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09 january 2014 | La Revue POLYTECHNIQUE

Lasermarkiersystem kennzeichnet Stahlrohre verzerrungsfrei

Ein Automobilzulieferer, Hersteller von Formteilen sowie von nahtlos warm- oder kaltgewalzten Stahlrohren, geschweissten und geschweisst gezogenen Präzisionsstahlrohren mit Durchmessern von 12 bis 120 mm stellt seine Produkte weitestgehend automatisiert her. Er entwickelt und fertigt dabei nicht nur die massgeschneiderten Rohrlösungen sondern übernimmt auch die Werkstoffdefinition sowie die Produktgestaltung. Weil die Rohre vorwiegend in der Automobilindustrie eingesetzt werden, sind sie in vielen Einsatzfällen prüf- und abnahmepflichtig. Aus Sicherheitsgründen sind Verwechslungen auszuschliessen, einzelne Chargen oder Produkte müssen rückverfolgbar sein. Deshalb erhalten die Rohre in axialer Richtung eine Kennzeichnung mit verschiedenen Angaben wie Aussendurchmesser, Wandstärke, Werkstoff-, Artikel- und Auftragsnummer oder auch das Produktionsdatum.
 
Die Rohre laufen nacheinander über Prismenrollen zur Lasermarkierstation, um dort mit allen erforderlichen Daten gekennzeichnet zu werden.
 

Hochgenau und schnell kennzeichnen
In der Halle legt ein Kran die bis zu 7 m langen Rohre gebündelt auf eine Zuführeinheit, an die eine Vereinzelungsstation angeschlossenen ist. Nacheinander laufen sie mit einer Geschwindigkeit von 70 m/min über Prismenrollen zur Lasermarkierstation, um dort mit allen erforderlichen Daten gekennzeichnet zu werden. Um ein klares Schriftbild zu erhalten und gleichzeitig eine kontinuierliche Fertigung sicherzustellen, muss der Markierungsprozess hochgenau und schnell erfolgen – am besten so schnell, dass der Transportgurt weder stoppt noch langsamer wird. Deshalb werden die Rohre mit der Option «Marking on the fly» quasi im Vorbeiflug markiert. Eine weitere Anforderungbesteht darin, dass bei der Laserbearbeitung keine Kerbwirkung an der Beschriftungsstelle entstehen darf.
Der Hersteller setzte für diese Aufgabe bisher auf einen diodengepumpten Laser mit Wasserkühlung. Mit dieser Lösung konnten die Rohre zwar sehr genau markiert werden, das Kühlsystem machte den Laser durch den komplexeren Aufbau jedoch wesentlich anfälliger. Mussten Wartungsarbeiten durchgeführt werden, führte dies zu erheblichen Kosten. Nach einer wiederholt teuren Wartung machte sich der Hersteller auf die Suche nach einem wirtschaftlicheren System und stiess dabei auf die AxNum AG.
 
Der Faserlaser «i103L-G» sorgt für eine dauerhafte und flexible Beschriftung.
 

Präzise und kontraststarke Markierung
«Schon im ersten Gespräch war klar, dass sich für diesen Einsatz der integrierbare Laser i103L-G von SIC Marking bestens eignet», sagt Mike Machule, der für den Verkauf von Markier- und Beschriftungssystemen bei AxNum zuständig ist. Diese kompakte Lösung beschriftet die Stahlrohre in hoher Qualität und mit sehr niedrigen Zykluszeiten. Der Faserlaser schreibt dabei präzise und kontraststark alphanummerische Zeichen, 1D- und 2D-Data-Matrix-Codes, Grafiken und Logos. Das Markierfenster hat Abmessungen von 100 x 100 mm, optional bis 215 x 215 mm.
Der Laser besteht aus einem Markierkopf und einer Controllereinheit, in der sich auch die Laserquelle befindet, ein diodengepumpter Ytterbium-dotierter Laser. Der Markierkopf ist über ein 3 m langes optisches Faseroptikkabel mit dem Controller verbunden. Die kompakten Abmessungen des Markierkopfs und sein geringes Gewicht von nur 5 kg ermöglichen einen einfachen Einbau. «Damit war die Integration bei den engen Platzverhältnissen kein Problem», erinnert sich Mike Machule. Selbst die Herausforderung, das Lasersystem in die bestehende Anlage möglichst schnell zu integrieren, weil die Anlage nicht lange stillstehen durfte, konnten die Experten problemlos meistern. Das Lasersystem liess sich ohne grossen Aufwand an die Steuerung anbinden.
Der Laser hat eine Wellenlänge von 1.064 nm und ist mit einer durchschnittlichen Leistung von 10, 20 oder 50 W erhältlich. «Um die hohe Beschriftungsgeschwindigkeit zu erreichen, setzen wir einen Laser mit einer Leistung von 50 W ein», erklärt Mike Machule. Seit diesem Jahr bietet Axnum auch eine Version mit einer Leistung von 100 W an. Damit ist AxNum künftig auch für höhere Bandgeschwindigkeiten gerüstet. Gesteuert wird das Lasersystem über eine einfach zu handhabende Software.
 
Mike Machule, Productmanager Beschriftungslaser und Markiersysteme bei AxNum: «Die Integration des Lasers bei den engen Platzverhältnissen war kein Problem.»
 

Geringe Wartungskosten
Besonders überzeugte den Automobilzulieferer, dass der Faserlaser die hohe Beschriftungsgeschwindigkeit ohne Wasserkühlung erreicht. Denn dies bedeutet für ihn deutlich geringere Wartungskosten. Dadurch seien auch keine teuren Installationen für die Wasserzu- und -wegführung notwendig, erklärt Machule. Mit dem äusserst effizienten Faserlaser sind zudem etwa 50000 bis 100000 Betriebsstunden zu erwarten. Dabei handelt es sich um ein Standardprodukt, das die AxNum-Experten nur anwendungsspezifisch angepasst haben. «Wir haben zum Beispiel eine Schutzvorrichtung angebracht, um den Bediener vor einer möglichen Laserstrahlung zu schützen», sagt Machule.
Der Laser ist direkt über dem Transportgurt angeordnet. Sobald ein Rohr in die Schutzverschalung fährt, löst ein Sensor ein Signal aus, und der Laser startet mit der Beschriftung: «Marking on the fly». Die Bandgeschwindigkeit wird über ein Encodersignal an die Lasersteuerung übermittelt. Dies gewährleistet eine hohe, gleichbleibende Beschriftungsqualität, auch bei nicht konstanter Geschwindigkeit. Der Laser passt sich so immer an die effektive Bandgeschwindigkeit an.
 
Die Markierung besitzt eine konstant hohe Qualität.
 

Einwandfreie Qualität der Beschriftung
Nachdem das System das Rohr mit allen erforderlichen Angaben markiert hat, erfolgt an der Laserstation noch eine Rissprüfung. «Die Qualität der Beschriftung wird nicht überprüft», erklärt Machule. Diese sei bei diesem innovativen Lasersystem ohnehin stets gewährleistet. Der einzige Fehler, der auftreten kann, sind nicht beschriftete Rohre; diesen sieht ein Mitarbeiter aber schon mit blossem Auge. Dies kann allerdings nur dann passieren, wenn die Rohre nicht korrekt auf dem Transportgurt geführt werden, weil sie beispielsweise schmutzig sind. Sind die Rohre erfolgreich geprüft, befördert sie der Transportgurt schliesslich zum Entladeband.
Die erste Anlage hat AxNum im Juni 2012 installiert, eine zweite ist seit Januar 2013 in Betrieb. Die Faserlaser «i103L-G» sorgen nun für dauerhafte und flexible Beschriftungen und gewährleisten eine äusserst wirtschaftliche Fertigung. «Wir haben nicht nur die Lösung geliefert, installiert und in Betrieb genommen», bemerkt Mike Machule. «Unsere Service-Mitarbeiter stehen zudem jederzeit bereit, sollten Probleme oder einfach nur Fragen auftreten. Der Anwender hat mit uns auch nur noch einen Ansprechpartner für das komplette Markierungssystem.»
 
Zum Unternehmen
Die Anfang 2002 gegründete AxNum AG hat sich durch die Spezialisierung auf eine hochwertige Produktpalette für die Automatisierung sowie Montage- und Beschriftungstechnik einschliesslich der damit zusammenhängenden Lösungen zur Rationalisierung und Vereinfachung der Produktion einen ausgezeichneten Ruf als kompetentes Vertriebsunternehmen erarbeitet. Im Bereich der Umform- und Fügetechnik vertritt das Unternehmen die Servopressen von Promess. Bei der Konzeption von Achssystemen bieten die Linearmotoren von Jenny Science, SMC, LineTech und KML vielseitige Gestaltungsmöglichkeiten. Für die zunehmende Bedeutung der Kennzeichnung von Werkstücken kommen mechanische Markiermaschinen von SIC und zum Laserbeschriften die Produkte vonACI zum Einsatz. Mit dem Deprag-Programm der Schraubtechnik und Druckluftmotoren stehen nun weitere Produkte zur Verfügung, die neue Automatisierungslösungen in der Fertigung und Montage ermöglichen.
 
 
AxNum AG
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