Verbrauchsmaterialien und Optik für Faserlaserschneidmaschinen – Düsen, Linsen und Schutzgläser

Materialien und optische Komponenten haben einen direkten Einfluss auf die Stabilität des Laserschnitts, die Kantenqualität und die Verfügbarkeit der Maschine. Selbst ein korrekt ausgewählter Faserlaserschneider arbeitet nicht reproduzierbar, wenn die Düse beschädigt ist, das Schutzglas verschmutzt ist und der Zustand des optischen Systems nicht regelmäßig überprüft wird.

Die Betriebskosten beschränken sich dabei nicht auf den Preis einer einzelnen Düse oder einer Glasplatte. Zu berücksichtigen sind auch die Häufigkeit der Austauschvorgänge, der Wartungsaufwand, Ausfallzeiten, das Risiko fehlerhafter Bauteile, zusätzliche Nachbearbeitung sowie die Möglichkeit einer Beschädigung wesentlich teurerer Komponenten des Laserschneidkopfs. Von Bedeutung ist auch die Verfügbarkeit von Ersatzteilen – selbst ein kleines Bauteil kann die Produktion zum Stillstand bringen, wenn es nicht vor Ort verfügbar ist und erst importiert werden muss. Es gibt keine einheitliche Lebensdauer für Düsen, Gläser und Linsen: Diese hängt vom Material, den Prozessparametern, der Häufigkeit von Durchbrüchen, der Gasqualität, der Leistung der Lichtquelle und der Art der Maschinenbedienung ab.

Welche Komponenten des Laserschneidkopfs werden überprüft und ausgetauscht?

Im Laserschneidkopf lassen sich Komponenten unterscheiden, die relativ häufig verschleißen, sowie Teile, deren Austausch im Rahmen einer Wartungsmaßnahme und nicht als Routinevorgang erfolgen sollte. Zu den wichtigsten zählen:

• Laserdüse,
• Schutzglas (Schutzscheibe),
• Linse zur Fokussierung,
• Kollimationslinse,
• das Keramikelement und die übrigen Teile des Systems der Düse,
• Dichtungen sowie Befestigungselemente, die für den jeweiligen Kopf vorgesehen sind.

Die Düse und das Schutzglas können als typische Materialien betrachtet werden. Die Linsen hingegen sind optische Elemente von deutlich höherem Wert – in einem ordnungsgemäß betriebenen Druckkopf sollten sie durch ein gut ausgewähltes und gewartetes Schutzglas vor Verunreinigungen geschützt werden. Die einzelnen Elemente werden nicht ausschließlich anhand ihrer Abmessungen ausgewählt: Von Bedeutung sind die Bauweise des Druckkopfes, die Leistung der Lichtquelle, die Wellenlänge, die Art der Beschichtung sowie die Position des Elements im optischen System.

Laserdüse – ein kleines Bauteil mit großem Einfluss auf den Prozess

Die Düse befindet sich direkt über dem zu bearbeitenden Material. Durch ihre Öffnung strömt das Hilfsgas, das das geschmolzene Material aus dem Schnittspalt entfernt. Die Geometrie der Düse, der Durchmesser der Öffnung, ihre Position relativ zum Strahl sowie der Abstand zum Stahlblech beeinflussen die Prozessbedingungen. Eine beschädigte oder falsch ausgewählte Düse stört den Gasstrom und verschlechtert die Wiederholgenauigkeit des Schnitts, was folgende Auswirkungen haben kann:

• unregelmäßiges Durchstechen des Materials,
• eine Verschlechterung der Kantenqualität,
• eine größere Menge an Schlacke oder Ablagerungen,
• Probleme beim Durchschneiden des Materials über die gesamte Dicke,
• Qualitätsunterschiede in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung des Kopfes,
• die Notwendigkeit, die Prozessgeschwindigkeit zu verringern,
• mehr Unterbrechungen und Korrekturen durch den Bediener.

Was verkürzt die Lebensdauer der Düse?

Der Verschleiß der Düse wird nicht ausschließlich durch den Gasstrom verursacht. Von größerer Bedeutung sind Spritzer, die beim Durchstechen entstehen, der Kontakt mit dem Material, Kollisionen mit dem ausgeschnittenen Werkstück oder dem Verschnitt sowie ein falscher Abstand des Schneidkopfes zum Stahlblech. Das Risiko steigt, wenn das Stahlblech uneben ist, sich das Werkstück nach dem Schneiden hebt, die Abstützung des Materials instabil ist oder beim Durchstechen geschmolzenes Metall mit großer Wucht in Richtung des Schneidkopfes geschleudert wird.

Wann sollte die Düse ausgetauscht werden?

Die Düse sollte überprüft werden, wenn Probleme mit der Schnittqualität oder der Stabilität beim Durchstechen auftreten. Typische Anzeichen für Verschleiß sind: sichtbare Oberflächenbeschädigungen, anhaftende Spritzer, eine verformte oder vergrößerte Öffnung, Spuren des Kontakts mit dem Material, die Unmöglichkeit einer korrekten Zentrierung des Strahls, wiederkehrende Fehler bei der Höheneinstellung sowie eine Verschlechterung des Prozesses trotz korrekter Parameter. Der Austausch der Düse ist in der Regel einfacher und kostengünstiger als die weitere Suche nach der Ursache in den Einstellungen – dennoch empfiehlt es sich, vor dem Austausch auch die Zentrierung, den Zustand des Schutzglases, die Qualität des Materials und die Gasparameter zu überprüfen.

Schutzglas – eine Schutzbarriere für hochwertige Optik

Das Schutzglas trennt empfindliche optische Komponenten von den beim Schneiden entstehenden Verunreinigungen – es schützt die Linse vor Spritzern, Rauch, Dämpfen und feinen Partikeln. Seine Funktion beschränkt sich nicht nur auf den Schutz: Da sich das Glas im Strahlengang befindet, muss es über die richtigen optischen Eigenschaften, eine angemessene Reinheit und eine auf das System abgestimmte Beschichtung verfügen. Verschmutztes oder beschädigtes Glas absorbiert mehr Energie, erwärmt sich und verändert die Strahlführung, was zu folgenden Problemen führen kann:

• Verschiebung der effektiven Brennpunktlage,
• einen Stabilitätsverlust des Prozesses,
• eine Verschlechterung der Kantenqualität,
• Schwierigkeiten beim Durchstechen,
• Schnittpausen,
• eine schrittweise Beschädigung weiterer optischer Komponenten.

Wie lange hält eine Schutzfolie?

Die Lebensdauer des Glases sollte nicht ausschließlich anhand der Betriebsstunden der Maschine gemessen werden – entscheidend sind die Prozessbedingungen. Von besonderer Bedeutung sind: die Anzahl und Art des Durchstechens, die Art und Dicke des Materials, die Einstellungen beim Durchstechen, der Zustand der Düse, die Wirksamkeit der Absaugung, die Sauberkeit der Umgebung während der Bedienung des Laserschneidkopfs, die Dichtheit des Systems, die Qualität des Gases und der Anlage sowie die Leistung der Laserquelle. Bei höheren Leistungen ist die Abstimmung des Glases auf den Kopf, die Wellenlänge und den Leistungsbereich von entscheidender Bedeutung – nicht jedes Glas mit ähnlichem Durchmesser ist austauschbar.

Kann man die Schutzfolie reinigen?

Die Reinigungsmöglichkeit hängt von der Art der Verschmutzung, dem Zustand der Beschichtung und dem für den jeweiligen Druckkopf vorgesehenen Verfahren ab. Leichte Verschmutzungen lassen sich unter Umständen entfernen, doch Linsen mit dauerhaften Ablagerungen, Verbrennungsspuren, Kratzern, Mikrorissen oder einer beschädigten Beschichtung sollten nicht wieder in Betrieb genommen werden. Die Optik ist unter sauberen Bedingungen mit den vom Hersteller empfohlenen Materialien und Methoden zu behandeln – eine unsachgemäße Reinigung hinterlässt Streifen, Kratzer oder beschädigt die Beschichtung.

Kollimations- und Fokussierlinsen – Optik, kein gewöhnliches Material für Verbrauchsmaterialien

Bei einem Faserlaser muss der von der Quelle ausgehende Strahl geformt und fokussiert werden – hierfür sind unter anderem die Kollimations- und die Fokussierlinse zuständig. Sie sollten nicht so häufig ausgetauscht werden wie Düsen oder Gläser; falls ein regelmäßiger Austausch erforderlich ist, muss die Ursache für das Eindringen von Verunreinigungen, eine Überhitzung der Optik oder einen Dichtheitsverlust ermittelt werden. Zu einer Beschädigung der Linse kommt unter anderem durch:

• langfristige Arbeit mit verschmutztem Schutzglas,
• das Eindringen von Verunreinigungen in das Innere des Zylinderkopfs,
• die Verwendung eines ungeeigneten Schutzelements,
• unsachgemäße Wartung,
• Beschädigung der Dichtungen,
• eine übermäßige Erwärmung der verschmutzten Oberfläche,
• Kontakt der optischen Oberfläche mit ungeeigneten Werkzeugen.

Zu den Symptomen eines Problems mit der Optik zählen eine anhaltende Verschlechterung der Schnittqualität, eine instabile Fokusposition, eine Veränderung des Prozessverhaltens nach der Erwärmung des Kopfes oder Probleme, die sich durch den Austausch von Düse und Glas nicht beheben lassen. Ein Austausch der Materialien nach dem Prinzip von Versuch und Irrtum erhöht in diesem Fall lediglich die Kosten – erforderlich sind eine Diagnose des Laserschneidkopfs und eine Überprüfung des gesamten optischen Systems.

Was verkürzt die Lebensdauer von Materialien am stärksten?

Die häufigsten Ursachen für einen vorzeitigen Verschleiß sind in der Regel dieselben:

• Falsches Durchstechen – dabei ist das Risiko, dass Spritzer in Richtung Düse und Glas gelangen, am größten; die Parameter müssen an das Material, die Dicke, die Leistung der Lichtquelle und das Gas angepasst werden.
• Kollisionen des Schneidkopfes mit dem Material – ein angehobenes Werkstück, Abfälle im Spalt oder unebenes Stahlblech können die Düse und die Keramik beschädigen; überprüfen Sie nach einer Kollision stets die Düse, die Zentrierung und die Höheneinstellung.
• Verunreinigtes oder unsachgemäß aufbereitetes Gas – Feuchtigkeit, Öl und Verunreinigungen im System beeinträchtigen den Prozess und die Komponenten des Laserschneidkopfs (siehe: Auswahl des Hilfsgases beim Laserschneiden).
• Eine unsachgemäße Handhabung der Optik – das Öffnen der Glaskassette in einer staubigen Umgebung, das Berühren der optischen Oberflächen oder versehentlich verwendete Reinigungsmittel – verkürzt die Lebensdauer bereits vor Produktionsbeginn.
• Weiterarbeiten trotz erster Anzeichen – das Schneiden mit verschmutztem Glas oder einer beschädigten Düse verschlechtert die Qualität, erhöht den Ausschuss und birgt die Gefahr einer Beschädigung teurerer Teile; frühzeitiges Eingreifen ist kostengünstiger als die Beseitigung der Folgen eines Ausfalls.

Wie viel kosten Düsen, Schutzgläser und Linsen tatsächlich?

Der Anschaffungspreis der Teile ist nur einer von vielen Kostenfaktoren. Für eine fundierte Bewertung der Betriebskosten einer Laserschneidmaschine empfiehlt es sich, eine umfassendere Perspektive einzunehmen – weitere Informationen finden Sie in unserem Leitfaden zu den Betriebskosten einer Laserschneidmaschine.

Verfügbarkeit von Materialien und Komponenten von STIGAL

Bei STIGAL unterhalten wir ein umfangreiches Lager an Materialen, die für den täglichen Maschinenbetrieb benötigt werden – Düsen, Schutzgläser, Teile des Düsensystems sowie weitere Komponenten, die auf die jeweilige Technologie und Konfiguration abgestimmt sind. Dadurch müssen Sie nicht selbst nach dem passenden Teil suchen oder einen Import lange im Voraus planen; die grundlegenden Materialien liefern wir aus unserem inländischen Lager, wodurch die Bestände schneller aufgefüllt werden können.

Unser Lager beschränkt sich nicht nur auf das tägliche Material. Wir halten auch ausgewählte Komponenten für den Fall einer Reparatur oder des Austauschs größerer Baugruppen vor – je nach Konfiguration können dies unter anderem Laserschneidköpfe sowie Ersatz-Laserquellen sein. Dank unserer umfangreichen Lagerbestände lassen sich lange Wartezeiten auf Importlieferungen vermeiden und Wartungsarbeiten schneller in Angriff nehmen, was insbesondere dann von Bedeutung ist, wenn die Laserschneidmaschine im Mehrschichtbetrieb eingesetzt wird. Die Verfügbarkeit von Ersatzteilen ist somit ein wesentlicher Faktor bei den Betriebskosten: Es kommt nicht nur auf den Preis an, sondern auch darauf, wie schnell ein Teil beschafft, eingebaut und die Produktion wieder aufgenommen werden kann.

Wie lassen sich die Betriebskosten einer Laserschneidmaschine senken?

Die größten Einsparungen lassen sich nicht durch eine maximale Verlängerung der Betriebsdauer einer Düse oder einer Scheibe erzielen, sondern durch die Aufrechterhaltung eines stabilen Prozesses und den Austausch des Bauteils zum richtigen Zeitpunkt. In der Praxis empfiehlt es sich:

• einen Zeitplan für regelmäßige Kontrollen des Druckkopfs festzulegen, der an die Produktionsintensität angepasst ist,
• den Verbrauch von Bauteilen nach Material, Dicke und Verfahrensart zu erfassen,
• die Düse nach einem Aufprall oder intensivem Durchstechen zu überprüfen,
• Überprüfen Sie nach dem Austausch der Düse die Ausrichtung des Strahls gemäß der für die Maschine geltenden Vorgehensweise,
• Lassen Sie nicht zu, dass mit sichtbar verschmutztem Schutzglas gearbeitet wird,
• Bewahren Sie optische Komponenten in sauberen, verschlossenen Verpackungen auf,
• Verwenden Sie Komponenten, die auf den Kopf, die Wellenlänge und die Leistung der Lichtquelle abgestimmt sind,
• die Ursachen für einen ungewöhnlich schnellen Verschleiß zu analysieren, anstatt häufige Austausche als Normalität zu betrachten,
• einen Grundvorrat an Düsen, Gläsern und Keramikteilen an der Maschine bereitzuhalten,
• im Vorfeld die Vorgehensweise bei der Bestellung von Materialien sowie die Verfügbarkeit wichtigerer Komponenten festzulegen,
• Bei wiederkehrenden Problemen sollten Sie den CNC-Service und die Diagnose in Anspruch nehmen.

Es hat sich bewährt, den Verbrauch anhand der tatsächlichen Schnittzeit, der Anzahl der Durchstiche, der Art des Materials oder der Stückzahl zu analysieren – die bloße Anzahl der Betriebsstunden der Maschine gibt keinen Aufschluss über die tatsächliche Beanspruchung der Verbrauchsmaterialien.

Laserdüsen und Plasmadüsen – es handelt sich nicht um dieselben Materialien

Die Düse kommt sowohl im Laserschneidkopf als auch im Plasmabrenner zum Einsatz, doch ihre Funktion und ihr Verschleißmechanismus unterscheiden sich. Bei einem Faserlaser ist die Düse in erster Linie für die korrekte Zufuhr des Hilfsgases zuständig und arbeitet mit dem Höhenregelsystem zusammen – sie ist nicht die Quelle des Strahls. Im Schneidbrenner einer Plasmaschneidmaschine arbeiten die Düsen mit den Elektroden zusammen und formen direkt den Lichtbogen, wodurch sie eine Reihe von Materialien bilden, die dessen Stabilität, die Kantenqualität und die Geometrie des Schneidspaltes beeinflussen. Daher werden Ersatzteile für Plasmaschneidmaschinen und Materialien für Faserlaserschneidmaschinen nach den für die jeweilige Technologie geltenden Grundsätzen ausgewählt, geprüft und abgerechnet. Materialien für beide Maschinentypen sind im Lager von STIGAL vorrätig.

Ein stabiler Betrieb beginnt mit einem richtig ausgewählten Verfahren

Die Lebensdauer von Düsen, Schutzgläsern und Linsen hängt nicht ausschließlich von der Qualität der einzelnen Teile ab – sie ist das Ergebnis des Zusammenspiels des gesamten Systems: der Laserquelle, des Kopfes, der Gasanlage, des Steuerungssystems, der technologischen Parameter und der Produktionsorganisation. Ebenso wichtig ist die nach der Inbetriebnahme der Maschine verfügbare Infrastruktur: Der kontinuierliche Zugang zu Material und ausgewählten strategischen Komponenten ermöglicht es, schneller auf Verschleiß und unvorhergesehene Wartungsfälle zu reagieren.

Bei STIGAL berücksichtigen wir bei der Auswahl und Konfiguration einer Laserschneidmaschine nicht nur die Schnittgeschwindigkeit, sondern auch die Betriebsbedingungen, die Handhabung des Laserschneidkopfs, die Verfügbarkeit von Ersatzteilen sowie die Kosten für die Aufrechterhaltung eines stabilen Prozesses. In unserem Angebot finden Sie Faserlaserschneidmaschinen sowie Maschinen, die als Laserschneidmaschinen für Stahlbleche konfiguriert sind – ausgewählt so, dass die tatsächlichen Schneidkosten und die Produktionsverfügbarkeit der Maschine im Vordergrund stehen und nicht nur der Preis eines einzelnen Materials.

Häufig gestellte Fragen – Materialien und Optik