Laser Community 01:07

W W W.TRUMPF - L A SER .COM
01:07
1:07
Abheben!
Scheibenlaser für die
Luft- und Raumfahrt
Lehrstunde
Jedem Knochen seine Nummer
Stahl­Hart
Im umgang mit höchstfesten Stählen
ist Licht das schärfste Werkzeug
→ Seite 10
Herausgeber TRUMPF GmbH + Co. KG, Johann-Maus-Straße 2, 71254 Ditzingen, Germany, www.trumpf.com
V.i.s.d.p. Jens Bleher Chefredaktion Sven Ederer, Telefon +49 (0) 7156 303 - 1559, [email protected]
Vertrieb Telefax +49 (0) 7422 515 - 175, Telefon +49 (0) 7422 515 - 121, [email protected]
Beratung Helmut Ortner, Dr. Eckhard Meiners Redaktion pr+co. gmbh, Stuttgart, Norbert Hiller, Martin Reinhardt,
Nadine Leimbrink Autoren Axel Bange, Sven Ederer, Nadine Leimbrink, Bernd Maier, Todd Rosenthal, Stefan Schanz,
Michael Vogel, Jürgen Warmbold Gestaltung und Produktion pr+co. gmbh, Stuttgart, Gernot Walter,
Markus Weißenhorn, Martin Reinhardt Fotografie Steve Adams, KD Busch, Udo Loster, Markus Mertmann, Conny Tüch;
Reproduktion Reprotechnik Herzog GmbH, Stuttgart Herstellung frechdruck GmbH, Stuttgart
01:2007
Titelfoto: Corbis, Rückseite: KD Busch
impressum
Editorial
E
ines der größten Hemmnisse für den Einsatz von Lasern in der Produktion ist die mangelnde
Vorkenntnis. In vielen Unternehmen fehlen die Fachleute, um das Potenzial der Lasertech­
nik zu erkennen und sie daher einzusetzen. Die Situation ist paradox. Auf der einen Seite ist
der Laser ein etabliertes Werkzeug und immer mehr Institute weltweit forschen auf dem Gebiet
der Laserstrahlquellen und deren Anwendung. Auf der anderen Seite fehlt diese Technologie
in den meisten Lehrplänen und gehört nicht zur Standardausbildung von Ingenieuren und
anderen Fachleuten. „Aufbau einer globalen Allianz für Forschung und Bildung zwischen Wissen­
schaft und Industrie auf verschiedenen Kontinenten, um Studenten praktische Erfahrung in
globaler Zusammenarbeit und Fertigungstechnik zu vermitteln“, so lautet eines der Ziele der
Global Alliance for Research and Education in Laser Aided Manufacturing (GARELAM). Für
dieses Vorhaben, zusammen mit Plänen zur Initiierung einer globalen Plattform Fertigungstech­
nik für die Ingenieurausbildung und der Erstellung von Lehrplanangeboten mit internationalen
Praktika, möchten die Teilnehmer weltweit Regierungsstellen als Unterstützung gewinnen. Für
un­sere Branche ist es wichtig, dass diese Initiativen Erfolg haben.
Jede Initiative ist willkommen!
Eine Stärkung der Photonik, dazu zählt die Lasertechnik, verfolgt auch die Technologieplattform
Photonics 21 in der Europäischen Union. Hier stimmen Industrie und Wissenschaft europaweit
ihre Forschungsaktivitäten für optische Technologien ab und geben der Politik Empfehlungen
für die Verwendung europäischer Forschungsgelder. Nur durch diese Bündelung gelingt es,
Gehör zu finden.
Immerhin, der Anschluss der Industrial Laser Group an die Society of Manufacturing Engi­
neers in den USA und die Gründung der Sektion Promozione L@ser in der Associazione Italiana
di Tecnologia Meccanica in Italien zeigen, dass die Vernetzung von Laser und Fertigung inter­
national auf personeller Ebene voranschreitet. Es ist richtig und wichtig, dass sich die industri­
elle Lasertechnik zu einer „konventionellen“ Technik entwickelt. Jede Initiative auf diesem
Weg ist willkommen.
p e t e r l e i bi n g e r
Geschäftsführender Gesellschafter der TRUMPF Gruppe,
Vorsitzender des Geschäftsbereichs Lasertechnik / Elektronik
Peter.Leibinger @de.trumpf.com
Foto: Stahl-Werk
01: 2007
ziel türkei
06 – 09 wer - was - wo
10
höchstfeste stähle
Community
Laser und Leute
im Überblick
Seite 06
Warum in der Türkei, Herr Isik ? Seite 07 // Was
GARELAM will // Comau setzt auf Remoteschwei­ßen
// Warum Tosei Electrobeam für Japan so wichtig ist
// Österreichs erster 6-kW-Scheibenlaser // Dagmar
Wöhrl bei Laser-Pionier Meyer Werft Seite 08
// BMW tauscht Schrauben gegen Laser //
Thema
titel
Härte
zähmen
Höchstfeste Stähle: Wie die Automobilindustrie einen Werkstoff bändigt,
der seinen Namen absolut verdient hat.
Seite 10
Auf der harten Tour
08 netzknoten
09 Kalender
29 Menschen + Ideen
30 Marktansichten
Der Weg vom Coil bis zum
tragenden Bauteil. Seite 12
Was zählt
Mechanische Werkzeuge oder Laser?
Wo der Laser punktet. Seite 14
15 statement
laser-vorbild
Statement
„In den meisten
Ländern ist klar:
Die Ausbildung
der Ingenieure
verlangt höchste
Priorität.“
Dr. Arden L. Bement, Jr., sieht die
Zukunft der Welt in den Händen
von Ingenieuren. Seite 15
joining
technologies
synbone
24 cool tool
16
18 21 arburg
Report
Programmiertes
Wachstum
Für Luft- und Raumfahrt sind Neuteile teuer.
Das macht Reparaturschweißen für Joining
Technologies attraktiv. Seite 16
Lehrstunde mit
Knochenbrüchen
26
prof. ursula keller
Science
Menschen
Heiße Presse,
kaltes Herz
„Ursi, bitte
erklär uns das !“
Wie kommen die Kühlleitungen in
die Tiefziehform? Prof. Ralf Kolleck
löst ein altes Problem mit einer jungen
Technologie: automatisiertes Laserauftragschweißen. Seite 24
„Wie wird man erfolgreich ?“, haben wir
Prof. Ursula Keller gefragt. Was sie
erreicht hat, war in ihrem Leben nicht
vorgesehen. Aber sie nutzte ihre
Chancen. Seite 26
Fragen an …
Welcher Knochen war denn das ? Laser sei Dank antworten Synbones Übungsknochen selbst. Seite 18
Solide Basis
Der Ständer einer Arburg-Maschine ist ein großes
Stück Stahlblech. Für dessen Fertigung suchte der
Maschinenbauer eine flexible Lösung. Seite 21
… Dr. Antonio Vendramini SEITE 29
NEU:
Unser Titel als E-Postcard
Heft weiterempfehlen : www.trumpf-laser.de / laser-community
S
P
o
t
- - - ko o P e r at i V
european laser institute (eli) und laser
institute of america (lia) verstärken ihre
Kooperation. Nach dem „Journal of Laser
Application“ bezieht diese auch Konferenzen
ein wie etwa alaW (automative laser
application Workshop). www.eli-online.org
- - - j a Pa n - a u S g a b e
industrial laser Solutions (ilS) erscheint
in einer japanischen Ausgabe. Neben USChefredakteur, david belforte, wird Sachiya
inagaki vom yano research institute als
Experte für Japans Laser-Markt für ILS-Japan
schreiben. www.ils.pennnet.com
--- börSengang
Der Reutlinger Maschinenbauer manz automation hat knapp eine Million Aktien platziert.
Damit beläuft sich das Emissionsvolumen auf
18,6 Millionen Euro.
www.manz-automation.com
--- effizient
Ein 5-Achsen-Lasersystem von trumPf sorgt
beim britischen Luft- und Raumfahrttechnikunternehmen middleton Sheet metal co.
ltd. (mSm) für zusätzliche Kosteneffizienz
und Qualität bei komplex geformten Werkstücken. www.msmgroup.org
--- antrieb
Italiens Verband für industrielle Fertigungstechnik a.i.te.m hat eine Laser-Fachgruppe
gegründet. Die von Prof. edoardo capello,
Politecnico de milano, vorangetriebene
„Promozione l@ser“ soll Forschung und
Anwendung verknüpfen. www.aitem.org
--- SuPerScHutzScHicHt
Hauzer techno coating bietet eine Anlage
mit dem Laser-Arc-Modul des dresdner
fraunhofer iWS an. Diese neue Technik
ermöglicht es als eine der ersten, superharte
amorphe Kohlenstoffschichten industriell
einzusetzen. www.iws.fraunhofer.de
--- abgeleHnt
coherent inc. ist mit der Übernahme von
excel technology inc. gescheitert. Während
die US-Kartellbehörde der Übernahme zustimmte, lehnt das deutsche Kar tellamt ab.
www.coherent.com, www.excetechlinc.com
6
„Was wir brauchen,
ist eine weltweite
Zusammenarbeit
für Lernen aus
erster Hand.“
Der Vorsitzende der gaRelam
prof. Jyoti mazumder
Globale Allianz
GARELAM verbindet weltweit Lehre und Praxis in der Lasertechnik
Auf der ICALEO 2006 in Scottsdale, Arizona, stellte sich die neu gegründete GARELAM
(Globale Allianz für Forschung und Lehre in der laserunterstützten Fertigung) der Öffentlich­
keit vor. Ihr Vorsitzender Professor Jyoti Mazumder von der University of Michigan präsen­
tierte die ersten Ergebnisse der erfolgreichen internationalen Zusammenarbeit. Gegründet
im Juli 200, möchte GARELAM die Industrie und namhafte Universitäten weltweit stärker
vernetzen. Die Gründungsmitglieder beabsichtigen, Lehrpläne abzustimmen und mehr Stu­
dierenden sowie Absolventen Möglichkeiten für internationale Praktika zu eröffnen. Außer­
dem streben sie organisationsübergreifende Strukturen zur beständigen Weiterbildung von
Mitarbeitern aus Wissenschaft und Industrie an. www.icaleo.org
Remote kommt an
Das Laser­Remoteschweißen mit Robotern
fasziniert die Roboterhersteller zusehends: Seit
kurzem bietet Comau ein neues 3D­Laserschweiß­
system an. Der SMART Laser besteht aus dem
Roboterarm und einer Laserquelle — dem Schei­
benlaser von TRUMPF etwa. Die Steuerung der
insgesamt sieben Achsen von Arm und Scanner­
optik ist voll integriert und über ein Handpro­
grammiergerät bedienbar. Mit seiner einfachen
Architektur lässt es sich problemlos in komplette
Rohbauanlagen integrieren und in Laser­Netz­
werk­Konfigurationen mit Multiplexing einbe­
ziehen. Die Laseroptik hat einen Arbeitsabstand
von 750 bis 1 100 Millimetern und setzt den Strahl
in 0,1 Sekunden von Schweißnaht zu Schweiß­
naht um. www.comau.de
Der Laserstrahl hüpft von Schweißnaht zu
Schweißnaht, der Arm führt nach. So senkt
Comaus SMART Laser zum Beispiel Taktzeiten.
CommuniTy
300 Unternehmen,
die Japans Zukunft
bestimmen.
Abbildungen: B. & H. ISIK GbR, Comau S.p.A., Corbis, JOANNEUM RESEARCH Forschungsgesellschaft mbH, LIA Laser Institute of America, Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie Japan
Die Türkei als neuer
Markt für LaserAnwendungen?
Der Unternehmer
Bektas Isik ist davon
überzeugt.
„Die Türkei hat den
Laser für sich entdeckt“
Liste mit
Zukunft
An Tosei Electrobeam hängt die wirtschaftliche
Zukunft Japans. Davon ist zumindest der japanische
Minister für Wirtschaft , Handel und Industrie,
Toshihiro Nikai, überzeugt: Japans größter Laser­
Job­Shop ist eines von 300 ausgewählten mittelstän­
dischen Unternehmen, die das Ministerium jetzt in
der Liste „Japan‘s Dynamic Monodzukuri (Manufacturing) Small and Medium Enterprises“ vorge­
stellt hat. Japans internationale Wettbewerbsfähig­
keit werde hauptsächlich von diesen Firmen getra­
gen, heißt es dort. Ausgewählt hat das Wirtschafts­
ministerium die Unternehmen nach Kriterien wie
ihrem technischen Potenzial oder dem Einfluss ihrer
Technologie auf das tägliche Leben. www.tosei.co.jp
Bektas Isik ist in Deutschland erfolgreich mit Reparaturschweißen. Jetzt will er in die Türkei — wir wollten wissen, warum.
Sie bauen ein Laser-Geschäft für das Auftragschweißen mit gepulsten Festkörperlasern in der Türkei auf. Ist das Heimweh oder der Riecher für einen
lukrativen Markt ?
Die Türkei ist bisher ein Nischenmarkt für Laser­Anwendungen im Bereich Auf­
tragschweißen. Hier steckt großes Potenzial. Doch ehrlich gesagt: Heimweh spielt
natürlich auch eine große Rolle.
Ist der türkische Markt reif für diese Laser-Anwendungen ?
Die Türkei hat den Laser für sich entdeckt. Die Nachfrage steigt kontinuierlich
und es gibt immer mehr Anbieter. Wir sind davon überzeugt, dass unser Geschäfts­
modell auch dort erfolgreich sein wird. Nicht zuletzt, weil wir uns mit unserer
Lasertechnik von den türkischen Konkurrenten unterscheiden.
Welche Marktchancen sehen Sie in der Türkei ?
In Deutschland haben wir jahrelang positive Erfahrungen mit dem Reparatur­
schweißen im Bereich Werkzeug­ und Formenbau gesammelt. In Zukunft konzen­
trieren wir uns auch auf andere Branchen. Die Wirtschaft in der Türkei wächst.
Immer neue Industrien entstehen. Der Markt bietet uns gute Chancen, uns ein
großes Stück von diesem Kuchen abzuschneiden.
Ansprechpartner: B. & H. ISIK GbR, Bektas Isik,
Telefon: +49 (0) 6164 913 017, [email protected], www.bh-isik.de
Steiermarks Forschungslandesrätin Kristina EdlingerPloder erhielt von den Institutsleitern Elmar Brandstätter
und Prof. Dr. Reinhold Ebner ein gelasertes Wappen.
6 kW für Joanneum
Am Laserzentrum Leoben installierte Joanneum Research als erstes Unternehmen Österreichs
einen ­kW­Scheibenlaser. Die leistungsstarke An­
lage dient der Entwicklung industrieller Prozesse
beim Fügen, Legieren und Auft ragschweißen. Im
Mittelpunkt steht dabei die Weiterentwicklung
des sogenannten Scannerschweißens. Bei diesem
Verfahren lenken Spiegel den Lichtstrahl über das
Werkstück und senken so die Positionierzeiten.
www.joanneum.at/lzl.
7
CommuniTy
netzknoten
joining and Welding reSearcH
inStitute, oSaka uniVerSity
Eines der heute weltweit führenden Forschungszentren für Fügetechnologien wurde 1969 als
Welding Research Laboratory an der Universität
Osaka in Japan gegründet. Anlass war eine Empfehlung des für die technologische Entwicklung der Nation verantwortlichen Japanischen
Wissenschaftsrats: die für die industrielle Fertigung zentrale Schweißtechnik systematisch voranzutreiben. Der Anspruch des Instituts, Japan
eine führende Rolle in der wissenschaftlichen
und technischen Entwicklung zu sichern, erstreckt sich auch auf die Lasertechnik. Der kürzlich verstorbene Schawlow-Preisträger Professor Akira Matsunawa war einer der weltweit
anerkannten Laserschweiß-Spezialisten. Insbesondere das 2003 gegründete Smart Processing
Research Center erkundet „extreme“ künftige
Anwendungen wie Schweißen ultradünner Platinen oder Materialbearbeitung mit ultrakurzen
Laserpulsen. Dabei sollen sich die parallelen
Forschungen der verschiedenen Abteilungen an
Werkstoffen, Verfahren und Energiequellen
gegenseitig hochschrauben.
www.jwri.osaka-u.ac.jp
Quantensprünge
licht verbindet
Mit dem ersten lasergeschweißten
Tailored Blank von Thyssen Krupp
begann eine der weltweit erfolgreichsten Laserapplikationen.
19 8 3
8
Schluss mit Schrauben
TRuMPF Co² -Laser schweißt Achsausgleichsgetriebe bei BMW
BMW hat ein neues Powertrain­Sys­
tem von TRUMPF in Betrieb genommen.
Seitdem werden Ausgleichsgetriebe — eine
Guss­Stahl­Verbindung — für verschiede­
ne Typen per Laser geschweißt. Betroffen
sind beispielsweise die höher motorisier­
ten Fahrzeuge der 3er­Baureihe. Die Vor­
teile im Automobilbau: Der Wegfall der
bisher üblichen Schraubverbindungen
spart nicht nur Kosten, er senkt außerdem
das Getriebegewicht und führt zu gerin­
geren Einbaumaßen. Und: die mit dem
Laser geschweißten Verbindungen über­
tragen höhere Drehmomente. Das macht
die Autos dynamischer — und in Extrem­
situationen belastbarer.
Ansprechpartner:
BMW-Zentrale in München: Das Unternehmen
sucht und findet immer neue Einsatzmöglichkeiten
für das Laserschweißen.
TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH,
Jürgen Metzger,
Telefon: + 49 (0)7156 303-6194,
[email protected]
Laser-Vorbild
Dagmar Wöhrl besichtigt Meyer Werft
Auf Stippvisite an der Ems: Am 5. Februar besuch­
te die Koordinatorin der Bundesregierung für die Mari­
time Wirtschaft, Dagmar Wöhrl, die Meyer Werft. Das
Vorzeigeunternehmen ist eine der modernsten Werf­
ten der Welt und baut vor allem Kreuzfahrtschiffe für
Reedereien weltweit. Seit 13 Jahren übernehmen die
Papenburger Schiffbauer eine Vorreiterrolle bei der Ver­
wendung von Lasertechnologie. Die Werft hält dabei
einen Rekord: Von insgesamt 850 Kilometer Schweiß­
nähten der im November 200 fertiggestellten „Nor­
wegian Pearl“ messen die Lasernähte rund 450 Kilo­
meter — geschweißt von vier Laseranlagen mit 12­kW­
Maritime Koordinatorin Dagmar Wöhrl
CO₂­Lasern. Aktuell testet die Werft den neuesten von
lässt sich von Geschäftsführer Bernard
TRUMPF in Schramberg entwickelten Scheibenlaser:
Meyer die Meyer Werft zeigen.
der weltweit erste mit 8­kW­Laser­Leistung und einer
Verfügbarkeit von über 99,5 Prozent. Seine absolute Leistungsregelung sichert unabhängig von
den Umgebungsbedingungen reproduzierbare Prozessergebnisse. www.meyerwerft.de
k a l e n d e r
„Die MD&M verbindet Lasermit Medizintechnologie.“
l aSer . World of PHotonicS cHina
21. – 23. März 2007, Shanghai
Messe für Optische Technologien China,
www.world-of-photonics.net
a l aW
High-Tech-Medizin
Dreimal jährlich findet die MD&M an verschiede­
nen Orten in den USA statt. Händler und Hersteller
medizinischer Geräte stellen dort ihre Leistungen und
Fähigkeiten vor. Auf der MD&M West fragten wir
Ray Regan, Vertriebsingenieur bei Innovative Laser
Technologies Inc., warum sich ein Besuch lohnt:
17. – 19. April 2007, Plymouth, MI
Tagung für Laseranwendungen am Automobil,
www.alawlaser.org
INTERMOLD: Messe für Stanz- und
Formfertigungstechnologie Japan,
www.itp.gr.jp/im
25. – 28. April 2007, Tokio
m a c H -t e c H
8. – 11. Mai 2007, Budapest
Internationale Fachmesse für maschinelle
Fertigung und Schweißtechnik,
laser-industrie und md & m — wo ist die Verbindung ?
www.mach-tech.hu
Anbieter von Lasern, integrierten Systemen und Ser­
vices finden hier Zugang zu Herstellern von Implan­
taten, nichtinvasiven Geräten, chirurgischen Werkzeu­
gen und Einwegartikeln. Dies gibt ihnen Einblicke
in den aktuellen und künft igen Bedarf medizinischer
Geräteherstellung.
Abbildungen: AlexSchelbert.de, INTERMOLD Development Association, Messe München GmbH, BMW Group, Meyer Werft GmbH, SEMI
intermold
W e l d i n g ko r e a
8. – 11. Mai 2007, Seoul
Globale Strategien für Ihre Schweißgeräte
und -materialien, www.weldingshow.co.kr
e u r o W e l d i n g , c a S t- e X ,
Wen können besucher der md & m treffen ?
c H e m P l a S t, e m a
Anbieter treffen hier direkt auf leitende Ingenieure
und Designer und können so gleich individuelle Pro­
blemlösungen anbieten.
22. – 25. Mai 2007, Nitra
eine reiSe Wert
Internationale Maschinenbaumesse,
www.agrokomplex.sk/akcie/msv2007/en
LASER. World of Photonics:
Messe für optische Technologien,
www.world-of-photonics.net
12. – 14. Juni 2007, New York, NY
Medizintechnik: Entwicklung & Fertigung,
www.devicelink.com/expo/east07/
LASER
2007
Ein Treffen von Fachleuten und das Neues­
te in Sachen Laserstrahlquellen: Das bietet die
LASER. World of Photonics ihren Besuchern
wieder vom 18. bis 21. Juni 2007 in der Neuen
Messe München. Bereits zum 18. Mal findet die
Technologiemesse statt – seit ihrem Start im
Jahr 1973 ist sie eine der führenden Veranstal­
tungen für optische Technologien. Zur LASER
2005 kamen knapp 50 Prozent der Aussteller
und Fachbesucher aus dem Ausland, was die
Einzigartigkeit der Messe unterstreicht.
md&m eaSt
m i n at
12. – 14. Juni 2007, Stuttgart
Internationale Fachmesse für Feinwerktechnik, Ultrapräzision, Mikro- und Nanotechnologien, www.messe-stuttgart/minat
blecHeXPo & ScHWeiSStec
13. – 16. Juni 2007, Stuttgart
Blech trifft Business, www.blechexpo-messe.de
SEMICON West:
Technologie und Werkstoffe
für Halbleitertechnik,
www.semi.org/semiconwest
l aSer. World of PHotonicS
18. – 21. Juni 2007, München
Semicon WeSt
16. – 20. Juli 2007, San Francisco, CA
9
Härte
Der Tanz der Atome:
Kühlt Stahl, wie im Stahlwerk,
langsam, bildet er würfelförmige
Kristallgitter. Wird er dagegen
„abgeschreckt“, springen Atome
aus den Würfelflächen ins
Innere und versteifen das Gitter:
der Stahl wird hochfest.
10
THema
Der Siegeszug hoch- und höchstfester Stähle im Autobau
ist in aller Munde. Möglich machen es die Helden im Hintergrund:
ein neuer Formhärteprozess und der Laser.
zähmen
Brütende Hitze wie im Stahlwerk: Der rot­gelbe Stahl erinnert an
fließende Lava — und ist mit 900 °Celsius beinahe genauso heiß wie der
Schmelzfluss aus den Vulkanen. Was jetzt noch so feurig in der Presse
glüht, wird später als hoch­ und höchstfester Stahl in Autos verbaut. Es ist
ein besonderer Stahl, den Autobauer immer öfter verwenden: weil er so
stabil ist und damit die Sicherheit erhöht. Weil er so leicht ist und damit
den Spritverbrauch senkt. Möglich machen es neue Herstellverfahren:
Ein neuer Formhärteprozess bringt den harten Stahl in Serie — präzises
Laserschneiden bändigt ihn. Im Vergleich zu konventionellen Stahlsorten
erreichen diese Stähle eine vielfach höhere Zugfestigkeit. Daher kann
die Blechdicke reduziert werden, ohne die Strukturfestigkeit zu beein­
trächtigen. Zusätzliches Plus: Indem man mehrere Verstärkungsteile in
einem Bauteil zusammenfasst und damit die Zahl der Komponenten
einer Baugruppe verringert, sinken neben dem Gewicht auch die Ferti­
gungskosten. Inzwischen setzen viele Automobilhersteller und ­zulieferer
auf die festeren Stähle im Bereich der Fahrzeugstruktur. Zu den aktuellen
Einsatzbeispielen zählen die Karosserien der Geländewagen Porsche Ca­
yenne und VW Touareg, der in Großserie gefertigte Body des Volkswagen
Passat und auch das schicke Cabrio­Coupé Eos der Wolfsburger.
Durchbruch mit Presshärten Der hohe Nutzen hoch­ und höchst­
fester Stähle fiel den Autobauern allerdings nicht in den Schoß. Vor ihrem
Einsatz war die Frage der Umformung zu klären. Die Lösung brachte
ein neuer Formhärteprozess: die Warmumformung mit Aushärtung in
der Presse. Die in diesem Verfahren hergestellten Teile aus hoch­ und
höchstfestem Stahl werden vor dem Formen auf eine Temperatur von
über 900 °Celsius erhitzt und unmittelbar danach in eine Tiefziehpresse
11
Blick in die Tiefziehpresse (oben): Sie formt den 900 °Celsius heißen Stahl um
und entzieht ihm schlagartig die Wärme. Weil Verfahren und Verarbeitung
aufwendig sind, werden hochfeste Stähle bislang eher dosiert und an kon­struktiv neuralgischen Stellen verbaut (unten und rechte Seite).
gelegt. Das wassergekühlte Werkzeug der Presse bleibt nach dem Um­
formen so lange geschlossen, bis das Bauteil geregelt auf etwa 170 °Celsi­
us abgekühlt ist. Da dieser Prozess äußerst schnell abläuft, entsteht eine
martensitische Materialstruktur. Das heißt, die Zugfestigkeit des Stahls
wird deutlich erhöht.
Wenige Jahre ist es her, dass dieses Verfahren die Automobilproduk­
tion revolutionierte. Ein wichtiger Pionier war Volkswagen. „Wir waren
einer der Vorreiter bei der Verwendung höchstfester Stähle und der erste
Automobilhersteller, der formgehärtete Teile — in diesem Umfang — selbst
fertigt“, erläutert Ulrich Schlennstedt, verantwortlicher Planer im Volks­
wagen-Presswerk Kassel. 2004 begann ein engagiertes Projektteam in
Kassel mit der Installation von sechs Warmumformlinien, bestehend aus
Pressen, Rollenherdöfen und Robotern. Mit dem Modellanlauf des Passat
im Herbst 2004 fiel dann der Startschuss für die Serienproduktion von fast
einem Dutzend warm umgeformter Bauteile pro Fahrzeug. Dazu gehören
höchstfeste Strukturteile der Fahrgastzelle wie die B-Säule, der Tunnel
sowie der „Hockeyschläger“, wie die Seitenwand innen oben werksintern
genannt wird. Die tägliche Fertigungsmenge entspricht dem Teilebedarf
für rund 2 000 Passat (Limousine und Variant). Adressaten der Bleche sind
die Montagestandorte Emden und Mosel in Sachsen. Die Kasseler sind
stolz auf die Warmumformlinien, auch wenn sie nur einen geringen Teil
der Gesamtproduktion ausmachen — insgesamt verarbeitet das Presswerk
in Kassel circa 1 300 Tonnen Stahlblech am Tag für verschiedenste VW
Modelle. Der Zeitplan war straff. Dennoch: Der Mannschaft gelang es
nicht nur, die gesamten Anlagen pünktlich aufzubauen — elf Monate nach
Projektstart verließ das erste Teil die Formhärteanlagen. Und auch die
Serienproduktion mit 15 Schichten pro Woche verlief bisher ohne Probleme.
Verschleißfreier Beschnitt mit Laser Doch die Warmum­
formung war nur der erste Schritt zur Lösung. Als weitere Klippe muss­
te der hohe Werkzeugverschleiß beim Beschnitt nach der Umformung
umschifft werden. Denn die Beschnittwerkzeuge sind den ausgehärteten
Blechen nicht immer gewachsen. Vor allem bei engen Konturen und
Schnitten kommt das mechanische Beschneiden nicht in Frage. Im VW-
Auf der harten Tour
Hoch- oder höchstfest wird der Stahl erst bei der Verarbeitung: Der „weiche“ Stahl wird in Coils angeliefert (1) und zu Platinen geschnitten (2). Ein Ofen erhitzt diese auf 900 °Celsius (3). Damit der Stahl
die Temperatur hält, kommt es auf dem Weg zur Presse auf jede Sekunde an (4). Die Umformpresse
kühlt das Bauteil schlagartig auf 170 °Celsius herunter (5), das Kristallgitter springt um. Ab jetzt ist das
Werkstück höchstfest und die mechanische Bearbeitung eine Herausforderung. Der Laser (6) ist deshalb
von hier an ein ideales Werkzeug (siehe nächste Seite).
12
1
2
Thema
VW gehört zu den Vorreitern
bei höchstfesten Stählen.
Also mussten die Wolfsburger
sich früh den Kopf über die
Verarbeitung zerbrechen.
In der tragenden Struktur
der Karosserie versteifen
höchstfeste Stähle vor
allem die Fahrgastzelle
– hier beim VW
Passat.
3
4
< 900 °C
geschnitten werden, können wir schnell und ohne großen Aufwand än­
dern. Beispielsweise, indem wir einen Schnitt verlegen oder ein zusätz­
liches Loch einbringen.“ Gute Erfahrungen mit dem Schneiden höchst­
fester Stähle hat auch Martinrea Fabco Hot Stampings gemacht — ein
Detroiter Tochterunternehmen des führenden amerikanischen Automo­
bilzulieferers Martinrea International. Flavia DeVeny, Technik-Vorstand
von Martinrea: „Das Detroiter Werk schneidet mit mehreren Fünfachsan­
la­gen Blechteile mit engen Toleranzen in gleichbleibend hoher Qualität
und beliefert damit Automobilhersteller in Nordamerika.“
Die Anforderungen der Automobilhersteller sind bekannt. Hinsicht­
lich der Bauteilgenauigkeiten sind Werte zwischen minus null und drei
Millimeter gefragt. Sollen die Teile nach dem Laserschneiden gefügt wer­
den oder sind kritische Toleranzen im Hinblick auf die Gesamtmaße der
Fahrzeugkarosserie zu berücksichtigen, verkleinern sich die Toleranzen
auf bis zu plusminus 0,4 Millimeter. Die hohe Genauigkeit eignet sich
hervorragend für das anschließende Fügen mit Lasern. Und das bietet bei
5
6
Illustration: Gernot Walter
Werk Kassel wusste man darauf ebenfalls eine Antwort: Laserschneiden.
Egal, wie fest das Material ist, der Laser schneidet immer verschleißfrei.
Volkswagen inves­tier­te in Kassel bislang in 17 Laserzellen für 3D-Bear­
beitung vom Typ LASER­CELL 1005. Die vorerst letzte dieser Anlagen, die
im Dreischichtbetrieb laufen, stellte TRUMPF im April 2005 auf. „Wei­
sen die Stähle Festigkeiten von bis zu 1 500 Megapascal auf, gibt es zum
Laserschneiden gegenwärtig kaum wirtschaftliche Alternativen“, betont
Ulrich Schlennstedt. „Zumal dabei auch die Investitionen in teure Stanzund Schneidwerkzeuge sowie die zur Produktion erforderlichen Pressen
entfallen.“
Deshalb ziehen die 3D-Laserschneidanlagen zurzeit in die Serienferti­
gung von Karosserieblechen ein. Bisher war hauptsächlich ihre Flexibilität
gefragt, die sie in erster Linie bei Prototypen und für Kleinstserien-Fahr­
zeuge ausspielten. Zwar steht bei den höchstfesten Stählen der verschleiß­
freie Schnitt im Vordergrund, aber Schlennstedt sieht in der Flexibilität
des Lasers einen erwünschten Nebeneffekt: „Bauteile, die mit dem Laser
170 °C
13
Thema
höchstfesten Stählen, metallurgisch betrachtet,
ebenfalls Vorteile. Wichtig: Schneidgeschwindig­
keit und Laserleistung müssen der Art und Di­
cke des jeweiligen Materials angepasst werden.
Andernfalls ist mit Rauheit, Gratbildung oder
Einbränden zu rechnen. Oder damit, dass das
Material gar nicht ge­trennt wird. Hier hel­fen
Technologiedaten der Maschinen und das Wis­
sen der Applikations­spezialisten von TRUMPF.
Wo gehärteter Stahl auf höchstfesten Stahl trifft, ist der Werkzeugverschleiß extrem hoch.
Nicht so beim Laserschneiden.
Wettstreit der Technologien Trotz
Ansprechpartner:
TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH,
Klaus Löffler, Telefon: + 49 (0)7156 303-962,
[email protected]
14
Was zählt Geht es um höchstfeste Stähle, greift die Industrie zunehmend
zum Laser. Vier Punkte sind zu beachten.
Verschleiß
In Anbetracht der Zugfestigkeit der Stähle ach­­
ten potenzielle Anwender zunächst auf hohe
Standzeiten. Die werden, im Gegensatz zu me­
chanischen Trennverfahren, mit dem Laser
er­zielt. Als optisches, berührungslos ar­­bei­ten­
des Werkzeug hat der Laser in dieser Frage ent­
scheidende Vorteile. Zumal der Schmelz­punkt
„normaler“ und höchstfester Stäh­le fast iden­
tisch ist.
Zykluszeit
Ein Nachteil des Laserschneidens gegenüber
stan­zenden Verfahren ist die geringere Ge­
schwin­­digkeit. Die lässt sich aber erhöhen. Das
zeigt sich beispielhaft an den 3D-Laser­be­ar­bei­­
tungs­maschinen der TruLaser Cell Serie 7000:
prozessseitig erfolgt die Beschleunigung durch
fliegendes Ein­stech­en mit Sensorunterstützung
und Hoch­­ge­schwin­digkeitsschneiden mit Plas­
ma. Systemseitig durch eine Steigerung der
Ma­schi­nen­leistung und durch mehr Dynamik
aufgrund geringerer zu bewegender Massen.
Verfügbarkeit
Ein weiterer wesentlicher Faktor ist eine hoh­e
Verfügbarkeit des Systems. Die im Einsatz tau­
send­fach be­währten Laserschneidanlagen sind
sehr zu­ver­lässig. Allein schon deshalb, weil sie
be­rüh­rungs­­los ar­­beiten und daher keine groß­
en Kräf­­te aufnehmen müssen. Auch die Strahl­
quel­le selbst bietet höchste Verfügbarkeit. Ein
zu­sätz­lich­es Argument ist die TRUMPF Ma­
gnet­­kupplung zwischen der Optik und der
B-C-Achse. Sie minimiert bei einer Kolli­sion
den Schaden an der Maschine und somit die
Aus­fallzeiten.
Materialfluss
Auch ein schlüssiges Materialflusskonzept ist
er­­forderlich. Hierzu gehört insbesondere ein
Rotationswechsler. Mit dessen Hilfe kann der
zweiteilige Arbeitstisch der Laserzelle haupt­
zeit­­paral­lel von einer Position aus entladen und
mit dem nächsten Bauteil bestückt werden. Das
Handling am Rotationswechsler ließe sich zu­
dem mit­hilfe eines Roboters auto­matisieren.
Abbildungen: Seite 10 – 11 Stahl-Werk; Seite 12 – 13 Martinrea Fabco, Volkswagen AG; Seite 14 Martinrea Fabco
der vielen Vorteile ist auch die Lasertechnik un­
ter Druck. Der Markt will kürzere Bearbeitungs­
zeiten, damit weniger Anlagen nötig sind. Der
Schlüssel zum Erfolg: Prozesse optimieren und
die Anlagen weiterentwickeln. Exemplarisch
hier­­für steht die Zykluszeit der B-Säule des
Passat. Die Spe­zialisten von TRUMPF und VW
konnten hier die Schneidzeiten erheblich ver­
bessern. Dabei bieten die neue Prozesstechnik
des 3D-Hochge­schwindigkeits-Laserschneidens
mit Plasma und die größere Dynamik der neu­
en TRUMPF Laser­zellen der TruLaser Cell Serie
7000 die Basis für noch schnellere Bearbeitung.
Durch den Erfolg der Kasseler macht der Ein­
satz von Laseranlagen in Presswerken Schule.
Die Zufriedenheit von Volkswagen schwappte
auch auf Audi über. Das Unternehmen investier­
te in Ingolstadt für die nächste Generation des
Audi A4 in die neuen TRUMPF Anlagen für
hoch­­feste Bauteile. Aber auch die Hersteller me­
cha­nischer Werkzeuge ruhen nicht. Folglich
kön­nen sich die Verarbeiter höchstfester Stähle
auf einen weiteren spannenden Wettbewerb der
Tech­no­logien freuen. Denn: Während einerseits
da­ran gearbeitet wird, die Standzeiten der mecha­
nischen Werkzeuge zu verlängern, steigern ande­
rerseits die Laseranlagen das Tempo und punk­
ten durch Flexibilität.
STATEMENT
Dr. Arden L. Bement, Jr.,
Geschäftsführer der National
Science Foundation.
Zukunft braucht
Ingenieure
Ingenieure haben unsere heutige Gesellschaft maßgeblich mit aufgebaut. Dr. Arden L. Bement, Jr.,
plädiert für eine gute Ingenieurausbildung, als eine strategische Säule, auf der die Zukunft aufbaut.
Bildung ist der Schlüssel zur Wettbewerbsfähigkeit im Weltmarkt — gerade an­
gesichts der großen globalen Unterschiede in Wirtschaft, Technologie und Bildungs­
wesen. Alle Völker, unabhängig von ihrem Entwicklungsstand, haben erkannt, dass
Bildung die wichtigste Ressource ist, um wettbewerbsfähig zu sein. Sie wissen, dass
sie der Ausbildung im Ingenieurwesen und den Naturwissenschaften höchste Prio­
rität einräumen müssen. Dafür gilt es, Talente zu gewinnen — in allen Bevölkerungs­
schichten, unabhängig von Herkunft und Geschlecht. Es ist unverantwortlich, diese
wertvollen Talente zu ignorieren. Ingenieure und Naturwissenschaftler waren immer
bereit, Veränderungen aktiv aufzugreifen. Denn wenn sich Rahmenbedingungen ver­
ändern, müssen Wissenschaft und Forschung folgen. Genauso müssen wir alle bereit
sein, demografische und kulturelle Veränderungen anzunehmen. Dies wird zu einer
Frage des Überlebens aller Nationen.
Die Laufzeiten von der Forschung bis zum fertigen Produkt verkürzen sich immer
schneller. Dreh- und Angelpunkt dieses Prozesses ist das Leistungspotenzial der Inge­
nieure. Kritisch für diesen Prozess sind die effektive Aus- und Weiterbildung. Dabei
müssen sich Methoden, Pädagogik und Bildungsinhalte so schnell wie der globale
Kontext ändern. Denn Gegenwart und Zukunft sind und werden geprägt sein von
großer Tatkraft, Dynamik und begeisterndem Engagement. Wettbewerbsfähigkeit im
globalen Maßstab erfordert ein schnelles Time-to-Market. Die neue Generation von
Ingenieuren muss deshalb in der Lage sein, schnell, disziplinübergreifend und um­
fassend über geografische, fachliche oder wirtschaftliche Grenzen hinweg zu denken.
Erleichtert wird ihnen dies durch höhere Computerleistungen und schnelle Netze.
Doch von jungen Ingenieuren wird darüberhinaus erwartet, bereichsübergreifend zu­
sam­menzuarbeiten, auch mit Stabstellen, Transport, Fertigung und Finanzen. Und nicht
zuletzt müssen Ingenieure sowohl global als auch lokal denken können. Es mag seltsam
anmuten, dass die Zusammenarbeit mit Wettbewerbern eine gewinnbringende Strate­
gie sein könnte. Ich glaube jedoch, dass gerade Kooperation
die notwendige Voraussetzung schafft, um unterschiedliche
Branchen, Disziplinen und Kulturen zu verstehen.
Die jungen Ingenieure von morgen müssen sowohl in
Na­tur­wissenschaften als auch in Geisteswissenschaften gut
aus­ge­bildet sein. Denn soziale Kompetenz und das Wissen
um ge­sell­schaftliche Zusammenhänge wird in einer, in all
ihrer Unterschiedlichkeit, zusammenrückenden Welt immer
wichtiger. Dieses Wissen bereichert das Ingenieurwesen und
ist beileibe keine Verwässerung der Kernkompetenzen. Denn
junge Ingenieure brauchen diese Fähigkeiten, um umsichtige
und effektive Führungskräfte in der neuen globalen Ökono­
mie zu werden. Ingenieure waren die Treiber der Zivilisations­
entwicklung — und sie werden weiterhin den besten Ideen
Struktur und Form geben. Sie werden die Architekten und
Erbauer des 21. Jahrhunderts sein. Wir müssen sichergehen,
dass die Ingenieurausbildung junge Talente mit den nötigen
Fähigkeiten und Fertigkeiten ausstattet. Diese Aufgabe ob­
liegt nicht nur der Verantwortung von Regierungen, Univer­
sitäten oder privaten Unternehmen. Dies ist eine globale Her­
ausforderung und Mission für alle Ingenieure — für junge
wie für alte.
Informationen:
National Science Foundation, USA, www.nsf.gov
15
Report
Auf Wachstum programmiert
Joining Technologies expandiert mit Lasertechnik, denn Scheibenlaser leisten mehr als Elektronenstrahlen.
Der US-amerikanische Job-Shop erschließt sich so neue Märkte.
„Wir haben ambitionierte Wachstumsplä­
ne für die kommenden 12 bis 24 Monate.“ Es
ist bald zwei Jahre her, dass Michael Francœur,
Geschäftsführer von Joining Technologies, über
die Zukunft seines Unternehmens laut nach­
dachte — eines Job-Shops und Zulieferbetriebs
mit Sitz in East Granby in Connecticut, USA.
Zertifiziert nach ISO und AS 9100 und auf das
Präzisionsschweißen von Miniatur- und Mikro­
teilen spezialisiert, setzte sich Joining Technolo­
gies das Ziel, mit Instandsetzungsaufträgen aus
der Luft- und Raumfahrt einen neuen Markt
zu erschließen. Heute sind diese Pläne in die
Tat umgesetzt. Der Schlüssel zum Erfolg: die
In­betriebnahme eines Zwei-Kilowatt-Scheiben­
lasers im Juni . „Wir haben den TRUMPF
Scheibenlaser HLD 2 gekauft, weil wir das
16
Neueste in der Lasertechnologie haben woll­
ten“, sagt Dave Hudson, President von Joining
Technologies mit über  Jahren Expertise in der
Fertigungstechnik. „Dieser Laser ist wie für uns
gemacht.“
Im Werk in East Granby sind derzeit zwei
Ar­beitsstationen an den Scheibenlaser angebun­
den. Eine davon ist für Instandsetzungsaufträge
aus der Luft- und Raumfahrt bestimmt. „Wir
nutzen den Scheibenlaser zusammen mit einem
speziellen System für die drahtbasierte Ober­
flächenaufbereitung von Luftfahrtkomponen­
ten“, erläutert Hudson. „Der Laser hat es uns
er­möglicht, wie geplant in den Markt für In­
standsetzungen und Reparaturen einzusteigen.“
Der Scheibenlaser bietet den Spezialisten von
Joining Technologies ganz neue Perspektiven:
Links: Gehäuse für
Druck schalter vor dem
Präzisionsschweißen.
Rechts: Dave Hudson,
President von
Joining Technologies:
„Der Scheibenlaser
erhöht unsere
Kapazität für die
Feinbearbeitung“.
„Wir nutzen den neuen Scheibenlaser für die drahtbasierte
Aufbereitung von Komponenten aus der Luftfahrt.”
Sie experimentieren mit Luft fahrtkomponen­
ten aus Hochleistungslegierungen wie Titan,
Waspaloy und Inconel. Hauptsächlich für For­
schungs­ und Entwicklungszwecke im Auftrag
von Flugzeugbauern und ­zulieferern wie Boing
oder Pratt & Whitney hat das Unternehmen
knapp 420 Quadratmeter zusätzlichen Platz
geschaffen. „Neue Triebwerksteile sind in der
Luft­ und Raumfahrt extrem teuer“, erläutert
Hudson. „Die Fluglinien bemühen sich ständig,
die Kosten zu reduzieren, deshalb ist dies ein
wichtiger Markt für uns.“
Neue Stärken für neue Märkte
Ein
großes Plus für Joining Technologies: „Es hebt
uns stark von anderen Zulieferbetrieben ab, dass
wir über eine so hoch entwickelte Lasertechno­
logie verfügen.“ Der neue Scheibenlaser, der
auch eine Vierachsarbeitsstation mit Laserlicht
versorgt, ermöglicht tiefe Einschweißungen, die
sonst eine Elektronenstrahl­Schweißanlage er­
ledigen müsste — ein Prozess, der länger dauert
und teurer ist. Mehr noch: „Der Scheibenlaser
ist viermal leistungsfähiger als unser stärkster
gepulster Nd:YAG­Laser“, sagt Hudson. „Wir
können also tiefer einschweißen und das bei
kleineren wärmebeeinflussten Zonen. Mit dem
Scheibenlaser können wir also auch Laser­
schweißarbeiten für Medizintechnik und Senso­
rik durchführen, genauso wie für beliebige Bran­
chen, die präzise Schweißarbeiten an kleinen,
empfindlichen Bauteilen durchführen.“
Zusammengefasst erlauben die Vorteile des
Scheibenlasers, so Hudson, ein breiteres Spek­
trum an Aufträgen abzudecken — und das sehr
wettbewerbsfähig. „Der Einsatz des Scheiben­
lasers vergrößert den Überlapp zwischen dem
Elektronenstrahl­ und dem Laserschweißen mit
gepulsten Lasern. Er erlaubt mehr Energieeffi­
zienz, bessere Qualität und geringere Arbeits­
kosten. Das alles sind wichtige Bestandteile un­
serer Strategie“, so Hudson.
Zu dieser Strategie gehören neben dem Enga­
gement für neue, aufkommende Technologien
auch strategische Partnerschaften. „Wir betrach­
ten TRUMPF als wichtigen Partner“, betont
Hudson. „Unser Bestreben ist es, auch über
bestehende Grenzen in der Fügetechnik hinaus
kreative Lösungen zu fi nden.“ Das Engagement
in der Oberflächenbearbeitung soll ausgebaut
werden — und zwar mit Pulvertechnologie. Hud­
son: „Wir hoffen, das pulverbasier te Auft rag­
schweißen innerhalb eines Jahres bei uns im
Haus zu haben.“ Außerdem soll eine voll inte­
grierte Roboterstation installiert und an den
Scheibenlaser angebunden werden.
Lasertechnologie wird kontinuierlich an
Bedeutung gewinnen. „Wir sehen, dass der La­
ser immer mehr auch dort zum Einsatz kommt,
wo traditionell der Platz für das Elektronen­
strahlschweißen war“, resümiert Hudson. „Wir
haben klar erkannt und bewusst entschieden:
unser Geschäft bauen wir mit der Lasertechnik
weiter aus.“
Ansprechpartner: Dave Hudson, Tel.: +1 806 635 0111-237,
[email protected], www.joiningtech.com
17
RepoRT
Lehrstunde mit
Knochenbrüchen
Chirurgen lernen ihr Handwerk an den künstlichen Knochen der Schweizer Firma SyNBoNE.
Vorher beschriftet die ARGo Werkstätte Davos die geschäumten Rohlinge mit dem Laser.
Knochen brechen zum Training Was brutal klingt,
Künstliche Knochen im Finishing: links die Bohrlehre für die Marknagelung,
rechts die Beschriftung im VectorMark compact.
Matthias Fischer von der ARGO Stiftung Bündnerische
Werkstätten und Wohnheime für Behinderte hält einen Ober­
schenkelknochen in der Hand. Der lange Knochen hat einen
sauberen Bruch kurz über dem Gelenk: „Nicht nur Chirurgen
benutzen Knochensägen — wir auch“, sagt er. Bloß die einge­
laserte Zahl auf der Seite verrät, dass es sich nicht um einen
echten Knochen handelt. Matthias Fischer: „Natürlich kön­
nen wir nicht für alle Frakturen in den Kunststoffk nochen
die Säge benutzen. Wir haben auch andere spezielle Hand­
werkzeuge, mit denen wir die Knochen auf jede erdenkliche
Art ‚brechen‘ können.“
18
hat einen sehr humanen Hintergrund: Die Firma SYNBONE
AG in Malans produziert und vermarktet menschliche und
tierische Knochen aus Polyurethan und ist der zweitgrößte
Hersteller künstlicher Knochen weltweit. Allein 200 hat
SYNBONE 135 000 Knochen aus Polyurethan hergestellt, an
denen Chirurgen oder Tierärzte ihr Können in der Praxis
trainieren. Die wirklichkeitsgetreu angebrachten Frakturen
simulieren dabei typische Verletzungen. Thomas Parkel, Ge­
schäftsführer von SYNBONE: „Wir stellen richtige Trainings­
modelle her — also nur Knochen, die sich Menschen oder
Tiere brechen können.“
Die gewünschten Frakturen an den künstlichen Knochen
konfektionieren die Mitarbeiter der ARGO Werkstätte in
Davos. Außerdem verputzen, entgraten, montieren und be­
schriften sie die geschäumten Rohlinge aus Malans in der
Schweiz. Und das alles bereits seit Gründung der SYNBONE
AG im Jahr 1988.
Jedem Knochen seine Nummer „Sehr wichtig für
uns ist die Rückverfolgbarkeit unserer Knochen“, sagt Tho­
mas Parkel. „Somit wissen wir bei Rückfragen immer, um
welchen Knochen es sich handelt und wann er hergestellt
wurde. Alle unsere Produkte sind daher beschriftet — vom
Fußmodell bis zum Schädel.“ Bis zum Frühjahr 200 mar­
Der ganze Oberschenkelknochen kurz
vor dem Bruch: So sehen die markierten
Polyurethan-Knochen aus, bevor sie
bei ARGO mit der Knochensäge oder
anderen speziellen Werkzeugen
„gebrochen“ werden.
19
Report
Die Mitarbeiter der ARGO konfektionieren die künstlichen Brüche an den Polyurethan-Knochen sorgfältig mit Werkzeugen wie einer Säge
oder auch Hammer und Meißel (links). An solchen Frakturbeispielen üben Anfänger, Bohrlöcher oder Implantate richtig zu setzen (Mitte).
Ebenso wie Schädel oder Oberschenkelknochen werden sie im Modell- und Musterarchiv gelagert (rechts).
„Sehr wichtig für uns ist die Rückverfolgbarkeit
unserer Knochen. All unsere Produkte sind daher
beschriftet — vom kleinen Zeh bis zum Schädel.“
kierte SYNBONE die Knochen selbst mit dem sität des Farbumschlags ist die Leistungsdichte
herkömmlichen InkJet-Verfahren. Gravierender des Laserstrahls verantwortlich. Und die muss
Nachteil dieser Methode: Die Tinte verwischte bei jedem Kunststoff exakt eingestellt werden.
oft sofort auf der Knochenoberfläche und den Für Polyurethan gab es bis dato noch keine in­di­
dort haftenden Trennmittelresten aus der Pro­ viduelle Parametrisierung. Erst die Spezialisten
duktion. Mit diesem Problem wandte sich SYN­ des TRUMPF Applikationslabors in Grüsch er­
BONE an die ARGO in Davos. Denn die Werk­ mittelten sie anhand einer Testmatrix. Im April
stätte nutzte schließlich bereits seit vier Jahren 2006 war es dann soweit. Seither beschriftet
die Laser­technik, um Metalle und verschiedene ne­ben dem VectorMark compact 3 auch ein
Ar­­ten von Kunststoff zu beschriften. „Warum neuer VectorMark compact 5 in einer Work­
also nicht auch künstliche Knochen ?“, fragte station VWS 800 die künstlichen Knochen:
sich der Leiter der ARGO Werkstätte Davos, Al­ als Farb­umschlag mit leichtem Aufschäumen
fred Meier.
— völlig wischfest. Die gute Strahlqualität des
Laserstrahls und die integrierte Defokussierung
Spezialfall Polyurethan Ganz so einfach machen ein gleichbleibend klares Schriftbild mö­­
war es dann doch nicht: Die Hitze des Laser­ glich: Selbst Höhenunterschiede im Poly­ure­than
strahls erzeugt den Farbumschlag im Material, von bis zu zwölf Millimetern gleicht der Laser­
der als Markierung zu sehen ist. Für die Inten­ strahl so aus.
Anfassen erlaubt Thomas Parkel ist zu­
frieden: „Sogar bei unseren Topmodellen, die
durch viele Hände gehen — den Röhrenknochen
wie Oberschenkel und Oberarm —, verwischt die
Beschriftung nicht mehr. Über Jahre hinweg
bleibt das Schriftbild so schön wie am ersten Tag.
Und zwar egal, wie viele Chirurgen, Tierärzte
oder biomechanische Labore an diesen Knochen
ihre Übungen durchgeführt haben.“
Ansprechpartner: ARGO Stiftung Bündnerische
Werkstätten und Wohnheime für Behinderte,
Alfred Meier, Telefon: +41 (0)81 410 60 10,
alfred.meier@ argo-gr.ch, www.argo-gr.ch
SYNBONE AG, Thomas Parkel, Telefon:
+41 (0)81 300 02 80, [email protected],
www.synbone.ch
Lehrstunde am künstlichen Objekt
Neben „gesunden“ Knochen stellt die Firma SYNBONE auch künstliche geschädigte Knochen
her, die beispielsweise Osteoporose simulieren. An ihnen können Chirurgen in der Praxis
üben, welche orthopädischen Behandlungsmöglichkeiten es für die verschiedenen Frakturen
und Knochenzustände gibt. Auch Tierärzte trainieren die Versorgung von Brüchen an den
Polyurethan-Knochen.
20
Report
Bei der Fertigung von
Maschinenständern, der
Basis aller ALLROUNDER,
verlässt sich ARBURG
auf die Technologie aus
dem Hause TRUMPF.
Solide Basis
Wer sich darauf versteift, seine weltweit erfolgreichen Maschinen einzig und allein
im Schwarzwald zu bauen, muss verrückt sein — oder ein paar gute Gründe dafür haben.
Einer ist eine neue Fertigungszelle der Extreme.
Weltweit in 70 Ländern präsent, doch die
Produktion sitzt ausschließlich in Loßburg. Die
7 000-Seelen-Gemeinde liegt im Schwarzwald,
sechs Kilometer südlich von Freudenstadt. Für
den Maschinenbauer ARBURG bedeutet dieser
Standort Tradition und Moderne zugleich. „Der
einzige ARBURG-Produktionsstandort ist und
bleibt Deutschland“, kennzeichnet Produktions­
leiter Siegfried Finkbeiner die Vorgehensweise
des baden-württembergischen Maschinenbau­
unternehmens. Nicht dass man sich in den ver­
gangenen Jahren nicht anderswo umgeschaut
hätte — in China oder in Indien. Aber immer
kam das ARBURG-Management zum selben
Schluss: „Lieber investieren wir in eine wirklich
moderne Fabrik in Loßburg, die wir immer wei­
ter entwickeln können, als dass wir im Ausland
Kompromisse eingehen müssen.“ Die Frage, was
ein erfolgreiches Unternehmen ausmacht, be­ant­
worten die Unternehmensleitsätze von ARBURG
entsprechend mit „Technologieführer­schaft und
Innovationsbereitschaft“, nebst flexi­­bler, kun­
denorientierter Organisation und mo­­tivierten
Mit­arbeitern.
Massives Fundament Die ständige Su­
che nach Innovation betrifft auch die Produk­
tion der Kunststoff-Spritzgießmaschinen ALL­
ROUN­DER, für die der Name ARBURG seit über
50 Jahren steht. In dieser Zeit hat sich das Unter­
21
Report
Auf der neuen Anlage: Michael Lemke prüft die Lage der beiden Rohteile.
Wolfgang John, Abteilungsleiter Spanlose Fertigung (links) und
Bei laufender Produktion übernimmt dies dann die Kamera.
Siegfried Finkbeiner, Bereichsleiter Produktion, wollen mit der neuen
Technik den Standort Loßburg international konkurrenzfähig halten.
„Eine Kamera vermisst Größe und Verlauf des Spalts zwischen den beiden Blechen.
So kann der Laserstrahl anschließend genau dieser Naht folgen.“
nehmen zu einem weltweit führenden Hersteller
entwickelt. Die Spritzgießmaschinen von AR­
BURG sind lange Kolosse, die mechanisch eines
gemeinsam haben: Sie ruhen auf U-förmigen,
drei bis fünf Meter langen Maschinenständern,
die in der Vergangenheit in einem Stück aus vier
bis acht Millimeter dicken Stahlblechen gefer­
tigt wurden. Um solche Ungetüme bearbeiten
zu können, nutzte ARBURG eine TRUMPF
Stanz­maschine, die aus zwei miteinander ver­
bundenen TRUMATIC TOP 300 mit einem ge­
meinsamen Portallader und einer gemeinsamen
Steuerung bestand.
„So tat diese Fertigungszelle seit 1983 ihren
Dienst“, sagt Siegfried Finkbeiner. „Doch um
die Jahrtausendwende zeichnete sich ab, dass
eine neue Lösung hermusste, um diesen Teil der
Produktion zu modernisieren.“ Denn die Bleche
in den von ARBURG benötigten Größen wa­
ren Sondermaße und damit entsprechend teuer.
„Außerdem arbeitete die rund 20 Jahre alte Ma­
schine für heutige Verhältnisse recht langsam“,
sagt Finkbeiner. Im Frühjahr 2003 fiel die Ent­
scheidung, das altgediente TOP-300-Duo durch
eine neue Systemlösung zu ersetzen. Um sich
22
von den Sondermaßen des Materials unabhängig
zu machen, sollten die Maschinenständerplati­
nen künftig aus zwei oder drei Blechen bestehen,
die ein Laser verschweißt. Die Bleche müssen
da­zu an ihren Längsseiten zusammengefügt
wer­den, wobei die Rohteile trotzdem noch eine
beachtliche Größe haben. Den Auftrag konnte
sich erneut TRUMPF sichern.
Die neue Lösung Seit dem Spätsommer
2005 steht bei ARBURG nun die neue Fertigungs­
zelle. Dafür werden zwei Anlagen einge­setzt:
die kombinierte Stanz-Laser-Maschine TRU­MA­
TIC 6000 LASERPRESS, eine Standard-Werk­
zeug­­maschine in Maximalausführung mit allen
Zusatzkomponenten, und eine spezielle Laser­
anlage zum Schweißen und Schneiden mit CO2Laser. „Auf ihr können wir Bleche mit Dimen­
sionen von max­­imal 1,6 mal 4,8 Meter bearbeiten,
die bis zu acht Millimeter dick sind“, sagt Fink­
beiner. Die größten Rohteile bringen es damit
auf knapp 500 Kilogramm. Zur Anlage gehört
ein Beladepor­tal, das die Bleche aus der Lager­
kassette entnimmt und der Werkzeugmaschine
auf einem fahrbaren Wa­gen bereitstellt. Der
TRUMPF Sheetmaster greift sich von dort die
Bleche einzeln und führt sie der Kombimaschi­
ne zum Stanzen und Lasern zu. Anschließend
legt er die Bleche auf einem zwei­ten Wagen des
Beladeportals ab. Während der Sheetmaster be­
reits ein neues Rohblech zur TRUMATIC 6000
LASERPRESS bringt, fährt der zweite Wagen
das bearbeitete Blech zur Schweiß­anlage. Dort
kommt es auf einen ver­fahrbaren Spanntisch zu
liegen, auf dem es auto­matisch ausgerichtet und
magnetisch gespannt wird. Zunächst schneidet
der Laser einen schma­len Längsstreifen ab, da­
mit es eine de­finierte Schweißkante gibt. Das
Pro­zedere wie­derholt sich entsprechend mit dem
zweiten Blech und bei Bedarf auch mit einem
dritten, schließ­lich bestehen die Maschinenstän­
der aus bis zu drei Teilen.
„Die Bleche werden nach der Vorbereitung
der Kante entlang ihrer Längsseiten zusammen­
geführt“, erläutert Finkbeiner. Eine am Bearbei­
tungskopf angebrachte Kamera vermisst zu­
nächst Größe und Verlauf des Spalts zwischen
den Blechen. Dies stellt sicher, dass die Bleche
richtig zueinander ausgerichtet und gespannt
sind. So kann der Laserstrahl dann dem Spalt
Report
Vom Blitzlicht
zur Spritzgiessmaschine
XXL-Fügetechnik: Die Anlage schweißt acht Millimeter starke Bleche mit maximal
1,6 mal 4,8 Metern Kantenlänge und jeweils bis zu einer halben Tonne Gewicht.
von maximal 0,1 Millimeter genau folgen. In
ei­­nem ersten Arbeitsgang werden die Bleche
zu­­nächst geheftet, mit einer Schweißnaht von
einem Millimeter Tiefe. Bei der anschließenden
Tief­­schweißung können sich so die Teile nicht
mehr verziehen. „Das eigentliche Schweißen ist
der letzte Arbeitsschritt in der Fertigungszelle“,
er­läutert Finkbeiner.
Fink­beiner, „konnten wir die Durchlaufzeiten
für die Maschinenständerplatine gegenüber der
alten Anlage um 35 bis 40 Prozent verkürzen.“
Ein nicht zu unterschätzender Zeitgewinn, denn
an je­der Spritzgießmaschine, die das ARBURGWerk ver­lässt, ist die neue Fertigungszelle be­
teiligt. In der neuen Anlage spiegelt sich auch
die ARBURG-Phi­losophie der Komplettbearbei­
tung wider: Statt Werkstücke zwischenzulagern,
Besonderer Nervenkitzel­ Spannend strebt der Ma­schinenbauer — soweit möglich —
wur­de die Umstellung von Alt auf Neu. „Wir einen kontinu­ierlichen Fluss des Werkstücks an.
hatten nicht den Platz, um die neuen Maschinen „Da­durch haben wir weniger Arbeitsgänge und
auf­zubauen, bevor die alten stillgelegt waren“, we­ni­ger Liegezeiten“, erklärt John. „Und das ver­
sagt Finkbeiner. Im Spätsommer 2005 musste kürzt wiederum unsere Durchlaufzeiten und er­
daher alles Hand in Hand gehen: Abbau der alten höht die Genauigkeit.“ Gute Voraussetzungen,
Anlage, Renovierungsarbeiten, Aufbau der neu­ um die Versprechen einer Maschine zu halten,
en Anlage, Inbetriebnahme. „Insgesamt hatten die den Namen ARBURG trägt.
wir sechs Wochen Zeit, fünf haben uns letzt­lich
gereicht. Nicht zuletzt, weil TRUMPF vor­ab alle
Informationen: www.arburg.com
Schweiß- und Schneidprozesse eingefah­ren hat“,
resümiert der Produktionsleiter.
Ansprechpartner:
Die neue Anlage läuft nun im Dreischichtbe­ TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
trieb, sieben Tage die Woche — voll automatisiert. Jürgen Metzger, Telefon: +49 (0)7156 303-6194,
Nachts und an Wochenenden ist nur jemand zu­ [email protected]
gegen, wenn es Störungen gibt. „Mit ihr“, so
Das international agierende Fa­mi­­
lien­unternehmen ARBURG ist
Spezialist für Spritzgießmaschinen
und gehört zur Weltspitze.
So klangvolle Namen wie Lego,
Bang & Olufsen, Playmobil und
Nokia zählen zu den Kunden des
Maschinenbauers, der 2005 einen
konsolidierten Umsatz von 307 Milli­onen Euro erwirtschaftete.
Begonnen hat alles 1923, als
Arthur Hehl in Loßburg ein Unter­
nehmen gründete, das 1943 in
ARBURG — ein Kunstwort aus
Arthur und Loßburg — umfirmierte. ARBURG baute damals Blitz­
licht­geräte; das Kunststoffspritzgießen kam erst in den 50er-Jahren ins Spiel. 1956 nahm die Firma
die Serienproduktion von Spritzgießmaschinen auf und konzen­
trierte sich bald ausschließlich auf
dieses Geschäftsfeld.
ARBURG beschäftigt weltweit
knapp 2 000 Mitarbeiter, rund
1 650 am Stammsitz in Loßburg.
Das Durchschnittsalter der Be­leg­
schaft von rund 38 Jahren ist
ein Beleg für das rasante Wachstum des Unternehmens — die
durch­schnittliche Betriebs­zu­ge­
hörigkeit von 13,3 Jahren ist
ein Zeichen für die Verbundenheit
der Mitarbeiter.
23
Der Blick unter die harte Haut eines
Cool-Tool-Werkzeugs zeigt, wie
sich die Kühlkanäle der Werkzeuggeometrie anpassen.
Heiße Presse
mit kaltem Herz
Von Prof. Ralf Kolleck
Eine alte Idee aus dem Werkzeugbau. Eine neue Technik aus
der Laserbearbeitung. Ein Team
der universität Graz zählt eins
und eins zusammen. unter dem
Strich: eine Kostenrevolution.
Früher hatten Schmiede noch Zeit: Stundenlang hämmerten sie auf das glühende Metall, um
daraus Messer, Sensen oder Hufeisen zu schmieden. So viel Geduld haben Automobilhersteller
heute nicht mehr. Ihre hochfesten Karosseriebleche aus borlegiertem Stahl fahren mit rund
900 °Celsius in die Tiefziehpresse und verlassen diese wenige Sekunden später umgeformt und
auf 170 °Celsius abgekühlt.
Kühlkanäle für das Werkzeug — aber wie ? Das Werkzeug kühlt das Werkstück:
Während des Umformprozesses fließt Kühlwasser durch Kanäle im Presswerkzeug und trans­
portiert die Wärme ab. Je genauer die Kanäle sich an die Werkzeuggeometrie anpassen, desto
schneller läuft der Prozess. Und genau darin liegt das Kernproblem des ganzen Fertigungs­
prozesses, das an der Technischen Universität Graz mit der Arbeit an gekühlten Werkzeugen
gelöst wird. Denn mit Bohrern lassen sich nur gerade Röhren herstellen, keine kompliziert
gekrümmten. Und von dem naheliegenden Verfahren, Rohre in das Werkzeug einzugießen,
hatten sich die Werkzeugbauer verabschiedet. Guss hält einfach den Belastungen nicht stand.
Gemessen an den Standzeiten von Edelstahl verschleißen gegossene Werkzeuge fast von einem
24
sCienCe
Die Kühlung erhöht den Durchsatz und erspart dem Autohersteller
Fertigungskosten von mindestens zehn Prozent der Bauteilkosten.
Ziehvorgang zum nächsten. Also blieb lange Zeit
nichts anderes übrig, als komplette Stempel oder
Matrizen aus vielen, einzeln gebohrten Segmenten
zusammenzusetzen. Das ist teuer und ermöglicht
trotzdem nur sehr einfache Kühlsysteme.
Für das Forschungsteam der TU Graz war
der Ausgangspunkt wieder die Idee, Rohre in das
Werkzeug einzugießen. Zwar handelte das Team
sich ebenfalls die Schwächen ein, die Gusseisen mit
sich bringt. Doch hofften die Mitglieder auf eine
Technologie, die früheren Ingenieuren fehlte
— während die Gießtechnik das Problem der
Kühlleitungen perfekt löst.
Der Weg zum Cool Tool
Als Lei­
tungen für das Kühlwasser wurden genorm­
te Stahlrohre zu einem Röhrensystem ver­
schweißt. So können Werkzeugbauer künft ig die
Leitungen auf das Design des Werkzeugs abstimmen. In
dem Forschungsteam wurde dazu ein spezielles Simulationspro­
gramm weiterentwickelt. Es errechnet den Wärmefluss durch das Werk­
zeug und schlägt eine Anordnung für die Kühlkanäle vor, mit der sich
die Wärme später schnellstmöglich abtransportieren lässt.
Der Prototyp des neuen Cool Tool entstand in Zusammenarbeit mit
zwei Projektpartnern: Siempelkamp Gießerei in Krefeld und dem Dit­
zinger Laserspezialisten TRUMPF. Mit dem Werkzeug sollte die B­Säule
eines Autos gepresst werden. Schnitte durch das gegossene Werkzeug zei­
gen, dass die Idee aufgeht: Die Stahlrohre schmelzen beim Gießen nicht,
sondern verbinden sich gut mit dem verwendeten Sphäroguss. Erst ab Rohr­
durchmessern von über 20 Millimetern verschlechtert sich der Kontakt
zwischen Stahlrohr und Gusswerkstoff.
Die Vorteile liegen auf der Hand: Mit Normrohren, gebogenen Rohren
und Sphäroguss können sehr kostengünstige Materialien verwendet wer­
den, die sich einfach nachbearbeiten lassen und beliebige Kühlgeometrien
ermöglichen. Trotz der notwendigen Oberflächenbearbeitung ergibt das
in der Summe 40 Prozent geringere Kosten gegenüber einem Werkzeug
aus gebohrten Segmenten. Hinzu kommen noch die Vorteile im Prozess:
Weil Cool Tool die Wärme ideal abtransportiert, kühlen die Werkstücke
schneller ab. Üblicherweise dauert ein kompletter Zyklus des Presshär­
tens vom Schließen des Werkzeugs über die eigentliche Umformung bis
zur Abkühlung auf circa 170 °Celsius etwa 15 bis 25 Sekunden. Der letzte
Schritt, die Kühlung, kostet die meiste Zeit: 12 bis 20 Sekunden. Cool Tool
verkürzt diese Zeitspanne um mindestens zwei bis drei Sekunden. Das
klingt marginal, erhöht aber den Ausstoß der Produktionsstraße merk­
lich und erspart dem Autohersteller Fertigungskosten von mindestens 10
Prozent der Bauteilkosten.
Das gegossene Werkzeug muss härter werden Die ersten
Versuche zeigten, dass der Verschleiß des weichen Gusswerkzeugs ein
rei nes Oberflächenproblem ist: Nur die Kontaktfläche zum Blech nutzt
sich ab, der Körper des Werkzeugs behält seine Form. Deshalb wurde
von Anfang an nach einem Weg gesucht, die Oberfläche der gekühlten
Werkzeuge zu schützen. Und dabei faszinierte eine noch junge Laseran­
wendung: Laser Metal Deposition (LMD), Laser­Auft ragschweißen mit
Pulverdüse also. Ein Hochleistungs­CO2­Laser mit einer Wellenlänge
von 10, Mikrometern erzeugt auf der Oberfläche des Werkstücks ein
Schmelzbad, auf das eine ringfömige Düse Metallpulver aufsprüht. Das
Pulver — zum Beispiel eine Kobalt­Nickel­Basislegierung — schmilzt und
verbindet sich zu einer neuen, harten Oberfläche mit hoher Verschleißbe­
ständigkeit und niedrigen Reibwerten. Die Standzeit wird dadurch ver­
vielfacht. Das gilt selbst bei sehr kohlenstoffhaltigem Sphäroguss, wie er
für Cool Tool verwendet wird. TRUMPF hatte maßgeblichen Anteil an der
Entwicklung dieser Technologie und steuerte in dem Projekt Know­how
und die Anlage für das Laser­Auftragschweißen bei.
Der Laserstrahl mit 3 200 Watt wandert mit einem Meter pro Minute
über das Werkzeug und hinterlässt pro Durchgang eine etwa 1,5 Millimeter
breite und 0,5 Millimeter hohe Spur. Bei dem Prototypen für eine B­Säule
dauert das etwa 45 Minuten für vier Schichten von insgesamt zwei Milli­
metern Dicke. Höhere Laserleistungen können das Tempo entsprechend
steigern.
Ihren zusätzlichen Charme entfaltet diese Technik, wenn die Schicht
verschlissen ist: In einer Dreiviertelstunde lässt sich eine neue Verschleiß­
schutzschicht auflasern und das Werkzeug ist wieder einsatzbereit. Und
falls die Legierung nicht mehr zur Aufgabe passt, schweißt man eine andere,
passendere auf. Sprich: Das Werkzeug ist nicht nur kostengünstig — es
bleibt auch länger im Einsatz.
Der Autor: Prof. Ralf Kolleck leitet seit Juli 2004 das neu gegründete Institut für
Werk zeugtechnik und spanlose Produktion an der Technischen Universität Graz.
Hauptforschungsfelder sind Werkzeug, und Verarbeitungstechnologien für (ultra)
höchstfeste Stähle.
Kontakt: Telefon: + 43 (0) 316 873-9440, [email protected], www.tf.tugraz.at
25
Menschen
„Ursi, erklär uns das !“
Die Quantenphysikerin Ursula Keller hat einen Lebenslauf wie aus dem Bilderbuch:
Doktorandin in Stanford, Wissenschaftlerin bei den Bell Labs, Professorin an der ETH Zürich,
Wie wird man mit 33 Jahren Professorin für Quantenphysik an der besten Schweizer Universität?
Ursula Keller hat Biss, Begabung — und ein Quäntchen Glück.
Frau Professor Keller, Ihre Chancen für eine
wissenschaftliche Karriere standen zunächst
nicht so gut. Welcher Zufall hat Sie denn zur
Physik gebracht ?
Ich komme aus einer Arbeiterfamilie und es war
klar, dass ich nach der Sekundarschule eine Leh­
­­re anfangen sollte. In der Berufsberatung muss­
te ich einen Intelligenztest machen und bei der
Auswertung wurde die Berufsberaterin plötz­­
lich ganz still. Ich war wohl gut. Sie fragte mich
dann, ob ich nicht doch lieber weiter zur Schu­
le gehen wolle, und hat das dann auch meinem
Vater em­­­pfoh­len. Ihrem Rat habe ich es zu ver­
danken, dass ich über­haupt einen Hochschulab­
schluss ge­­­­macht habe. Auch wenn mein Lehrer
dagegen war.
Der Lehrer war dagegen ?
Dazu müssen Sie wissen, dass ich sehr einseitig
begabt bin. In den sprachlichen Fächern war ich
in der Schule ganz schlecht, in Mathe aber sehr
gut. Wenn der Lehrer hier nicht mehr weiter­
wusste, haben meine Mitschüler immer gesagt,
‚Ursi, erklär du uns das‘. Der Lehrer konnte mit
dieser Situation nicht umgehen und hat mich
nicht gerade gefördert.
26
Hat das Ihre Einstellung zum Bildungs- und
Schulsystem beeinflusst ?
Ich plädiere sehr für gut ausgestattete öffent­
liche Schulen mit besten Lehrern und voller
Durch­läs­sigkeit nach oben. Dann öffnet sich
nämlich auch für Spät­entwickler und einseitig
begabte Kinder die Tür. Mit den hierzulande
aus dem Boden schießenden Privatschulen habe
ich dagegen große Mühe. Die können sich nur
Reiche leisten und es ist kein Naturgesetz, dass
die auto­matisch den in­telligentesten Nachwuchs
produzieren.
Stichwort Kinder: Sie haben jeweils nur wenige
Wochen nach der Geburt Ihrer zwei Söhne
wieder voll an der ETH gearbeitet. Was für ein
Lebensentwurf steht dahinter ?
Warum ich überhaupt Kinder habe, wurde ich
damals häufig gefragt. Hat diese Frage schon
mal jemand einem berufstätigen Vater gestellt?
Es kann doch nicht sein, dass man sich jahre­
lang abrackert und durchbeißt und dann plötz­
lich nach Hause geschickt wird. Verstehen Sie
mich nicht falsch: Wir haben Kinder, weil wir
Kinder haben wollen. Aber es kommt doch auf
die Qualität des familiären Kontaktes an, nicht
nur auf die Quantität. Und die beiden hatten
auch als Babys die beste Betreuung, die man
be­kommen kann.
Diese Betreuung muss man sich aber leisten
können …
Das ist eigentlich weniger ein finanzielles Pro­
blem als ein strukturelles. Die Kosten für die
Kinderkrippe oder den Schulhort sind hier in
der Schweiz vom Einkommen abhängig — von
daher kann sich das jeder leisten. Aber es gibt
zu wenig Plätze und zu wenig Ganztagesschulen.
Und wenn die Kinder nachmittags nicht betreut
werden können, ist das für berufstätige Frauen
einfach ein Problem.
Wie bekommen Sie denn Ihre verschiedenen
Rollen als Mutter, Professorin und Unternehmerin unter einen Hut ?
Man muss das realistisch sehen: Mein Mann ist
der Unternehmer in der Familie, ich sitze nur
im Aufsichtsrat. Meine Kinder haben nicht nur
eine Mutter, sondern auch einen Vater. Und, ja,
natürlich bin ich mit Herz und Seele Professo­
rin, aber ich habe ein Team von 25, 30 Leuten
im Rücken.
Ursula Keller hat einen Lebenslauf wie aus dem
Bilderbuch: Doktorandin in Stanford, Wissenschaftlerin
bei den Bell Labs, Professorin an der ETH Zürich,
Miteigentümerin einer Laser-Firma — und Mutter
von zwei Kindern.
Haben Sie als Physikerin unter Physikern mit
Akzeptanz-Problemen zu kämpfen ?
Wer in mein Team kommt, hat kein Problem mit
einem weiblichen Boss. Und wer eines hat, der
kommt nicht zu mir. Aber es gibt da ein anderes
Phänomen, mit dem ich erst fertig werden muss­
te: Da ich nicht mehr in jedem Experiment bis
zum Hals drinstecke, wissen meine Leute über
die Details oft besser Bescheid als ich. Und es
gibt hin und wieder Doktoranden und vor allem
Postdocs, die einen das auch spüren lassen. Ich
habe das auch schon im Kollegenkreis diskutiert,
das ist wohl kein geschlechtertypisches Pro­blem,
da müssen wir alle durch.
Zurück zum Anfang Ihrer Karriere: Waren Sie
in der Schule eine Streberin ?
Ich glaube schon. Ich hatte zu kurze Haare, eine
zu dicke Brille und war zu gut in Mathe — bes­
ser als alle Jungs in der Klasse. Für das „DatingBusiness“ war das natürlich nicht so optimal.
Wie sind Sie damit umgegangen ?
Ich habe ein Physik-Studium an der ETH in
Zürich begonnen und hier hatte ich die Chance,
quasi ein neues Leben anzufangen. Ich habe die
27
Menschen
Von ultrakurzen Pulsen
reden Laserphysiker,
wenn Lichtpulse im
Bereich von Fem­to­
sekunden ( in Zahlen:
0,000000000000001
Sekunden) oder neuer­­­­­dings auch Atto­sekun­den (nochmals
1 000-mal kürzer)
andauern.
„Entscheidungen machen mir keine Angst:
Wenn es darauf ankommt, zu springen, springe ich.“
Professor Dr. Ursula Keller
Die Schweizer Physikerin hat eine Technik zur
einfachen Erzeugung extrem kurzer Laserblitze
entwickelt und damit Ultrakurzpulslaser für die
Industrie verfügbar gemacht. Ihre Entwicklung,
das Semiconductor Saturable Absorber Mirror
(SESAM), eröffnet weite technische Anwen­
dungs­gebiete in der Messtechnik, Medizin und
Materialbearbeitung.
Prof. Keller erhielt für das SESAM unter an­de­
rem den Berthold Leibinger Inno­vations­preis
2004 und den Philip Morris Forschungs­preis
2005. 1994 gründete sie mit ihrem Mann,
Dr. Kurt Weingarten, das Unternehmen TimeBandwidth Products zur Vermarktung der von
ihr paten­tierten und markenrechtlich geschütz­
ten SESAMs.
ETH Zürch: www.ulp.ethz.ch
Time Bandwidth Products AG: www.tbwp.com
28
neue Freiheit genutzt, bin auf jede Party ge­
rannt und war bis zum Vordiplom nicht so
fleißig.
Trotzdem haben Sie nach Ihrem Abschluss
eine Doktorandenstelle in Stanford
bekommen …
Ja, ich wollte unbedingt ins Ausland, am
liebs­ten an eine gute Uni in den USA. Für
die Diplomprüfungen habe ich mich daher
schon richtig reingehängt. Von den fünf ame­
ri­kanischen Unis, an denen ich mich bewor­
ben habe, hätten mich dann auch alle fünf
genommen. Entschieden habe ich mich für
Stanford.
Dort haben Sie Ihren Mann kennengelernt
und eine „Bicoastal marriage“ geführt. Was
kann man sich denn darunter vorstellen ?
Das kam so: Mein Mann Kurt ist Elektro-In­
gen­ieur und hatte eine gute Stelle an der West­
küste, mein Traumjob wartete aber ein paar
Tausend Meilen entfernt bei den Bell Labs an
der Ostküste auf mich. Die Entscheidung war
hart, aber ich wusste: Wenn ich einem Mann
zuliebe auf meinen Traum verzichte, werde
ich ihn irgendwann dafür hassen. Also bin ich
gegangen.
War das Entscheidungsstärke, Chancen­
verwertung oder Egoismus ?
Nennen Sie es ruhig Egoismus. Aber mein
Mann und ich meinen, dass wir einen sehr
gesunden, ehrlichen Egoismus miteinander
teilen, auch heute, wo wir längst wieder zu­
sammenleben. Unsere Partnerschaft gründet
nicht auf Verzicht und Substitution. Wir sind
zusammen, weil es für den Einzelnen gut ist.
Nebenbei: Es war damals sehr romantisch,
sich einmal im Monat irgendwo zwischen Ostund Westküste für ein verlängertes Wochen­
ende zu treffen.
Sie haben Ihren Traum-Job bei Bell dann
aber doch aufgegeben. Wie kam es dazu ?
Eines Tages hat das Telefon geklingelt. Die
ETH war dran und hat mir eine Professur an­
geboten. Ich habe erst mal gelacht und ge­
fragt, ob die wissen, wie alt ich bin. Ich war
damals 33 und wollte den Job eigentlich gar
nicht unbedingt haben. Aber das Angebot
wur­de immer besser, sodass ich den Sprung
schließlich gemacht habe.
Und Ihr Mann, was hat er dazu gesagt ?
Er sagte: „Okay, wenn du einen guten Job hast
und genug für uns beide verdienst, gehe ich
mit in die Schweiz und kann es riskieren, ein
eigenes Laser-Unternehmen zu gründen.“ Das
war damals eines der ersten Spin-offs der ETH
und ist heute mit SESAM sehr erfolgreich.
Haben Sie den Wechsel von der amerikani­
schen Wirtschaft in die Schweizer Wissenschaft je bereut ?
Bei Bell habe ich alle Experimente selber durch­­
gezogen. Aus Kapazitätsgründen sind da man­
che Ideen auf der Strecke geblieben. Hier an
der ETH gibt es ein großes Team und ich habe
die Möglichkeit, mehrere Dinge parallel in
Gang zu bringen. Ich fühle mich als Forsche­
rin auf der akademischen Seite sehr wohl, es
gibt noch viele Grenzen auszuloten.
Ansprechpartner:
ETH Zürich, Prof. Ursula Keller
Tel.: + 41 (0) 1 633 - 2146, [email protected]
www.ulp.ethz.ch
Menschen + IDEEN
„Angenommen, der Laser
wäre nie erfunden worden ?“
Fragen an Dr. Antonio Vendramini
Das FemtosekundenLaserskalpell blitzt so
schnell und so kurz, dass
das Auge nichts spürt
— außer im Brennpunkt.
„Ich hätte trotzdem versucht,
an seiner Erfindung
in Italien mitzuarbeiten.“
Welche Laseranwendung
erschien Ihnen vor zehn
Jahren noch unmöglich ?
Viele Anwendungen, im Bereich
der Mikroelektronik etwa, spe­
ziell jene auf Basis ultrakur­zer
Pulse aus Festkörperlasern.
Auch viele Kunststoffan­wen­dun­­
gen schienen unmöglich.
Was wünschen Sie sich,
was der Laser können sollte,
aber noch nicht kann ?
Ich wünschte, der Laser würde
zu einem erschwinglichen Werk­
zeug für möglichst viele Firmen
werden, sodass seine unzähligen
Vorteile immer weitere Verbrei­
tung finden.
Welche Änderung in der
Lasertechnik empfinden Sie
als die wichtigste ?
Abgesehen von der Bezahlbar­keit,
halte ich gegenwärtig keine Ver­
änderung für notwendig. Ich wür­
de veränderte Einstellun­gen ge­
genüber Sorgfalt und Ernsthaft­
igkeit in der Darstellung heuti­ger
Leistungen in der Industrie be­
grüßen. Diese sieht oft die echten
Vorteile einer neuen Technolo­
gie nicht sofort.
Haben Sie ein Vorbild oder
„Idol“ in der Lasertechnik ?
Es ist kaum möglich, Idole, auf
ei­­nem sich so schnell entwick­eln­
den Gebiet zu haben. Doch ich
wür­de es begrüßen, wenn das Pi­­o­­
nier-Fünfergespann industrieller
Laseranwendung — Bill Steen,
Stanley Reem, Aldo La Rocca … —
wiederkehrte, das dem Laser die
Anerkennung verschafft hat.
Die Lasertechnik fasziniert Dr.
Antonio Vendramini seit seinem
Physikstudium an der Mailänder
Universität, wo er am ersten anorganischen Flüssigkeitslaser auf
Neodymiumbasis mitarbeitete.
Als Leiter des Anwendungslabors
für Laser am CISE kümmerte er
sich seit 1979 um die Verbreitung
des Lasers in Italien. 1986 gründete er das Beratungsunterneh­
men Lasertec. Zusätzlich fördert
er die Lasertechnik als Journalist
sowie als Berater der italienischen
EXPO LASER.
Mehr Fragen an
Dr. Antonio Vendramini :
[email protected]
Kein Messer
im Auge
Das Femtosekunden-Laserskalpell operiert in der
Hornhaut — ohne die Oberfläche zu verletzen.
„Ich lasse mir die Augen lasern“,
sagen Fehlsichtige. Sie meinen da­
mit: Ein spezialisierter Augenarzt
trägt die Hornhaut ge­zielt mit ei­
nem Laserstrahl ab, bis die Krüm­
mung stimmt. Worüber er dabei
hin­wegsieht, ist, dass bei diesem
so genannten LASIK-Verfahren
vor dem Laser das Skalpell stand.
Denn üblicherweise schneidet der
Arzt zunächst in die obere Schicht
der Hornhaut und klappt diese weg.
Erst dann trägt er die innere
Schicht mit seinem Laser ab. Der
mechanische Schnitt birgt ein
erheb­liches Risiko. Deshalb such­
te der Augenmediziner Dr. Ronald
Kurtz gemeinsam mit dem Physi­
ker Dr. Tibor Juhasz einen Weg,
direkt im Inneren der Hornhaut
zu operieren. Als Skalpell sollte ih­
nen der Femtosekunden­laser die­
nen. Er erzeugt ultrakur­ze Licht­
blitze von weniger als ei­­nem Mil­
lionstel einer Millions­telsekunde
Dauer. Der Blitz ist so kurz, dass
die Mo­­­leküle um den Fokus her­
um nicht reagieren. Das Gewebe
bleibt „kalt“. Nur im Fokuspunkt
löst es sich auf. In jahrelanger ge­
mein­samer Entwicklungsarbeit
ent­­­standen ein zuverlässiges Ver­
fah­ren und das nötige Gerät. 2002
er­hiel­ten Dr. Ronald Kurtz und
Dr. Tibor Juhasz die Zulassung
der US-Gesund­heitsbehörde. Ihr
Femtosekunden-Laserskalpell ver­
mark­tet heute das kalifornische
Un­­ter­­nehmen IntraLase internati­
o­nal er­folgreich: Über eine Milli­
on Au­gen­operationen wurde be­
reits mit dem IntraLase-Verfah­
ren durch­geführt.
Ansprechpartner:
IntraLase Corp., Trudy Larkins,
Telefon: +1 877 393 2020 192,
[email protected]
www.intralase.com
29
MARKTANSICHTEN
Down Under
Professor Milan Brandt über die Situation auf dem australischen Lasermarkt.
Industrielle Lasersysteme gehören inzwi­
schen zu den etablierten Fertigungsverfahren in
Australien, ihre Zahl und die Zahl ihrer Anwen­
dungen ist in den vergangenen 20 Jahren stän­
dig gestiegen. Zwei Faktoren waren hierfür
ausschlaggebend: Einerseits erkannte die
australische Regierung Ende der 70erJahre im Laser eine von 20 wich­
tigen Technologien, die dabei
hel­fen würden, die heimi­
sche Fertigungsindustrie zu
modernisieren. In der Folge
för­derte die öffentliche Hand die
Forschung entsprechend. Anderer­
seits verbreiteten sich in diesen 20 Jah­
ren industrielle Lasersysteme weltweit, was
auch am Technologiestandort Australien nicht
spurlos vorbeiging.
Der australische Markt für Laser­be­a r­bei­
tungs­­­­systeme hat schätzungsweise eine Größe
von um­gerechnet zehn Millionen Euro, was zwei
bis drei Prozent des Weltmarkts entspricht. Ge­
pulste Festkörperlaser spielen keine große Rolle,
da der fünfte Kontinent keine eigene Mikroelek­­
tro­nikindustrie — also keine nennenswerte An­­­
wenderbasis — besitzt. Die wenigen Nd:YAGLaser, die es im Land gibt, kommen beim
Bohren, Feinschneiden und Schweißen zum
Einsatz.
Die maßgebliche industrielle Laseranwen­
dung ist auch in Australien das zwei- und drei­
dimensionale Laserschneiden von Stahlblechen
und Kunststoffen. Die eingesetzten Laser, oft
handelt es sich um Kohlendioxid-Laser, liegen im
Leistungsbereich zwischen 3,5 und 6 Kilowatt.
Auftragsfertiger mit fünf bis zehn Mitarbeitern
und einem Jahresumsatz von umgerechnet
600 000 bis 1,2 Millionen Euro gehören zu den
typischen Anwendern. Dabei haben die Inhaber
dieser Unternehmen aber häufig einen kaufmän­
nischen Hintergrund. Ein typischer Auftrags­
30
fertiger besitzt ein bis drei Kohlendioxid-Laser
und arbeitet im Zwei- oder Dreischichtbe­trieb.
Derzeit gibt es in Australien zwei Unter­nehmen,
die Lasersysteme herstellen. Die Strahlquellen
beziehen diese Anbieter aus dem Ausland. Es
handelt sich um HG Farley Laser Lab, das
zur chinesischen HG Tech gehört, und
um Bristow Laser Systems, einem
eigenständigen australischen
Unternehmen.
So etabliert Laserschnei­
den auch ist, so wenig verbreitet
sind in Australien dagegen Laser­
bohren und -schweißen. Vor allem das
Laserschweißen fristet bislang ein Schat­
tendasein. Ein Grund dafür ist sicherlich, dass
der fünfte Kontinent keine heimische Automo­
bilentwicklung besitzt. In anderen Ländern war
und ist diese der Schrittmacher, wenn es darum
geht, früh auf moderne Technologien zu setzen.
Hinzu kommt, dass die internationalen Auto­
mobilhersteller ihre Fertigungsstätten auf dem
fünften Kontinent eher spät modernisieren, da
der Markt relativ klein ist und die Kosten für La­
serschweißsysteme vergleichsweise hoch sind.
Besser sieht es beim Lasermarkieren und La­
serstrahlbeschichten aus. Das Lasermarkieren
ist eine schnell wachsende Anwendung, die installierte Basis umfasst rund 200 Einheiten. Vor
allem in den vergangenen
fünf Jahren ist in Austra­l ien das Interesse am
Laserstrahlbeschichten erwacht. Als trei­bende Kraft gilt
hierbei die für
den fünften
Kontinent
bedeutsame
Berg­bauin­dus­trie, da die dort eingesetzten Ma­
schinen starker Korrosion ausgesetzt sind. Das
Laserstrahl­beschichten bietet hier neue Mög­
lichkeiten, um die Wartungszei­ten zu reduzie­
ren und die Wartungszyklen zu verlängern.
E-Mail an den Autor: [email protected]
Milan Brandt ist Direktor und Professor
des Industrial Research Institute
Swinburne in Melbourne. Wie kein
anderer in Australien hat er die
angewandte Laserforschung auf dem
fünften Kontinent geprägt.
Wo steckt der Laser ?
Am Ende unter der Haut: Implantate wie diese Fixierplatte für gebrochene
Handknochen bestehen zumeist aus Titan. Der Werkstoff korrodiert nicht, ist ungiftig und
leicht. Allerdings ist er zwar extrem fest, aber auch temperatursensitiv. Genau deshalb bevorzugen die Implantathersteller Laser: Bei gepulsten Lasern misst die Wärmeeinflusszone nur wenige
Mikrometer. Der Strahl schneidet dabei unter verschiedenen Winkeln, sodass sich Schrauben exakt an der
Lage der Knochen ausrichten lassen. Außerdem schweißt er porenfrei und schreibt Ziffern oder Zeichen ohne
Vertiefungen, Auftrag oder Pigmente auf die Metalloberfläche. So gibt es keinen Raum für Mikroorganismen,
keine Fremdstoffe oder scharfe Kanten, die das Gewebe bei der schnellen Heilung stören könnten.
0,00058 Millimeter
so klein ist der fokus-Durchmesser des blauen laserstrahls, der
eine Blu-ray Disc liest. Der feine strahl kann somit Daten lesen,
die nur 0,32 mikrometer auseinanderliegen — was platz für Datenmengen von zurzeit 50 gigabyte pro scheibe schafft.
L a S e r C o m m U n i t Y i S t D a S n e U e a n W e n D e r m a g a Z i n V o n t r U m P F.
J e t Z t a B o n n i e r e n : W W W. t r U m P F - L a S e r . C o m / L a S e r-C o m m U n i t Y