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Selbsttätig kreisender Laserstrahl erfüllt die Anforderungen der Industrie

EU-finanzierte Wissenschaftler entwickelten eine maßgeschneiderte Schweißanlage, die den problematischen Rohrbodenbefestigungen großer industrieller Wärmetauscher Rechnung tragen. Die Technologie wurde bereits von den Herstellern begrüßt, die einem intensiven Wettbewerb ausgesetzt sind.
Selbsttätig kreisender Laserstrahl erfüllt die Anforderungen der Industrie
Auf dem europäischen Markt für industrielle Rohrbündelwärmetauscher herrscht derzeit ein intensiver Wettbewerb, und steigende Kosten für Metall und Energie bereiten Probleme. Der Schweißvorgang selbst bietet große Chancen, um Verluste wieder wettzumachen. Der Ersatz konventioneller Schweißmethoden durch automatisiertes Laserschweißen könnte die Produktqualität und die Schweißgeschwindigkeit erhöhen, wobei gleichzeitig der Energieverbrauch gesenkt werden könnte. Man muss die bestehenden Probleme überwinden, die durch die Kompatibilität mit den großen Rohrbodenbefestigungen und die Störungen durch Vibrationen in der Fabrikhalle entstehen.

Mithilfe von Beiträgen von Partnern aus der Industrie und der EU-Finanzierung des Projekts ORBITAL ("Design, development and evaluation of an orbital laser welding head") entwickelten Wissenschaftler den Prototyp für einen neuartigen Laserschweißkopf, der für den Einsatz zur Fertigung großer industrieller Wärmetauscher maßgeschneidert ist. Orbitalschweißen zur Verbindung von Röhren wird seit den 1960er Jahren angewandt. In seiner aktuellen Version wird eine konventionelle Schweißpistole eingesetzt, die computergesteuert um die zu verbindenden Rohre rotiert (d. h. in einem Orbital), wodurch erhebliche Vorteile gegenüber dem manuellen Schweißen entstehen. Die Verwendung von Lasern beim Orbitalschweißen unter starken externen Schwingungen und, darüber hinaus, die Erweiterung des Verfahrens für die Verbindung von Rohren mit Böden sind wichtige Beiträge des Projekts ORBITAL.

Das System von ORBITAL besteht aus dem Orbital-Laserkopf, dem Industrieroboter, auf dem er installiert wird (dem computergestützten numerischen Steuersystem, CNC-System) und dem Kupplungs- und Positioniersystem. Der Laserkopf enthält die Linsen, die den Laserstrahl für das Werkstück formen und steuern. Das Steuersystem gewährleistet eine hohe Genauigkeit, eine schnelle Verarbeitung und eine Kontrolle in Echtzeit. Der Roboter ist mit dem Orbitalkopf verbunden, um den Schweißkopf automatisch zu zentrieren, wenn er in die Röhre eingeführt wird, und um eine verbesserte Genauigkeit und Wiederholbarkeit zu erzielen. Das Positioniersystem ist während des Schweißens ans Werkstück gespannt, und eine innovative mechanische Kopplung hemmt die Schwingungsübertragung von der Werkstatt auf den Schweißkopf.

Wissenschaftler konnten die orbitale Laser-Schweißanlage für Rohrboden-Schweißverbindungen, die zur Produktion von Industriewärmetauschern benötigt werden, erfolgreich bereitstellen. Angesichts des stetig wachsenden europäischen Markts für Wärmetauscher und des angespannten Wettbewerbs wird erwartet, dass die Technologie von ORBITAL einen bedeutenden Einfluss auf die Hersteller und die Wirtschaft in der EU haben wird, obwohl die Stückkosten einschließlich der Installation hoch sind.

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