In der Automobilindustrie gehört die Laserbearbeitung mittlerweile zum Standard. Die K.H. Arnold Maschinenfabrik hat sich auf die Entwicklung und Produktion von Lasersystemen spezialisiert. In ihrer neuen 2-Stationen-Laserschweißanlage setzt sie in der Spanntechnik auf eine speziell dafür entwickelte Lagersystemlösung.

Die Anforderungen der Automobilindustrie sind hoch: Um dem Konkurrenzdruck Stand zu halten, sind bei größtmöglicher Produktdiversität schnelle und kosteneffiziente Abläufe aller Fertigungsvorgänge gefordert. Zudem sollen hochwertige Arbeitsergebnisse erzielt werden. Aufgrund der hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit und der schlanken Schweißnähte mit großem Tiefe-Breite-Verhältnis hat sich Laserschweißen in diesem Industriezweig etabliert. Für das Verbinden von Bauteilen im PKW-Antriebsstrang, konkret von Getrieberädern in Schalt- oder Automatikgetrieben, hat die K.H. Arnold Maschinenfabrik die bisherige 2-Stationen-Laserschweißanlage kontinuierlich verbessert. Die Doppelschweißzelle eignet sich für rotationssymetrische Bauteile und ist für Festkörper- und CO2-Laser flexibel einsetzbar. Sie verknüpft zudem vollautomatisch Zusatzprozesse wie das Verpressen und Erwärmen der Bauteile mit dem eigentlichen Laserschweißvorgang.
Die Bauteile lassen sich durch selbstständig öffnende pneumatische Hubtüren von Hand oder automatisch beladen. Um die Bauteile in der Schweißzelle prozesssicher zu fixieren, benutzt K.H. Arnold eine speziell für rotationssymetrische Geometrien entwickelte Spanntechnik, mit der die Werkstücke beim Schweißen über NC-Achsen gegen ein mitdrehendes Gegenlager angepresst werden. Hierfür entwickelte der Antriebsspezialist Rodriguez eine neue, modulare Lager­systemlösung.
„Eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit unserer Laserschweißanlagen, die in der Regel im 3-Schicht-Betrieb arbeiten, sind unabdingbar", erläutert René Köhler, Fertigungs- und Einkaufsleiter bei K.H. Arnold. „Gleichzeitig benötigen wir eine sehr hohe Präzision der Spannvorrichtungen beziehungsweise Lagerungen, um qualitativ hochwertige Bauteile herzustellen." Mit der neuen 2-Stationen-Anlage will der Laserspezialist die Kosteneffizienz und Kompaktheit bei hoher Präzision verbessern. Eine Herausforderung stellte in diesem Zusammenhang das Gegenlager zum Werkstück dar, für das aufgrund der Kompaktheit der gesamten Anlage nur wenig Einbauraum zur Verfügung stand.

Plan- und Rundlauf < 25 µm

Verbunden sind K.H. Arnold und Rodriguez, Anbieter von Dünnringlagern mit langjähriger Erfahrung bei der Erstellung applikationsspezifischer Sonderlösungen, durch eine enge, geschäftliche Beziehung. „Für die neue Anlage haben wir daher Rodriguez als Know-how-Träger ins Boot geholt", so René Köhler. Dabei sollte die zu entwickelnde Lösung nicht nur platzsparend sein, sondern für eine einfache Montage und problemlose Inbetriebnahme mit nur einer Schnittstelle auskommen sowie eine hohe Systemgenauigkeit erreichen. „Insbesondere was den Plan- und den Rundlauf angeht, werden von der Automobilindustrie mittlerweile Genauigkeiten von hundertstel Millimetern gefordert", führt René Köhler weiter aus.
Ulrich Schroth, Geschäftsbereichsleiter bei Rodriguez, sieht in der Lösungskompetenz eine besondere Stärke seines Unternehmens. Bei allen Anwendungen, in denen Standardlager an ihre Grenzen stoßen, entwickelt und produziert der Antriebsspezialist maßgeschneiderte Lösungen. Basis ist das Produktportfolio aus über 250 Dünnringlagertypen aus Wälz- oder Edelstahl. Die Durchmesser reichen von 25 bis 1.066 mm. „Grundlage der neuen Lagersystemlösung ist ein Kaydon-Reali-Slim-Präzisions-Dünnringlager, das aufgrund seiner Kompaktheit und seines kleinen Querschnitts für kleine Einbauräume prädestiniert ist." Allein in dem kompakten und leichten Wälzlager sahen die Ingenieure aber noch keine ausreichende Lösung für die an sie gestellten Anforderungen.
Bei der Entwicklung der neuen Lagerkonstruktion integrierte Rodriguez fünf Umbauteile, wie zum Beispiel eine vor Funkenflug schützende Schleuderscheibe, in das System und konnte so die Anzahl der Schnittstellen auf die gewünschte eine beschränken. „Die Vorteile liegen auf der Hand", meint Ulrich Schroth. „Neben einer vereinfachten Montage der integrierten Baugruppe erhöht sich die Genauigkeit gegenüber der Verwendung einzelner mechanischer Komponenten deutlich. Die Fehlertoleranz verbessert sich, die Wiederholgenauigkeit nimmt zu. Die Genauigkeit von Plan- und Rundlauf ist mit weniger als 25 µm als sehr hoch einzustufen."

Labyrinthdichtung für hohe Verfügbarkeit

Rodriguez schätzt die Lebensdauer der neuen Einheit auf über 80.000 Stunden bei 30 U/min ein. Sollte jedoch ein Austauschen notwendig sein, kann die komplette Einheit mit geringem Montageaufwand und ohne lange Stillstandzeiten der Anlage ersetzt werden. Für eine hohe Verfügbarkeit des neuen Lagersystems sorgt zudem eine Labyrinthdichtung, die das Lagerinnere vor Verunreinigungen schützt und einen präzisen Lauf dauerhaft gewährleistet. Auf eine schleifende und damit verschleißanfällige Dichtung konnte verzichtet werden.
Am Ende zählt für Ulrich Schroth aber noch ein weiterer, wirtschaftlicher Vorteil der integrierten Baugruppe: „Gegenüber einer Lösung aus verschiedenen Einzelkomponenten ist die neue Einheit deutlich preisgünstiger. Sie stellt im wahrsten Sinne des Wortes eine echte Mehrwertlösung dar." René Köhler von K.H. Arnold ergänzt: „Die entsprechende Eigenkonstruktion des Lagers mit Innen- und Außenring und weiteren Komponenten wäre für uns deutlich komplexer und kostenintensiver gewesen. Mit der realisierten Lösung hat uns Rodriguez bei der Entwicklung und Konstruktion spürbar entlastet. Am Ende waren wir nur noch für die Endmontage des Moduls auf der entsprechenden Lagerplatte der Schweißanlage verantwortlich.