Einblick in ein TRUMPF CO2-zu-Faserlaser-Retrofit: Wichtige Hardware- und Steuersysteme erklärt

Warum die Nachrüstung eines TRUMPF CO₂-Lasers ein Systemintegrationsprojekt ist

Eine TRUMPF-Maschine ist als komplettes System aufgebaut. Ihre CNC, das Höhenkontrollsystem, Schneidzyklen, Alarme und Peripheriegeräte arbeiten alle zusammen. Der Wechsel der Lasertechnologie beeinflusst die Art und Weise, wie diese Systeme kommunizieren.

Das Ziel einer gut durchdachten Nachrüstung ist es nicht, jede Originalkomponente zu verwerfen. Wo immer möglich, können bewährte Teile der bestehenden Maschine beibehalten und mit der neuen Faserlaser-Ausrüstung integriert werden. Dies reduziert unnötige Änderungen und bewahrt vertraute Maschinenfunktionen.

Die Nachrüstung muss jedoch auch Funktionen hinzufügen, die die ursprüngliche CO₂-Konfiguration nicht benötigte. Dazu gehören die Steuerung des Faserlaser-Duty-Cycles, Autofokus-Management, optische Temperaturüberwachung, Ferndiagnose und speziell für das Faserlaserschneiden angepasste Hardware.

1. Faserlaser-Schneidkopf und originales Höhensensorsystem

Eine der sichtbarsten Änderungen ist der Austausch des originalen CO₂-Schneidkopfs durch einen Faserlaser-Schneidkopf.

Während der Umrüstung können die originalen kapazitiven Höhensensor-Komponenten von TRUMPF an den neuen Kopf angepasst werden. Die Sensorbaugruppe und ihre ursprüngliche Kabelverbindung bleiben mit der TRUMPF-Höhensteuerung verbunden, sodass die Maschine weiterhin den Abstand zwischen Düse und Blechoberfläche überwacht.

Die Beibehaltung dieses Teils des ursprünglichen Höhenregelsystems hat zwei wichtige Vorteile:

• Es bewahrt eine bewährte Maschinenfunktion.
• Es reduziert die Anzahl unnötiger Änderungen an der ursprünglichen Steuerungsarchitektur.

Der Schneidkopf muss entsprechend der vorgesehenen Laserleistung ausgewählt werden. Beispielsweise kann ein Kopf, der für bis zu 8 kW ausgelegt ist, ein 6-kW-Nachrüstsystem unterstützen, während ein 12-kW-System einen Schneidkopf erfordert, der für die höhere Leistung ausgelegt ist.

2. Optische Temperaturüberwachung und automatische Schutzfunktion

Saubere und intakte Optiken sind essenziell beim Faserlaser-Schneiden mit hoher Leistung. Verschmutzungen oder Beschädigungen am Schutzfenster, der Fokussierlinse oder der Kollimatoroptik können zu einem Temperaturanstieg im Schneidkopf führen.

Das Nachrüstsatzsystem überwacht die optischen Temperaturen in Echtzeit mittels Software. Überschreitet eine überwachte Temperatur ihren definierten Grenzwert, sendet der Schneidkopf einen Alarm an den Nachrüstcontroller. Der Controller kommuniziert dann den Fehler an die TRUMPF-Maschine, sodass der Schneidvorgang gestoppt werden kann.

Diese Schutzkette hilft, zu verhindern, dass ein kleines optisches Problem zu schwerwiegenderen Schäden wird:

Ein dediziertes mobiles Gerät kann ebenfalls für die lokale Überwachung der Schneidkopfdaten bereitgestellt werden, was dem Bediener eine bequeme Möglichkeit bietet, den optischen Zustand während der Produktion und Wartung einzusehen.

3. Autofokus-Servoantrieb

Im Gegensatz zur ursprünglichen optischen Anordnung erfordert der neue Faser-Schneidkopf eine dedizierte Autofokussteuerung. Ein Autofokus-Servoantrieb bewegt das interne Fokussiersystem entsprechend den Befehlen des Nachrüstcontrollers in die erforderliche Position.

Die Fokusposition ist ein kritischer Prozessparameter. Durchstechen, Schneiden, Folienentfernung und verschiedene Material- oder Dickenkombinationen können unterschiedliche Fokuspositionen erfordern. Der Servoantrieb ermöglicht es, diese Positionen als Teil des Maschinenzyklus präzise zu steuern.

Das System bietet auch einen manuellen Fokussiermodus für Einstellarbeiten. Dies ist besonders nützlich beim Überprüfen und Anpassen der Düsenjustierung, da der Techniker den Fokus direkt über die Nachrüstschnittstelle bewegen kann, ohne sich auf die normale automatische Sequenz verlassen zu müssen.

4. Industrielles Remote-Service-Gateway

Fernwartung ist ein wichtiger Bestandteil eines modernen Nachrüstsatzes, insbesondere wenn die Maschine weit vom Nachrüstanbieter entfernt installiert ist.

Ein industrielles Fernwartungsgateway bietet sicheren Zugriff auf den Nachrüstcontroller und den Touchscreen, wenn der Kunde die Einheit mit dem Internet verbindet. Mit Autorisierung und einer gültigen Verbindung können Servicetechniker den Systemstatus prüfen und Alarme einsehen, ohne sofort zum Standort reisen zu müssen. Sky Fire Laser bietet auch eine Option für Ferninbetriebnahme und technischen Support für geeignete Projekte an.

Je nach angeschlossenen Signalen kann die Ferndiagnose folgende Bereiche abdecken:

• Schneidkopf- und optische Temperaturalarme;
• Faserlaserquellen-Alarmmeldungen;
• Wasserkühler-Alarmmeldungen;
• Autofokus- und Controllerstatus; und
• andere in das Nachrüstsysten integrierte Fehler.

Fernzugriff ersetzt keine Wartung vor Ort, kann aber die anfängliche Fehlerdiagnose erheblich verbessern. In vielen Fällen kann das Serviceteam das betroffene Teilsystem identifizieren und den Kunden zum richtigen nächsten Schritt anleiten, bevor ein Vor-Ort-Besuch arrangiert wird.

5. Nachrüst-Schnittstellencontroller: Das Herzstück der Umrüstung

Der Schnittstellencontroller ist die zentrale Verbindung zwischen der ursprünglichen TRUMPF-Maschine und der neuen Faserlaserausrüstung. Ein spezielles TRUMPF CO₂-zu-Faser Nachrüst-Steuerungssystem wird verwendet, um diese Signalumwandlung und die zusätzlichen Faserlaserfunktionen zu verwalten.

Seine Aufgabe ist es, Prozesssignale von der TRUMPF-Steuerung zu empfangen, zu interpretieren und die Befehle zu erzeugen, die von der neuen Ausrüstung benötigt werden.

Signale, die von der ursprünglichen Maschine empfangen werden

Der Controller kann Befehle und Parameter erfassen wie:

• Durchstoß- und Schneidzustände;
• angeforderte Laserleistung; und
• Pulsfrequenz.

Signale, die an das Faserlasersystem gesendet werden

Nach der Verarbeitung der ursprünglichen Maschinensignale sendet der Controller die erforderlichen Ausgänge an:

• die Faserlaserquelle;
• den Autofokus-Servoantrieb; und
• andere Nachrüst-Sicherheits- und Steuergeräte.

Diese Ausgänge können Laserfreigabe, Leistungsanforderung, Frequenz, Tastverhältnis und Fokuspositionsbefehle umfassen.

Diese Signalumwandlung ist unerlässlich, da eine CO₂-Laserquelle und eine Faserlaserquelle nicht mit identischen Steuerungsanforderungen arbeiten. Der Schnittstellencontroller ermöglicht es der ursprünglichen CNC, die Hauptmaschinensteuerung zu bleiben, während er der Faserlaserquelle die zusätzlichen Befehle gibt, die sie benötigt.

6. Warum die Steuerung des Tastverhältnisses hinzugefügt werden muss

In der ursprünglichen CO₂-Konfiguration liefert die Maschine hauptsächlich Laserleistungs- und Frequenzbefehle. Ein Faserlaserprozess hängt auch stark vom Tastverhältnis ab – dem Prozentsatz jeder Pulsperiode, während der der Laser emittiert.

Das Tastverhältnis ist besonders wichtig beim Anstechen. Wird zu viel Energie zu schnell zugeführt, kann das Anstechen instabil werden und starke Spritzer oder ein heftiges Herausschlagen verursachen. Dies ist besonders relevant, wenn Sauerstoff zur Bearbeitung von Baustahl verwendet wird.

Der Retrofit-Touchscreen erlaubt daher die Definition von Tastverhältnissen für verschiedene Vorgänge, darunter:

• Anstechen;
• normales Schneiden;
• Markieren oder Gravieren; und
• Entfernen der Schutzfolie vor dem Schneiden.

Beim normalen Schneiden kann ein Tastverhältnis nahe der Dauerleistung verwendet werden, während das Anstechen oft einen niedrigeren, sorgfältig abgestimmten Wert erfordert. Die genauen Parameter hängen von Laserleistung, Material, Dicke, Hilfsgas, Düsenkonfiguration und dem gewünschten Prozessergebnis ab. Sie müssen bei der Inbetriebnahme festgelegt werden und dürfen nicht blind von einer anderen Maschine übernommen werden.

7. Touchscreen-Funktionen für Einrichtung und Düsenjustierung

Der Retrofit-Touchscreen ist mehr als nur eine Statusanzeige. Er bietet Prozessfunktionen, die in der ursprünglichen CO₂-Maschinenschnittstelle nicht verfügbar sind.

Eine wichtige Funktion ist der Düsenzentrierungstest. Für einen stabilen Schnitt muss der Laserstrahl durch die Mitte der Düsenöffnung verlaufen. Der Techniker kann eine niedrige Testleistung, Impulsdauer, Frequenz und Tastverhältnis einstellen und dann einen kurzen Impuls auslösen, um die Strahlposition auf einem Ziel zu überprüfen.

Wenn die Markierung nicht zentriert ist, wird der Schneidkopf justiert und der Test wiederholt, bis der Strahl korrekt ausgerichtet ist.

Der Touchscreen ermöglicht während dieses Vorgangs auch eine manuelle Fokusverstellung, was die Einrichtung schneller und bequemer macht. Da schon ein kleiner Justierfehler den Gasfluss, die Schnittqualität oder die Lebensdauer der Düse beeinträchtigen kann, ist diese Funktion ein unverzichtbares Werkzeug für Inbetriebnahme und Wartung.

8. Maßgeschneiderte mechanische Montage und Kabelmanagement

Der Faser-Schneidkopf kann nicht einfach an der Stelle montiert werden, an der sich der ursprüngliche CO₂-Kopf befand. Es wird ein Satz maßgeschneiderter mechanischer Teile benötigt, um den neuen Kopf sicher an der bestehenden Maschinenstruktur zu befestigen.

Diese Teile können enthalten:

• eine Montageplatte für den Schneidkopf;
• Halterungen und Montageblöcke;
• Adapter, die auf den originalen Schlitten oder Wagen abgestimmt sind; und
• Blechhalterungen für die Energiekette.

Die Energiekette muss das Glasfaserkabel, elektrische Kabel, Hilfsgasleitungen und andere Versorgungen sicher führen, während sich der Schneidkopf bewegt. Ihre Verlegung muss den minimalen Biegeradius des Glasfaserkabels beachten und Reibung, Verdrehen oder Störungen während des gesamten Achsenlaufs verhindern.

Diese Komponenten wirken vielleicht einfach, aber ihre Abmessungen und Montagepositionen basieren auf der Maschinengeometrie und Retrofit-Erfahrungen. Die mechanische Genauigkeit beeinflusst direkt die Kopfjustierung, die Bewegungszuverlässigkeit und die langfristige Stabilität.

9. Keramikadapter und Doppelschichtdüsen

Die ursprüngliche TRUMPF CO₂-Schneideinrichtung verwendet üblicherweise eine einlagige Düse. Das Faserlaserschneiden erfordert jedoch möglicherweise ein anderes Düsendesign. Doppellagige Düsen werden oft für das Sauerstoffschneiden von Baustahl verwendet.

Der originale Keramikhalter und eine Standard-Faserlaserdüse können inkompatible Gewinde oder Maße haben. Um dies zu lösen, kann ein kundenspezifischer Keramikadapter gefertigt werden mit:

• Außenmaße, die mit der TRUMPF-Schneidkopf-Baugruppe kompatibel sind; und
• ein Innengewinde, das für die erforderliche Faserlaserdüse ausgelegt ist.

Dieser kleine Adapter ermöglicht es dem Retrofit, die erforderliche mechanische Schnittstelle beizubehalten und gleichzeitig Düsenoptionen zu unterstützen, die für das Faserlaserschneiden geeignet sind.

10. Warum eine professionelle Inbetriebnahme vor Ort unerlässlich ist

Die Bereitstellung eines Retrofit-Kits bedeutet nicht, dass der Umbau als Do-it-yourself-Installation behandelt werden sollte.

TRUMPF hat viele Maschinenmodelle und Konfigurationen produziert. Obwohl Steuerung, Schneidkopf, Montagebauteile und Verkabelung vor dem Versand montiert und getestet werden können, hängt die endgültige Integration dennoch von der spezifischen Maschine ab.

Vor-Ort-Arbeiten können umfassen:

• Überprüfung der genauen Maschinenkonfiguration;
• Installation und Ausrichtung der mechanischen Baugruppen;
• Abschluss der elektrischen und Steuerungsanschlüsse;
• Anpassung der Signallogik und Maschinenparameter;
• Überprüfung von Verriegelungen und Alarmen;
• Ausrichten des Strahls und der Düse;
• Testen der Fokusbewegung;
• Anpassung der Schneid- und Durchstoßparameter; und
• Leistungsvalidierung unter realen Produktionsbedingungen.

Aus diesem Grund sollte ein erfahrener Retrofit-Ingenieur die Installation und Inbetriebnahme beim Kunden vor Ort durchführen. TRUMPF-Retrofits können komplexer sein als Umbauten weniger integrierter Maschinenplattformen, und kleine Details können darüber entscheiden, ob das fertige System zuverlässig und sicher ist.

Fazit

Ein TRUMPF CO₂-zu-Faserlaser-Retrofit ist kein Einzelkomponenten-Upgrade. Es ist eine koordinierte Integration der neuen Laserquelle und des Schneidkopfs mit der originalen CNC, Höhensteuerung, Bewegungsplattform, Sicherheitskreis und Peripheriegeräten der Maschine.

Die Schlüsselelemente umfassen:

• ein leistungsgerechter Faser-Schneidkopf;
• beibehaltene und angepasste TRUMPF-Höhensensor-Komponenten;
• optischer Echtzeit-Temperaturschutz;
• Autofokussteuerung;
• ein dedizierter Signalumwandlungs-Controller;
• Arbeitszyklus- und Düsenzentrierfunktionen;
• Fernwartung;
• kundenspezifische Montage- und Kabelmanagement-Hardware; und
• Düsenadapter, die für die Faserlaserschneidtechnologie entwickelt wurden.

Wenn diese Systeme als Komplettpaket konstruiert, installiert und in Betrieb genommen werden, kann eine bestehende Maschinenplattform die Verarbeitungskapazitäten der Faserlasertechnologie erhalten und gleichzeitig wertvolle Teile der Originalausrüstung beibehalten.