Systemkonzepte für energieeffiziente Laserschneidanlagen (SysLas)

Problemstellung
Die Realisierung der Marktforderungen nach permanenter Steigerung der Produktivität von Fertigungsanlagen ging bislang häufig mit überproportional gesteigertem Energieeinsatz einher. Vor dem Hintergrund drastisch steigender Energiekosten und der Bedeutung der Energie- und Ressoureneffizienz muss dieser Zielkonflikt auch für den Maschinen- und Anlagenbau aufgelöst und damit die wirtschaftliche energie- und ressoureneffiziente Anwendung innovativer Fertigungstechnologien und-anlagen sichergestellt werden.

Projektziele
Die Steigerung der Produktivität von Produktionsanlagen und die Senkung des teilespezifischen Einsatzes an Prozessenergie müssen weder konträre Zielstellungen sein, noch auf die Etablierung völlig neuer verfahrens- oder gerätetechnischer Lösungen beschränkt sein. Im Vorhaben SysLas konnte am Beispiel des Laserschneidens gezeigt werden, wie und in welchem Maße diese Zielstellungen auch mit innovativen Anlagenkonzepten für bewährte Technologien erreichbar sind. Dazu wurden das Energiesparpotenzial prozessrelevanter neuartiger physikalischer Effekte untesucht sowie eine Metodik zur systematischen Auswahl energieeffektiver Komponenten für die Konfiguration neuer und hochproduktiver Anlagentechnik entwickelt. Die Praxisrelevanz der Lösungen wurde beispielhaft und prototypisch anhand einer neuartigen Laserschneidanlage demonstriert.

Vorgehensweise
Unter Einsatz moderner Konstruktionsprinzipien wurde ein völlig neuer Anlagentyp für energieeffiziente Laserschneidanlagen entworfen. Entwicklungsschwerpunkte bildeten dabei die Integration neuartiger Hochleistungs-Faserlaser mit hohen Schneidgeschwindikeiten und hoher Strahlqualität, die dazu erforderliche konsequente Leichtbau-Konstruktion und Ruckfreiheit dynamischer Anlagenkomponenten und die Prozesssteuerung. Dabei mussetn gleichermaßen die Minimierung der Lebenszykluskosten und die deutliche Senkung der Stückkosten gegenüber herkömmlichen Laserschneidprozesssen als ökonomische Zielstellungen realisiert werden.
Als Projekt-Meilensteine wurden erreicht:
M1 nach 6 Monaten: Verteidigung ausgearbeiteter Lösungskonzepte
M2 nach 12 Monaten: Nachweis der Realisierbarkeit, Effizienz und Witrschaftlichkeit des gewählten Lösungskonzepts

Ergebnisse
Zum Vorhabensende wurde nach erfolgreichen Projektverlauf ein anlagenprototypischer Versuchsstand für das Laserschneiden mit neuartigen Faserlasern verügbar gemacht, auf dem anhand von technologischen Tests und von Energiemonitoring-Daten die praxistaugliche Anwendung neuartiger Faserlaser für das industrielle Laserschneiden in einer hochdynamischen und zugleich hochgenauen Anlage mit hoher Prozesssicherheit und Fertigungsqualität nachgewiesen wurde.

Anwendungspotenzial
Die angestrebten technologischen und anlagentechnischen Lösungen können branchenweit von Anlagenherstellern und Prozessanwendern – branchentypisch überwiegend KMU – genutzt werden. Vor dem Hintergrund der prognostizierten Verdoppelung des Weltmarktvolumens für Lasersysteme im Zeitraum 2005 bis 2010 und der erwarteten Steigerung des Anteils der Faserlaser um Faktor fünf wird für deutsche Laserhersteller und -anwender eine jährliche Umsatzsteigerung von 10 % erwartet. Überlagert mit dem verfahrenstechnischen Potenzial des Faserlaserschneidens (geringer Energieeintrag, hohe Schnittqualität, frei programmierbare Konturen, kleinste Radien, wartungsarme Anlagen) ist für diese Branche ein bedeutender Zukunftsmarkt gegeben. Darüber hinaus hann die anlagentechnischen Lösung auf andere fertigungstechnische Hochgeschwindigkeitsprozesse übertragen werden.

• SITEC Industrietechnologie GmbH