Ob Getriebekomponenten, Zylinderbuchsen oder Förderanlagen: In industriellen Fertigungsprozessen sind hoch belastete Bauteilbereiche die Achillesferse jeder Anlageneffizienz. Maßgeschneiderte Oberflächen machen diese Komponenten fit für extreme Beanspruchungen. Herausfordernd wird eine solche prozesstechnische Verbesserung durch Laserauftragschweißen bei schwer zugänglichen Flächen oder Bohrungen. Denn kleine Öffnungsdurchmesser, große Bearbeitungstiefen oder innen liegende Absätze bringen konventionelle Beschichtungsoptiken schnell an ihre Grenzen.
Abhilfe schafft hier die Spezialoptik iClad von Pallas. Ab einem Öffnungsdurchmesser von 30 Millimetern deckt sie das gesamte Spektrum der Innenkonturbearbeitung bis in 500 Millimeter Tiefe ab. Am häufigsten eingesetzt wird eine 42 Millimeter große iClad für Öffnungsdurchmesser ab 50 Millimeter und 500 Millimeter Eintauchtiefe. Jetzt wurde das Einsatzpotenzial dieser in vielen industriellen Anwendungen angewendete Spezialoptiken nochmals erweitert: Die Kombination aus anschraubbarer Verjüngung und neuem Düsentyp ermöglicht es, Bauteile mit einer Bohrung, die sich in 500 Millimeter Tiefe auf 36 Millimeter verjüngt, bis zu 750 Millimeter tief viele Stunden lang im Dauereinsatz zu bearbeiten.
Multitalent Laserschweißen
Um stark beanspruchte Oberflächen gegen Verschleiß und Korrosion zu schützen, erhalten sie durch lasertechnische Beschichtungsverfahren anwendungsspezifisch verbesserte tribologische, mechanische oder chemische Eigenschaften. Bei lokal eng begrenztem Wärmeeintrag – und damit praktisch ohne Verzug – ermöglicht das generative Verfahren sicher reproduzierbare, endkonturnahe 2D- oder 3D-Applikationen. Das bewährt sich nicht nur zur Funktionalisierung von Oberflächen, sondern auch zur Designänderung oder Reparatur. Für außen liegende Flächen oder große Öffnungsdurchmesser zur Innenkonturbearbeitung ist es längst etablierter Standard, Oberflächeneigenschaften an die jeweilige Belastung anzupassen. Der Laserstrahl schmilzt an der zu bearbeitenden Oberfläche eng fokussiert eine dünne Randschicht des Grundwerkstoffs und das per Düse eingestrahlte Pulver zeitgleich auf. Im Schmelzbad verbinden sich die Werkstoffe metallurgisch zu einer dichten Schicht mit geringer Aufmischung. CNC- oder Robotergesteuert lassen sich so Schichten und Geometrien mit einer Dicke von einem Zehntelmillimeter bis zu mehreren Millimetern anfertigen. Je kleiner der Öffnungsdurchmesser der zu bearbeitenden Innenkonturen ist, desto geringer ist die mögliche Eintauchtiefe üblicher Bearbeitungsoptiken.
Mit der iClad gelang es Pallas, dieses Prinzip zu widerlegen. Die Spezialoptik mit integrierter Medienzufuhr ermöglicht, bei nur 30 Millimeter großen Öffnungen Innenkonturen und Sackbohrungen bis zu einer Tiefe von 500 Millimetern zu bearbeiten. Möglich macht dies ihr kompaktes Gehäuse, das alle Baugruppen für Strahlführung und Formung enthält. Der Anschluss für die Lichtleitfaser befindet sich ebenso wie die Zuleitungen der Prozessmedien am hinteren Ende der Optik. Eine aktive Wasserkühlung schützt die optischen Komponenten vor Überhitzung. Verschmutzung oder Beschädigung durch Partikelablagerung beugt ein interner Optikschutz vor. Zudem wird der Strahlengang permanent mit Schutzgas gespült. Zum Bearbeiten dreht sich das Rohr um die feststehende Optik. Dabei wird je nach Lage der Bearbeitungsfläche der Laserstrahlwinkel gewählt. Für Sackbohrungen, bei denen sich der Arbeitspunkt des Lasers vor der Optik befindet, führt eine abgewinkelte Strahlführung präzise bis in die Kante zum gewünschten Auftragsergebnis. Bei durchgängigen Bohrungen hingegen kommt der Laserstrahl mit einem Winkel von 90 Grad zum Einsatz. Anders als bei Standardoptiken liegt bei der iClad der Arbeitsabstand zwischen Kopf und Bauteil bei fünf bis zwölf Millimeter. Da sie sowohl seitlich als auch von oben in das zu bearbeitende Bauteil eingeschoben werden kann, eröffnet sie flexible Bearbeitungsmöglichkeiten. Eine optional anbindbare Kamera hilft beim Justieren und Beobachten des Prozesses.
Spezialoptik möglich
Pallas stellt zwei Weiterentwicklungen der Optik im Slimline-Format vor. Eine aufschraubbare Verjüngung kann das Einsatzspektrum einer vorhandenen iClad erweitern. So erlaubt die iClad-Verjüngung in dieser Konfiguration eine Bearbeitungstiefe von 750 Millimetern. Der Durchmesser der Verjüngung ist um zwölf Millimeter geringer als bei der Standard-iClad, sodass sie auch dort noch Zugang findet, wo die eh schon schlanke Spezialoptik bislang nicht hinkam. Durch den geringen benötigten Arbeitsabstand von nur sechs Millimetern kann die so verlängerte iClad sogar Bauteile mit Innenabsätzen effizient bearbeiten.
Diese um 50 Prozent höhere Erreichbarkeit von Bearbeitungsflächen bei abgestuften Innendurchmessern erschließt viele neue Einsatzmöglichkeiten. Einfaches Handling statt aufwändigem Umrüsten – mit drei Schrauben ist die Verjüngung angebracht oder abgenommen – trägt zur Prozesseffizienz bei. Zum Bearbeiten großer Bauteile bietet es sich deshalb an, Flächen bei größeren Durchmessern mit der normalen iClad zu bearbeiten und bei kleineren Durchmessern mit der Verjüngung weiterzuarbeiten.
Ein neuer Düsentyp, der in Zusammenarbeit mit dem Partner GTV Verschleißschutz entwickelt wurde, erlaubt es zudem, die iClad mit Verjüngung auch für Langzeit-Innenbeschichtungen von sieben Stunden oder mehr einzusetzen. Das prädestiniert sie sowohl für industrielle Serienbeschichtungen von Kleinteilen als auch für die kontinuierliche Beschichtung großer Innenkonturflächen, wie sie Bauteile für Fördermedien aufweisen. Bei diesen Anlagen entscheidet eine identische Geometrie der beschichteten Zylinderflächen über die Effizienz des Outputs. Gute Voraussetzungen, um in den Bereichen Exploration, Extrusion oder Kraftwerk für Beschichtung statt Neuanfertigung von Bauteilen einzusetzen.
