Lasergeschweisstes Edelstahlprofil für Roboterarme in der Flugzeugmontage
In der Flugzeugproduktion arbeiten die mechanischen Systeme, die Bauteile während der Montage bewegen und positionieren, unter anspruchsvollen Bedingungen. Eine dieser Anwendungen betraf einen linearen Roboterarm, der Bauteile in einem Säurebad handhaben sollte – eine korrosive Umgebung, die Kohlenstoffstahl von vornherein ausschloss. Das als Roboterarm dienende Tragprofil musste durchgeschweisste Nähte, enge Toleranzen bei Form, Geradheit und Verdrehung sowie Säurebeständigkeit über die gesamte Lebensdauer vereinen. Montanstahl entwickelte und fertigte für Boeing in den USA ein kundenspezifisches lasergeschweisstes Sonder-Hohlprofil aus Edelstahl 304L, dessen Querschnittsgeometrie gezielt auf die strukturellen und einbautechnischen Anforderungen des Robotersystems ausgelegt ist.
Ein Querschnitt, der um den Roboter herum entworfen wurde – nicht umgekehrt
Die geforderte Profilgeometrie war ein rechteckiges Hohlprofil mit einem kurzen, seitlich auskragenden Flansch und unterschiedlichen Wanddicken zwischen den Stegen und den beiden Flanschen. Dieser asymmetrische, zusammengesetzte Querschnitt existiert in keinem Standardkatalog: Er musste von Grund auf konstruiert werden, um sowohl die strukturellen Lasten am Arm als auch die mechanischen Schnittstellen für die Montage der Roboterkomponenten zu erfüllen. Edelstahl 304L war der einzige Werkstoff, der die Anforderungen an die Korrosionsbeständigkeit im Dauerbetrieb in einem Säurebad erfüllen und zugleich die Schweisseignung und Oberflächenintegrität bieten konnte, die ein präzise gefertigtes Profil erfordert.
Durchgeschweisstes Laserschweissen für enge Toleranzen an einem komplexen Querschnitt
Die Kombination aus durchgeschweissten Nähten und engen Toleranzen bei Form, Geradheit und Verdrehung machte das Laserschweissen zum einzig gangbaren Fertigungsweg für dieses Profil. Konventionelle Lichtbogenschweissverfahren bringen bei dünnwandigen Querschnitten dieser Geometrie zu viel Wärme ein und verursachen Verzug, der sich nicht korrigieren lässt, ohne die Massgenauigkeit zu beeinträchtigen. Das von Montanstahl eingesetzte Laserschweissen liefert die schmale Wärmeeinflusszone und die präzise Nahtgeometrie, die nötig sind, um die vorgegebenen Toleranzen über die gesamte Länge jedes Stabes einzuhalten. Das fertige Profil misst 198 x 130/140 x 5 x 10/20 mm, wobei die unterschiedlichen Wanddicken des zusammengesetzten Querschnitts die strukturelle Differenzierung zwischen den lasttragenden Stegen und den Flanschen widerspiegeln.
Anwendungskontext
Dieses Projekt gehört zum Segment Fertigungsindustrie von Montanstahl, in dem lasergeschweisste Sonderprofile für Industrieautomation, Robotersysteme und präzisionsmechanische Anwendungen eingesetzt werden, die individuelle Querschnittsgeometrien und enge Masstoleranzen erfordern. Wenn eine Anwendung korrosive Betriebsbedingungen mit einer funktionalen Geometrie verbindet, die sich mit Standardprofilen nicht erreichen lässt, ist das Laserschweissen aus Edelstahlblech der Fertigungsweg, der das Bauteil erst möglich macht. Montanstahl konstruiert Sonderprofile dieser Art für Kunden aus der Fertigungsindustrie und der Luft- und Raumfahrt weltweit.