Freiformschmiedepressen spielen eine entscheidende Rolle in der Schwerindustrie, insbesondere bei der Umformung großer Werkstücke bei denen sie hohen Belastungen und extremen Bedingungen ausgesetzt sind. Hier bietet das mobile Laserhärten von Druckhülsen eine innovative und effektive Lösung zur Verlängerung der Standzeit und Reduzierung der Wartungsintervalle.

Im vorliegenden Fall wurden vier Druckhülsen einer 85 MN Freiformschmiedepresse auf allen acht Führungsflächen gehärtet, was eine längere Standzeit der Schmiede und somit eine Reduktion der Wartungs- und Stillstandzeiten ermöglicht. Diese Maßnahmen sind besonders bedeutsam, da an den meisten Standorten nur eine Presse dieser Größe vorhanden ist, die möglichst lange und effizient arbeiten muss. Aufgrund der großen Ausmaße und des Gewichts der Druckhülsen war aus wirtschaftlichen Gründen nur eine Bearbeitung vor Ort möglich, was den Einsatz einer mobilen Laseranlage erforderlich machte.

Anfrage und Projektplanung

Das Projekt begann mit der Anfrage eines Kunden bei der Alotec Dresden GmbH. Der Kunde stellte das Vorhaben vor und übersandte detaillierte Bilder sowie CAD-Daten der zu härtenden Druckhülsen. Diese Daten ermöglichten es Alotec, die Anforderungen präzise zu klären und eine fundierte Kalkulation des Projekts zu erstellen. Die zu behandelnden Druckhülsen haben eine Länge von 14 m und ein Gewicht von 25 t. Aufgrund dieser Dimensionen wurde entschieden, das Laserhärten direkt vor Ort beim Kunden mit der mobilen Laseranlage „ALOflex“ durchzuführen. Dadurch entfielen die Transportzeiten der Bauteile sowie die damit verbundenen Kosten und Risiken.

Durchführung von Versuchen

Um die optimalen Härtungsparameter zu bestimmen, führte Alotec zunächst Versuche an einem vergleichbaren Musterbauteil aus dem Werkstoff 42CrMo4 durch. Die Wandstärke des Musterbauteils entsprach derjenigen der zu behandelnden Druckhülsen. Ziel der Versuche war es, die Oberflächenhärte und Einhärtetiefe zu bestimmen. Die Auswertung der Versuche wie Härtemessungen und Gefügeanalysen wurde vom Kunden übernommen und die Ergebnisse zeigten eine Einhärtetiefe von bis zu 1,4 mm und eine Oberflächenhärte von ca. 600 HV5 (55 HRC) bei einer Vorschubgeschwindigkeit des Lasers von 4 mm/sek. Der Kunde war mit diesen Parametern und der Qualität der Härtung sehr zufrieden.

Besichtigung vor Ort

Nach erfolgreichen Versuchen erfolgte eine Besichtigung vor Ort, um den Auftrag im Detail abzusprechen. Hierbei wurden alle notwendigen Sicherheitsmaßnahmen für einen Lasereinsatz erörtert. Alotec Dresden verfügt über ein modernes Laserschutzkonzept speziell für mobile Einsätze und die zu verwendeten Laserschutzwände sind durch das renommierte Ingenieurbüro Prof. Klaus R. Göbel getestet und nach DIN EN 60825-4 zertifiziert. Zudem erreichen sie eine bislang unerreichte Schutzgrenzbestrahlung (E86) von 13,8 MW/m² bei einer passiven, mobilen Laserschutzwand.

Weitere Absprachen betrafen die Anschlüsse für die mobile Laseranlage, das Bereitstellen eines Drehmodules um die Druckhülsen in die richtige Bearbeitungsposition zu drehen, sowie die Planung der Transportwege, die Anlieferung der Anlage und deren Komponenten und den sicheren Auf- und Abbau des Laserarbeitsplatzes.

Durchführung des Auftrags

Die Vorbereitung der mobilen Laseranlage für den Versand umfasste mehrere Schritte. Die mobile Laseranlage besteht aus einem Roboter auf einem Raupenfahrwerk und einer Versorgungseinheit, die aus einem Lasermodul, Kühler, Robotersteuerung, Alotec-Steuerung und einer Bedienstation besteht. Zudem werden Laserschutzwände auf einer Länge von 28 m aufgebaut und weiteres Equipment, wie Geräte zur Säuberung der Bearbeitungsflächen, bereitgestellt.

Der eigentliche Härteprozess vor Ort umfasste die Behandlung von 30 qm Fläche und Härtespuren mit einer Länge von insgesamt 85 m. Zum Vergleich: Das Burj Khalifa in Dubai ist mit einer Höhe von etwa 828 m das derzeit höchste Gebäude der Welt. Die gesamte Bearbeitungszeit betrug etwa 65 h, durchgeführt im 2-Schichtbetrieb. Die zu härtenden Bereiche wurden vorab vom Kunden markiert und die Programmierung sowie Einrichtung des Roboters erfolgte online direkt am Bauteil vor Ort.

Härtungsverfahren im Vergleich

Laserhärten ist ein Verfahren zur Erhöhung der Oberflächenhärte von metallischen Bauteilen. Dabei wird ein hochenergetischer Laserstrahl auf die Werkstückoberfläche gerichtet, wodurch eine rasche und gezielte Erwärmung des Materials erfolgt. Die dadurch entstehende Martensitbildung führt zu einer erheblichen Steigerung der Härte und Verschleißbeständigkeit der behandelten Oberfläche.

Das Laserhärten bietet signifikante Vorteile gegenüber alternativen Härtungsverfahren:

- Nitrieren: Nicht wirtschaftlich, geringe Härtetiefe.

- Flammenhärten: Geringe Automatisierbarkeit, schlechte Qualität und erforderliche Kühlung.

- Induktionshärten: Erfordert Kühlung zur Abschreckung.

- Ofenhärtung: Betrifft das gesamte Bauteil, unwirtschaftlich und zeitaufwendig.

Im Gegensatz dazu ermöglicht das Laserhärten eine gezielte und homogene Härtung der Oberflächen ohne die Notwendigkeit einer Kühlung. Durch die gezielte Wärmeeinbringung wird der thermische Verzug des Werkstücks minimiert.

Ergebnisse und Ausblick

Das mobile Laserhärten führte zu einer signifikanten Verlängerung der Standzeit der Druckhülsen, was wiederum zu einer höheren Produktivität der Presse beiträgt. Der Kunde zeigte sich äußerst zufrieden mit der Qualität und Effizienz der durchgeführten Härtung, was die Vorteile der mobilen Laserhärtung in der Praxis deutlich unterstreicht.

Das mobile Laserhärten von Druckhülsen für Freiformschmiedepressen bietet erhebliche Vorteile gegenüber traditionellen Härtungsverfahren, insbesondere in Bezug auf Effizienz, Präzision und Kosten. Die erfolgreich durchgeführten Projekte zeigen das Potenzial dieser Technologie, die Lebensdauer von Bauteilen zu verlängern und die Betriebseffizienz zu steigern. Angesichts der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lasertechnologie wird erwartet, dass das mobile Laserhärten in der Zukunft eine noch zentralere Rolle in der industriellen Fertigung spielen wird.

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