Erfolgsmodell

© Detlef Göckeritz

Automotive-Gigant GKN Driveline schweißt Antriebsteile schon seit 14 Jahren per Laser. Jetzt geht das bewährte Anlagenkonzept mit Scheiben­lasern in die nächste Runde — auf drei Kontinenten.

Antonio Torres, Fachmann fürs Schweißen im mexikanischen Werk von GKN Driveline, und sein Kollegen Martín Sánchez und Neil Plant stehen in einer Halle im Schwarzwald und beobachten scharf, was die Maschine da vor ihnen mit ihren mitgebrachten Baureihen für Antriebe macht. Ein Greifarm schnappt sich eine sogenannte Flanschtulpe; sie ist geformt wie ein umgedrehter Zylinderhut und etwas größer als eine Faust. Flansch und Gehäuse sind bereits verpresst. Sie kommen in eine Aufnahmeform auf einem Rotationstisch und werden dort von innen gespannt.

Hochbelastungsteile im Antrieb: Gegenbahngelenke (links) und Flanschtulpen (rechts) (Foto: Detlef Göckeritz)

Der Tisch dreht sich weiter. Ein Induktor legt sich um den Kopf des Bauteils. Das rote Messlicht eines Pyrometers prüft, es raucht, es glimmt — innerhalb von Sekunden ist der obere Flansch glühend heiß. Der Tisch rotiert in die Schweißkammer. Das Licht aus dem Scheibenlaser schweißt sechs saubere Nähte, bevor das Teil zu sehr abkühlt. Ein Pyrometer wacht auch hier. Jetzt geht es zur letzten Station. Der Greifarm nimmt das Teil aus der Form, hält es in die Box des Markierlasers und schon ist die Beschriftung drauf. Die Flanschtulpe sinkt auf das Förderband. Ein paar Sekunden sind vergangen und das Werkstück ist fertiggeschweißt.

„Umrüstzeiten, Variantenvielfalt – mit jeder neuen Anlage werden wir besser.“
Antonio Torres

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Antonio Torres, Fachmann fürs Schweißen bei GKN Driveline Mexiko (links), mit seinen Kollegen Neil Plant und Martín Sánchez. (Foto: Detlef Göckeritz)

Torres überwacht jeden einzelnen Messwert an seinem angeschlossenen Laptop. „Ich kenne solche Anlagen ja schon von meinen Kollegen. Aber die Werte und Taktzeiten, die wir hier erreichen, finde ich immer noch ziemlich beeindruckend!“ Vor ein paar Tagen ist er aus Celaya im Herzen Mexikos hierher zum Maschinenbauer KMS Automation nach Süddeutschland gereist, um vorab die Maschine zu inspizieren, die bald auch seine Produktion verbessern soll.

Tief einschweißen mit Scheibenlasern

GKN Driveline ist einer der größten Hersteller von Kraftübertragungssystemen für Automobile und produziert alles rund um den Antriebsstrang. Hier trifft scharf getaktete Massenproduktion auf hohe Qualitätsansprüche. Das mexikanische GKN-Werk expandiert gerade und Torres beginnt, neue Produkttypen herzustellen: „Dazu gehört auch, dass wir mit neuen Technologien produzieren werden. Das Laserschweißen mit Festkörperlaser wird mit dieser Anlage ab sofort ein fester Teil von uns sein.“

GKN Driveline

GKN Driveline ist der weltweit führende Anbieter von Antriebssystemen und -lösungen für die Automobilindustrie. Als globaler Zulieferer der führenden Fahrzeughersteller entwickelt, fertigt und liefert GKN Driveline eine große Bandbreite an Antriebsystemen – für Autos vom kleinsten PKW bis zum Premiumfahrzeug.

Neil Plant hatte es nicht ganz so weit in den Schwarzwald wie Torres. Er arbeitet als Manager für Produktionsentwicklung Schweißen in der GKN- Zentrale in Birmingham. Plant konstatiert: „Laserschweißen generell ist für GKN nichts besonderes. Wir haben CO₂-Laserschweißen mit diesem Anlagenkonzept schon vor 14 Jahren als Standardverfahren für viele Baureihen eingeführt, da es stabil, schnell und nachbearbeitungsfrei ist. Laserschweißen als Prozess sieht am Anfang immer teuer aus, hat aber bisher jedes Mal unsere Produktionskosten deutlich reduziert.“

Wer Antriebsteile schweißen will, setzt in der Regel auf CO₂-Laser. Lange Zeit erreichten nur sie die nötige Einschweißtiefe für eine Naht, die solch hohen Belastungen dauerhaft standhält. Jetzt schaffen das auch Festkörperlaser: Die TRUMPF Ingenieure konnten in den letzten Jahren die Strahlqualität der Scheibenlaser entscheidend verbessern. Ein konkretes Ergebnis davon ist Torres’ neue Maschine.

„Unsere Kunden erwarten von uns, dass wir das Laserschweißen beherrschen.“
Huo Chenhui

Produktionsingenieur Huo Chenhui im Schanghaier Werk von GKN Driveline in China. (Foto: Propaganda Studio)

Produktionsingenieur Huo Chenhui im Schanghaier Werk von GKN Driveline in China. (Foto: Propaganda Studio)

Neil Plant stellt fest: „Die Laserschweißanlagen sind bei uns inzwischen etablierter Standard. Wir führen sie nach und nach in immer mehr internationalen Werken ein.“ So auch bald in Schanghai. Hier arbeitet Produktionsingenieur Huo Chenhui im chinesischen Werk von GKN Driveline: „Unsere Kunden erwarten, dass wir diese Technologie beherrschen. Wir wollen in Zukunft alle kleineren Werkstücke mit Scheibenlasern fügen. Die Effizienz hat uns beeindruckt.“

Huo Chenhui plant, bald dieselbe Scheibenlaserschweißanlage zu bestellen wie Antonio Torres. „Unsere Kollegen in Zwickau sind den Weg vorangegangen, mit sehr positivem Ergebnis. Jetzt wollen wir dem auch folgen.“

Induktor als idealer Partner

Die Geschichte der Laserschweißanlage bei GKN begann in Zwickau. Zoran Bubic, verantwortlicher Ingenieur für zentrale Prozesse und Arbeitsplanung, erinnert sich: „Vor 14 Jahren entwickelten wir den Laserschweißprozess mit CO₂-Lasern zusammen mit TRUMPF. Eine Herausforderung dabei war damals, eine geschickte Methode zum Vorwärmen des Werkstücks zu finden.“

„Die Anlage mit Scheibenlaser hat unsere Produktions­kosten noch einmal deutlich gesenkt.“Zoran Bubic

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Zoran Bubic verantwortet zentrale Prozesse und Arbeitsplanung im GKN-Werk in Zwickau, Deutschland. (Foto: Mirko Hertel)

Sie kamen dabei auf den Induktor als idealen Schweißpartner. „Der erwärmt schnell und lokal und lässt sich gut integrieren. Und so läuft dieser Prozess seither stabil und erfolgreich“, erzählt Bubic. „Vor ein paar Jahren dann wuchs der Bedarf unserer Kunden und wir wollten eine zweite Schweißanlage — allerdings eine mit deutlich geringeren Produktionskosten, bei gleicher Qualität natürlich.“

Gemeinsam mit TRUMPF kam GKN Driveline Deutschland auf die Idee, den fasergeführten Scheibenlaser TruDisk 5302 für den Schweißprozess einzusetzen. Das Laserapplikations­labor in Ditzingen bestimmte mit GKN Driveline sämtliche Schweißparameter: Erwärmtemperatur, Laserleistung, Fokuslage, Schweißgeschwindigkeit und so weiter. „Unsere Kunden sind die weltweit erfolgreichsten Automobilhersteller. Die haben extrem genaue Vorstellungen von ihren Bauteilen“, so Bubic. „Bei den Schweißnähten zum Beispiel gibt es seitenlange Vorgaben, welche Toleranzen gelten etwa in Bezug auf Porosität, Bindefehler, Randkerben, Porennester oder Nahtüberhöhungen. Gemeinsam mit dem TRUMPF Labor konnten wir alle Vorgaben mit Scheibenlasern an unserem Produkt erfüllen.“

Helium adieu

Der Integrator KMS Automation im kleinen Örtchen Schramberg im Schwarzwald erdachte das Anlagenkonzept und fügte die einzelnen Teile zu einer fertigen, schnell getakteten Produktions­maschine zusammen. Generator, Prozessenergie und Induktor für das Vorwärmen kommen von TRUMPF Hüttinger; Laserstrahlquelle, Lichtkabel und Optik und die Schweißzelle TruLaser Cell liefert TRUMPF.

„Die Festkörperlaserschweißanlage läuft bei uns jetzt seit zwei Jahren. Sie hat es geschafft, unsere Produktionskosten noch einmal deutlich zu senken“, freut sich Zoran Bubic. „Zum einen sparen wir im Werk eine Menge Platz: die CO₂-Anlage steht auf 100 Quadratmetern, hier sind es bloß 35. Zum anderen sparen wir Energie, denn der Wirkungsgrad ist mit rund 30 Prozent bei der neuen Anlage wesentlich höher.“

 

TruDisk Scheibenlaser

Ob beim Schweißen, Schneiden oder Oberflächen bearbeiten: TruDisk Scheibenlaser überzeugen überall dort, wo Metalle in hoher Qualität verarbeitet und kontinuierlich hohe Leistungen mit sehr guter Strahlqualität gefragt sind z. B. im Automobilbau und in der Zulieferindustrie.

TrueHeat MF Series3010 – 7030

TruHeat MF-Generatoren von TRUMPF Hüttinger sind leistungsstarke Induktionsgenera­toren. Sie können sowohl bei klassischen Anwendungen als auch im Hochtechnologiebereich eingesetzt werden.

Außerdem nimmt das Material die Wellenlänge des Festkörperlaser­lichts besser auf und es braucht eine viel geringere Laserleistung. „Der größte Faktor aber ist Schutzgas: Helium ist zurzeit teuer. Die CO₂-Anlage bläst rund 16 Liter pro Minute davon auf das Werkstück, um das Metalldampf­plasma zu unterdrücken. Bei Festkörperlasern entsteht kein Plasma. Also brauchen wir auch kein Schutzgas mehr.“

Im Schwarzwald zieht sich Antonio Torres einen weißen Schutzhandschuh über und nimmt die heiße, frisch geschweißte Flanschtulpe in die Hand. „Bei jeder neuen Anlage werden wir besser. Wir können mehr unterschiedliche Baureihen mit einer Maschine schweißen und schaffen es, die Umrüstzeiten dazwischen zu reduzieren.“ Er mustert das Werkstück. „Fortschritte beim Fügen werden wir in Zukunft in erster Linie über das Laserschweißen erreichen.“

Kontakt bei TRUMPF

Hakan Kendirci
Branchenmanagement Automobil Powertrain
Telefon: +49 (0)7156 303 – 36890
hakan.kendirci@de.trumpf.com

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