inbetriebnahme von Laserschneidesystemen erhebliche Investitionen. Über die reine Maschineninvestition hinaus galt das für Bedienerschulungen und die Ausführung regelmäßiger Routinewartungen, die zu Lasten der Produktivität und Verfügbarkeit der Maschinen gingen. Aber auch für die Aufmerksamkeit und Erfahrung, die im Arbeitsalltag erforderlich waren, um die Zuverlässigkeit des Prozesses nicht zu gefährden.
Mit der zunehmenden Verbreitung der Faserlaserquellen, der Automatisierung und der Standardisierung sowohl der Automatisierungs- als auch der Laserkomponenten, hat sich die Situation stark verändert.
Zum einen sind die Anschaffungskosten der Maschinen kontinuierlich gesunken, was zum Teil auf den stetig intensiveren Wettbewerb zurückzuführen ist. Zum anderen sind heute dank der zunehmenden Nutzung der Sensortechnik in den Maschinen weniger Schulungsaufwand und Erfahrung erforderlich. Schon bald werden wir über Diagnosesysteme und Systeme für die vorbeugende Wartung verfügen, die Anlagenverfügbarkeiten von nahezu 100% versprechen.
Der Wettbewerbsdruck in Richtung schneller und einfach bedienbarer Schneidesysteme wird dazu führen, dass sie sich zunehmend ähneln werden. Nehmen wir Fotokopierer als Beispiel: Ihre Qualität wurde standardisiert. Inzwischen sind bei ihnen im Grunde nur noch die „Klickkosten“ (vergleichbar mit den Stückkosten in unserer Branche) interessant.
Für die Hersteller von Laserschneidesystemen wird es zunehmend schwierig werden, sich mit Argumenten und technischen Lösungen zu differenzieren. Die zusätzlich zu den Laserschneidesystemen angebotenen Services – zum Beispiel All-inclusive-Garantien, Lösungen für Fernwartung und präventive Diagnose, Pay-per-Use-Verträge, Miet- und Rückkaufvereinbarungen – werden mehr und mehr Gewicht bekommen.
Ein Laserschneidesystem für Blech der BLM GROUP schneidet ein Edelstahlblech.
Hersteller von Maschinen für das Laserschneiden von Blech sind diesem – für Kunden günstigen – Szenario sicherlich näher. Angesichts der Vielzahl der Wettbewerber und der schrittweisen Angleichung der Technik müssen die Hersteller eine niedrigere Rentabilität akzeptieren (sofern sie keine Alternative haben) oder in ihre Lösungen zusätzliche materielle und immaterielle Leistungsmerkmale integrieren.
Nach wie vor setzen einige Hersteller technische Standards, während zunehmend mutige neue Akteure auf den Plan treten, die die Nachfrage, die von immer wieder neuen Anwendungsnischen gestützt wird, von unten angreifen wollen.
Wir können davon ausgehen, dass wir im Markt des Rohrlaserschneidens eine vergleichbare Entwicklung sehen werden. Doch trotz der enormen Fortschritte in Sachen Vereinfachung und Kosteneffizienz ist das Angebot mit Blick auf die technischen Inhalte nach wie vor sehr differenziert.
Ein Rohrlaser LT7 der BLM GROUP schneidet ein Sonderprofil.
Im Hinblick auf die Leistungsfähigkeit der Rohrlaser von Anbietern, die in jüngerer Zeit in den Markt eingetreten sind, und den Rohrlasern etablierter Hersteller gibt es signifikante Unterschiede. Das unterstreicht den nach wie vor sehr starken Zusammenhang zwischen der Höhe der Investitionen und dem technischen Gegenwert, den sie bieten.
Sicherlich werden diese Unterschiede in den kommenden Jahren geringer. Aber für all jene, die heute die Wahl treffen müssen, lohnt es, bestimmte Aspekte zu berücksichtigen.
Wir werden jetzt die Kriterien beleuchten, weshalb die Auswahl von Rohrlasern im Vergleich zur Auswahl von Laserschneidesystemen für Blech so verschieden und komplexer ist.
Rohrlaserschneiden: „Und es gibt doch Bewegung!“
Der erste ins Auge springende Unterschied: Im Rohrlaserschneiden wird das Material im gesamten Prozess bewegt.
Im Gegensatz zu dem, was (im Normalfall) mit Blech geschieht, werden Rohre nach dem Beladen und Einbringen in den Schneidbereich während des Arbeitsvorgangs weiter hin- und her bewegt – mit hoher Geschwindigkeit und möglicherweise hoher Beschleunigung gedreht.
Der erste ins Auge springende Unterschied: Im Rohrlaserschneiden wird das Material im gesamten Prozess bewegt.
Das hat erhebliche Auswirkungen auf die Zuverlässigkeit und Produktivität des Systems.
Sofern sie nicht richtig geführt werden, tendieren dünne, flexible Rohre dazu, sich zu verbiegen und Staus zu verursachen. Das wiederum kann häufige Produktionsunterbrechungen zur Folge haben. Schwere Rohre dagegen belasten die Maschine mit Stößen und Vibrationen. Hier sind mechanische Robustheit und spezielle Lösungen erforderlich, die auf Dauer die Effizienz des Systems gewährleisten.
Laserschneiden von Sonderprofilen: Eine Lösung für viele Formen
Ein weiteres Merkmal von Rohren im Vergleich zu Blech ist die Vielzahl verschiedener Formen, Querschnitte und Profile (zusätzlich zu den Materialarten und Stärken, die denen bei Blech entsprechen).
Diese Vielfalt reicht von Rund-, Quadrat- und Rechteckrohren, die auf frühen Anlagen verarbeitet werden konnten (vor mehr als 30 Jahren mit den Rohrlasern von Adige – BLM GROUP), bis hin zu komplexeren Profilen mit variablen Dicken und zu offenen konkaven Profilen.
Jeder Querschnitt und jede Form stellen eine Herausforderung für die korrekte Handhabung der Materialien dar – angefangen bei ihrer Beladung über die korrekte Einstellung der Laserleistung für kontinuierlich hochwertige Schnitte (siehe unten) bis hin zur Entladung.
Von kurzen, leichten Rohren bis hin zu großen, schweren Profilen, die unter anderem im Bauwesen in Längen von mehreren Metern geschnitten werden, gibt es eine Vielzahl von Funktionen und Lösungen, über die Laserschneidesysteme verfügen müssen, damit sie die Materialien stets zuverlässig und nachhaltig verarbeiten.
Auch die zu schneidenden Geometrien können einen Unterschied ausmachen. Denken wir hier nur daran, wie wichtig es in der Herstellung bestimmter (anders nicht machbarer) Teile ist, in korrekter Weise Mikro-Verbindungen hinzuzufügen. Sofern verfügbar, entscheidet hier eine automatische Prozesssteuerung nicht nur über die Machbarkeit der Teile. Vielmehr ist sie auch dafür entscheidend, dass die Maschinen korrekt arbeiten und keine unvorhergesehenen Ereignisse auftreten, die nur erfahrene Bedienerinnen und Bediener beim Erstellen der Teileprogramme für die Rohrlaser erkennen und verhindern können.
Bei Blech ist der Handhabungsaufwand naturgemäß erheblich geringer (zumindest bei den meisten Systemen). Die Werkstücke werden nicht bewegt und mit dem Blech, aus dem sie geschnitten werden, in den Prozess geladen – unabhängig von ihren Dicken, den Materialarten, der Art der Schnitte und der zu schneidenden Geometrien.
Jeder Querschnitt und jede Form stellen eine Herausforderung für eine korrekte Materialhandhabung dar – angefangen bei der Beladung über die korrekte Einstellung der Laserleistung für kontinuierlich hochwertige Schnitte (siehe unten) bis hin zur Entladung.
Nesting-Algorithmen: Einsparungen beginnen dort, wo der Abfall endet
Vor dem Hintergrund der kontinuierlich steigenden Metallpreise gilt es mehr denn je, die Rohmaterialien optimal auszunutzen und den Abfall zu minimieren (oder diesen mindestens zu recyceln).
Heute ist auch nicht mehr denkbar, mehr Material als unbedingt erforderlich zu beschaffen, damit alle erforderlichen Teile produziert werden können. Abgesehen von einigen Versuchen zu Beginn der Produktion, mit denen die Prozessparameter optimiert und das richtige Gleichgewicht zwischen Produktivität und Schnittqualität gefunden werden sollen (je nach Anwendungsbereich und eigenem Stil stets subjektiv), sollten Sie sich nach Anlaufen der Produktion darauf verlassen können, dass Sie Ihr Material optimal nutzen.
Bei Blech wird das mit Hilfe von Verschachtelungs- oder Verdichtungs algorithmen erreicht. Diese positionieren und drehen alle Teile so, dass sie möglichst nahe aneinander liegen. Das minimiert den Verschnitt, und es passen mehr Teile auf das Blech.
Auf die gleiche Weise wird bei Rohren vorgegangen. Bei allerdings einer zusätzlichen kleinen Komplikation: Die Dreidimensionalität der Rohre erschwert eine dichte Anordnung der Teile – vor allem dann, wenn es zwischen den Rohren Abweichungen gibt.
Diese Darstellung zeigt, welche Material-Einsparungen mit Nesting-Algorithmen im Rohrlaserschneiden erzielbar sind.
Mit dem Umstieg von mittelmäßigen auf optimale Lösungen lassen sich viele Meter Rohre einsparen. Bei großen, dicken Rohren kann der Unterschied beträchtlich sein (und damit die Einsparungen) – auch schon bei einzelnen Serien. Unabhängig vom Produktionsmix sind mit innovativen Verdichtungslösungen auf lange Sicht enorme Vorteile erzielbar.
Schneiden verschmutzter und unvollkommener Rohre: unter allen Bedingungen die Nase vorn
Wer mit Rohren arbeitet, kennt die Herausforderungen, die geometrische Abweichungen bei den produzierten Rohren, Torsion und Axialbiegungen sowie Schmutz oder Rost auf ihren Oberflächen mit sich bringen – und mit denen man sich auseinandersetzen muss.
Von all diesen Herausforderungen gibt es nur wenige Teile auch in der Blechverarbeitung. Die Herstellung von Werkstücken aus Rohren in gleichbleibender Qualität, in einem vernünftigen Zeitrahmen und ohne Abfall ist erheblich anspruchsvoller. So werden hier technische Lösungen benötigt, die fehlerhafte Rohrgeometrien erkennen und korrigieren können. Erforderlich ist eine Lasersteuerung, die auch bei Schmutz und Rost eine effiziente Produktion sicherstellt. Zudem sollte sich die Laserleistung entsprechend der Vorschubgeschwindigkeit an allen Punkten entlang des Schneidwegs eigenständig korrekt einstellen. Das verhindert Verbrennungen und Ausschuss an Stellen, an denen die Dicke der Rohrmaterialien nicht konstant ist (zum Beispiel an den Schweißnähten) oder an denen sich ihre Krümmung ändert (zum Beispiel bei Sonderprofilen mit tiefer und abrupter Konkavität).
Eine Steckverbindung aus lasergeschnittenen großen Rohren und Trägern.
Laserquellen für das Rohrschneiden: Weniger Leistung, mehr Kontrolle!
Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen der Welt des Blechs und der Welt der Rohre betrifft die Leistung der in den Schneidesystemen installierten Laserquellen.
In jüngster Zeit sind die Laserquellen in Blechlasern extrem verstärkt worden (mehr als 15 kW bis zu 30 kW!). Ungeachtet des psychologischen Effekts, den diese Zahlen hervorrufen können und der mitunter das Ergebnis eines skrupellosen Marketings ist, kann es keinen Zweifel geben, dass eine höhere Leistung unter günstigen Bedingungen eine höhere Produktivität ermöglicht und dickeres Blech verarbeitet werden kann. Bei Rohren ist das nicht der Fall. Aus welchem Grund?
Auch hier liefert die Geometrie des Materials die Antwort. So ist es bei Rohren nicht möglich, wie auf Blech bei hohen Geschwindigkeiten große Entfernungen zurückzulegen. Auf der anderen Seite ist die Breite der verarbeitbaren Materialstärken bei Rohren erheblich begrenzter (bei dickerem Material sind die für die Anlagen zulässigen Gewichtsgrenzen schnell erreicht). Schließlich begrenzt die geschlossene Form der Rohre – mit einer der zu schneidenden Seite gegenüberliegenden Seite – die maximal einsetzbare Leistung, damit es weder zu Verbrennungen kommt noch das Material stellenweise überhitzt wird.
Bei Blech gibt es keine gegenüberliegende Seite. Die Schneidenergie wird (sofern sie gut gesteuert wird) auf das Stützgitter verteilt, wenn sie die für die Materialdicke erforderliche Stärke überschreitet.
Die geschlossene Form der Rohre – mit einer der zu schneidenden Seite gegenüberliegenden Seite – begrenzt die maximal einsetzbare Leistung, damit es weder zu Verbrennungen kommt noch das Material stellenweise überhitzt wird.
Rohrlaserschneiden: 2 + 1 ergibt nicht immer 3!
Eine zusätzliche Achse reicht nicht aus, um aus einem 2D-Laserschneidesystem ein 3D-Laserschneidesystem zu machen. Dieses spezielle Schneidverfahren – bei Blech ist es (abgesehen von wenigen Ausnahmen) nicht sehr verbreitet – sollte man bei Rohren dagegen in Betracht ziehen. Vorausgesetzt, man weiß, was man braucht und was man machen kann. Beim 3D-Laserschneiden wird der Laserstrahl während des Schneidens und auf dem Weg dorthin relativ zur Materialoberfläche geneigt, um abgeschrägte Bohrungen, schräge Kanten und Enden sowie präzise Verbindungen und Stützen zwischen Rohren zu schneiden. Das vereinfacht später das Schweißen.
Der Laserstrahl wird geneigt, um abgeschrägte Bohrungen, schräge Kanten und Enden sowie präzise Verbindungen und Stützen zwischen Rohren zu schneiden – und so das spätere Schweißen zu vereinfachen.
Da sich der Neigungswinkel an jedem Punkt der Schneidbahn ändert, verändert sich auch die jeweils zu schneidende Dicke. Entsprechend müssen auch die Laserparameter angepasst werden. Führen die numerische Steuerung und die in der Maschine integrierten Algorithmen das automatisch und zuverlässig aus, können alle Möglichkeiten des 3D-Laserschneidens ausgeschöpft werden.
Entdecken Sie in diesem Artikel die Vorteile des 3D-Laserschneidens bei großen Rohren.
Schlussfolgerungen aus den wichtigsten Unterschieden zwischen dem Laserschneiden von Rohren und dem Laserschneide von Blech:
Wir haben hier einige der Aspekte beleuchtet, die die Auswahl von Rohrlasern zu einer komplexen Aufgabe machen können und sich von der Auswahl von Laserschneidsystemen für Blech unterscheiden. Je nach Anwendungsbereich und Erwartungen an die Produktivität sowie die Nachhaltigkeit können noch viele weitere Aspekte eine Rolle spielen.
Um eine Investition vorzunehmen, die auf Dauer Mehrwert bringt und das Wachstum Ihres Unternehmens begleitet, sollten Sie sich auf einen Anbieter verlassen, der anerkanntermaßen über umfassende Praxiserfahrung verfügt und zuverlässig ist.