Die Innenbearbeitungsoptik iClad ist ab einem Durchmesser von 26 mm bis zu einer Tiefe von 600 mm

Die Innenbearbeitungsoptik iClad ist ab einem Durchmesser von 26 mm bis zu einer Tiefe von 600 mm einsetzbar und deckt anspruchsvolle Oberflächenbearbeitungen ab. (Bild: Pallas GmbH)

Würselen (rm). Im Wettlauf gegen die Zeit ist die niederländische Stork Gears & Services unter anderem in der Petrochemie-, Wind- und Stahlindustrie tätig. Dort ist die maximale Verfügbarkeit leistungsstarker Getriebe und zugehöriger Antriebe von entscheidender Bedeutung. Die Reparaturexperten setzen beschädigte oder ausgefallene Komponenten schnellstmöglich instand oder übernehmen deren Um- oder Neubau.

Als bewährte Technik wird bei diesen Arbeiten das Laserauftragschweißen eingesetzt, um Verschleiß und unerwünschter Materialveränderung vorzubeugen. Durchschnittlich wendet Stork dieses Verfahren im Schnitt bei monatlich mehr als 20 Getriebereparaturen oder -modifikationen an.

In rund 10 % der Anwendungsfälle können jedoch schwer zugängliche Innenflächen mit den gängigen Optiken nicht bearbeitet werden. Bisher war in solchen Fällen ein Neubau der beschädigten Teile unabwendbar. Dies wird mit der speziellen Innenbearbeitungsoptik vermieden und so deutlich über 90 % Zeit eingespart.

Beim Laserauftragschweißen bringt ein 2 kW-Diodenlaser lokal eng begrenzt Hitze auf. Daher eignet sich diese Technik insbesondere zur Bearbeitung aller neuen oder beschädigten Komponenten, die bei wenig Verzug eine hohe Präzision der Beschichtung erfordern.

Der Laserstrahl schmilzt dazu die Bauteiloberfläche und das per Düse aufgestrahlte Pulver an und verbindet diese metallurgisch zu einer homogenen Schicht mit geringer Aufmischung. Damit lassen sich kritische, hochbelastete Komponenten durch eine neue, auf die spezifischen Anforderungen ausgelegte Beschichtung reparieren oder umrüsten. Die bislang für dieses Verfahren vorliegenden Standardoptiken begrenzten die Bearbeitung auf frei zugängliche Flächen und Strukturen oder einen Öffnungsdurchmesser von mindestens 100
mm.

Dies ändert sich mit der von Pallas in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) entwickelten Innenbearbeitungsoptik iClad. Diese Spezialoptik ist ab einem Durchmesser von 26 mm bis zu einer Tiefe von 600 mm einsetzbar und deckt das gesamte Spektrum der anspruchsvollen Oberflächenbearbeitung ab: Härten, Legieren und Beschichten.

Alle notwendigen Baugruppen für Strahlführung und -formung sowie die Zufuhr der Prozessmedien sind in einem kompakten Gehäuse integriert. Die Optiken bestehen aus den drei Modulen Düse, Hauptkörper und Faseraufnahme. Eine aktive Wasserkühlung schützt die optischen Komponenten vor Überhitzung. Der interne Optikschutz verhindert Verschmutzung oder Zerstörung durch Partikelablagerung. Zusätzlich wird der Strahlengang permanent mit Schutzgas gespült. Die Stecker für Faserleitungen und Zuleitungen der Prozessmedien befinden sich am hinteren Ende der Optik.

Stork hat zunächst einen Prototyp als Sonderausführung mit integrierter Kollimation eingesetzt. Hierbei handelte es sich um eine feststehende 42er-Optik zur Beschichtung von 50 mm-Bohrungen bis zu einer Bearbeitungstiefe von 500 mm. Ein Jahr später waren damit rund 20 Einsätze der filigranen Optik absolviert. Sowohl für Reparaturen als auch beim Bau neuer Komponenten wie Zahnräder, Getriebegehäuse und Kupplungen bewährte sich die Technik.

Da es sich bei diesen Einsätzen vorwiegend um Einzelprojekte und nicht um Serienfertigung handelte, stand man vor etlichen anspruchsvollen Herausforderungen. So galt es beispielsweise, ein altes, großes Getriebezahnrad, das eine Brücke mechanisch öffnet und schließt, binnen weniger Tage zu reparieren. Die nur 18,5 cm breite und 40 cm tiefe Bohrung war beschädigt.

Ohne iClad hätte Stork das Getrieberad mit einem Durchmesser von 2,20 m komplett neu entwickeln und herstellen müssen. Allein die Lieferzeit des benötigten Materials hätte jedoch mindestens sechs Monate gedauert. Eine alternative Reparaturmöglichkeit gab es nicht. Die vorhandene Standardoptik für das Laserauftragschweißen war für diesen Anwendungsfall nicht geeignet.

Der Einsatz von iClad ermöglichte eine schnelle, qualitativ hochwertige Lösung. Stork behandelte die beschädigte Bohrung zunächst maschinell vor. Anschließend wurde sie über eine Länge von 400 mm laserbeschichtet und auf die ursprüngliche Originalgröße geschliffen. Binnen drei Tagen war das Getriebe wieder vollständig hergestellt.

Eine Bearbeitungsdauer, die – verglichen mit einem Neubau selbst unter günstigsten Bedingungen – 96 % Zeitersparnis bedeutete. Die damit gleichzeitig verbundene Kostenreduktion war für die Kunden zwar angenehm aber nachrangig, denn es zählte nur die Zeit. Auch bei verschiedenen Reparaturfällen aus dem Windanlagenbereich kam die neue Möglichkeit zur Innenbearbeitung zur Anwendung.

Durch den Zugang zu so kleinen Hohlräumen erweiterte iClad das Leistungsspektrum von Stork deutlich. Notwendig war lediglich eine Anpassung an den vorhandenen Diodenlaser.

Verbesserungspotenzial sieht man in der Dauerbelastbarkeit einzelner Komponenten des Prototyps. Als Lösung stehen ein schneller Austauschservice für Einzelkomponenten oder die Anpassung der Prototyp-Optik an aktuelle Entwicklungen zur Wahl, konkret der Umbau auf eine optimierte Anordnung kritischer Komponenten.