LASER-BESCHRIFTEN

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Markieren mit dem LaserEin schnelles, automatisierbares und robustes Verfahren

Es gibt kein Material, das sich nicht mit dem Laser beschriften lässt. Aufgrund dieser einzigartigen Eigenschaft haben Laserhersteller und Industrie gemeinsam eine Vielzahl von Markierungsanwen-dungen entwickelt. Ein wesentlicher Trei-ber für diesen Einsatzbereich des Lasers ist die Forderung der Industrie nach 100-prozentiger Rückverfolgbarkeit aller Pro-dukte und Komponenten – der so ge-nannten Traceability. Und das aus gutem Grund: Weltweit verschärfen Gesetzge-ber die Produkthaftungsgesetze – und Rückrufaktionen kosten nicht nur Unsum-men, sondern schaden auch dem Image.

Kein anderes Werkzeug ist so vielseitig wie der Laser: Das energiereiche Licht härtet ge-waltige Bohrer zur Erdölförderung, repariert massive Spritzgussformen und ist an der Fertigung unzähliger Produkte von den fili-gransten medizinischen Implantaten bis hin zu schwersten Baggern, Flugzeugen und Autos beteiligt. Ob Blech, Spritzguss, Kunst-stoff, Keramik, Glas oder organische Stoffe – dem Laser widersteht kein Material. Neben Anwendungen wie Schweißen und Schnei-den eignet sich der Laser hervorragend zum Markieren.

Laser beschriften nicht nur jedes Material, sie können auch grundsätzlich alle Zeichen und Symbole darstellen. Ob Linien und Zahlen auf einem Tachometer, Sonderzei-chen und Grafiken für die Programme einer Waschmaschine oder Herstellerlogos: Den Möglichkeiten sind keine Grenzen gesetzt. Eine wichtige Rolle spielt die Lasermarkierung vor allem beim Aufbringen von Teilebezeich-nungen sowie gesetzlich vorgeschriebenen Daten wie Werkstoff- beziehungsweise Mindesthaltbarkeitsdaten oder Sicherheits-hinweisen. Durch besondere Codes lassen sich beispielsweise Markenprodukte von Plagiaten unterscheiden. Spezielle Daten, verschlüsselt in Barcodes oder Data Matrix Codes, steuern den Materialfluss und die

Logistik in der Industrie. Doch der entschei-dende Grund für die dauerhafte Markierung von Bauteilen ist die Rückverfolgbarkeit.

Forderung: mehr Transparenz im Produktionsprozess

Vor allem die verschärften Produkthaftungs-gesetze (siehe Kasten 1) bei gleichzeitig sin-kenden Margen zwingen Hersteller sicher-heitsrelevanter Bauteile aus allen Branchen zu mehr Transparenz in den Produktions-prozessen. Der Ruf nach 100-prozentiger Rückverfolgbarkeit aller Komponenten wird folglich immer lauter. Ein Beispiel aus der Automobilbranche: Defekte Reifen und sich überschlagende Autos des Modells Ford Explorer kosteten weltweit 271 Menschen-leben. In der Folge führte eine der größten Rückrufaktionen der Wirtschaftsgeschichte beinahe zum Ende der Reifenmarke Fire-stone. Rückrufaktionen sind zwar nicht die alleinige Domäne der Kfz-Branche, doch häuften sich gerade hier spektakuläre Fälle.

ABBILDUNG 1: Nach dem Finish ermitteln die Radsatz-Spezialisten des Mercedes-Benz Werks in Kassel die optimale Tragbildlage der Verzahnung sowie die dafür notwendige Einbaudistanz auf einem CNC-Tester. Anschließend markieren Laser die Teile mit einem Data Matrix Code und halten Baumaße sowie weitere Produktions-, Montage- und Logistikdaten dauerhaft fest.

HELMUT MÜLLERHelmut Müller ist bei TRUMPF Laser in Schramberg Vertriebs-leiter für den Bereich Be-schriftungslaser.

DER AUTOR

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TRUMPF Laser GmbH + Co. KGAichhalder Str. 39

78713 SchrambergTel.: 07422/515-0

E-Mail: info@de.trumpf-laser.comWebsite: www.trumpf-laser.com

Laut Kraftfahrtbundesamt waren im Jahr 2005 allein in Deutschland bei insgesamt 123 Rückrufaktionen über 1,4 Millionen Fahrzeuge betroffen – mehr solcher Fälle gab es nur ein Jahr zuvor. Die Kosten für solche Aktionen liegen nach Expertenmeinung im

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zwei- bis dreistelligen Millionenbereich. Was aber die Hersteller jedoch häufig noch teurer zu stehen kommt, ist der Imageschaden.

Traceability: zurück zum Ursprung

Rückverfolgbarkeit, also Traceability, ent-spricht im Wesentlichen der maximalen Transparenz aller Bauteile und Komponenten eines Produkts. Traceability-Systeme erstel-len dazu produktspezifische Datensätze und speichern während des Produktions- und Montageprozesses alle fertigungsrelevanten Informationen der verwendeten Bauteile und Komponenten: Materialzusammensetzung, Zulieferer, Chargennummer, Messwerte oder Produktionszeit. Markierungswerkzeuge sor-gen wiederum dafür, dass jedes Teil, ähnlich einem Fingerabdruck, seine unverwechsel-bare Identität erhält. Doch eine zielgerichtete Rückverfolgbarkeit „back to the roots“ ist nur dann gewährleistet, wenn die Codierung auch mit hoher Sicherheit lesbar ist (siehe Chart). Nur dann ist im Falle fehlerhaft ver-bauter Teile proaktives Handeln möglich. Her-steller können dann meist über so genannte unikatsbezogene Chargenrückverfolgbarkeit umfassende Rückrufaktionen vermeiden. Das spart Kosten und ist gut fürs Image.

Dichte Information: Laser-markierung mit Data Matrix Code

Um Bauteile zu markieren, hat sich in der Ver-gangenheit der Barcode bewährt. Beim Auf-bau von Traceability stoßen Hersteller damit jedoch schnell an die Grenzen dieser Codie-rung – vor allem dann, wenn zusätzliche In-formationen wie beispielsweise Einbau- und Montagedaten sowie Logistikinformationen hinzukommen. Die Informationsdichte wächst in allen Branchen kontinuierlich. Verkürzte Produktlebenszyklen, steigende Modellvielfalt sowie konstruktive und ferti-gungsspezifische Änderungen bei gleichzei-tiger Variantenbildung sind Merkmale fast aller Produkte. Gleichzeitig entwickeln sich vor allem elektronische Komponenten kon-stant in Richtung Miniaturisierung, so dass viele Teile schlichtweg keinen Platz mehr bieten, um einen konventionellen Barcode aufzubringen.

Doch an solchen Herausforderungen und Barrieren braucht eine zuverlässige Rückver-folgbarkeit heutzutage nicht zu scheitern. Denn viele Informationen auf kleinstem Raum unterzubringen, ist mit moderner La-sertechnik kein Kunststück. Mit dem Laser lässt sich beispielsweise auf einer Fläche von zwei mal zwei Millimetern ein 24-stelliger Code in einem Data Matrix Code (DMC) un-terbringen. Selbst auf der dichtest bepackten Platine ist dafür noch Platz. Ob Bauteile aus Glas, Kunststoff oder Metall, mit rauen, ölbe-netzten oder leicht verschmutzten Oberflä-chen: Das energiereiche Licht kennt so gut wie keine Hürden.

Serienunikate: so einzigartig wie ein Fingerabdruck

Beschriftungslaser zeichnen sich vor allem durch die hohe Qualität der Ergebnisse aus. So lassen sich mit Laser aufgebrachte DMC-Markierungen aufgrund von Prüfziffernbe-rechnungen auch mit unübertroffener Si-cherheit lesen. Im DMC ist die Information so verteilt, dass sie selbst bei zwanzigpro-zentiger Zerstörung der Markierung nicht verloren geht.

Ein weiteres Merkmal für den Beschrif-tungslaser ist die hohe Flexibilität. Sie kön-nen jede Werkstücksform auch an schwer zugänglichen Stellen markieren. Zudem arbeitet der Laserstrahl berührungs- und verschleißfrei – das spart zusätzlich laufende Kosten gegenüber alternativen Markie-rungsmethoden.

Der Laser als Markierungstool und der Data Matrix Code als Informationsträger bil-den eine ideale Symbiose. Der Vorteil für die Hersteller: Sie müssen zukünftig keine ano-nymen Baugruppen mehr verbauen und kön-nen anhand der Traceability-Informationen den Weg aller Einzelteile bis in ihre jeweilige Geburtsstunde zurückverfolgen. Verantwort-lichkeiten im Sinne der Produkthaftung sind dann klar geregelt. Und kostenintensive und imageschädigende Rückrufaktionen ganzer Serien gehören der Vergangenheit an.

Praxisbeispiel: Lasermarkierung im Mercedes-Benz Werk in Kassel

Die Sicherstellung der Rückverfolgbarkeit von Bauteilen spielt in Europas größtem Werk für Nutzfahrzeugachsen, bei Mercedes-Benz in Kassel, eine zentrale Rolle. Schließlich wer-

Der Traceability-ProzessDaten erstellen

→ Daten codieren → Daten markieren

→ Daten lesen → Daten verwalten → Daten archivieren

ABBILDUNG 2: Die Quadratur der Information: Die maschinenlesbare Data-Matrix codiert weit mehr Daten auf weit weniger Raum als der Barcode. Per Laser lässt sich damit ein 24-stelliger Code auf vier Quadratmillimetern unterbringen.

Die TRUMPF Gruppe zählt mit einem Um-satz von 1,94 Milliarden € und rund 7.300 Mitarbeitern zu den weltweit führenden Unternehmen in der Fertigungstechnik. Unter dem Dach einer Holding sind die drei Geschäftsbereiche – Werkzeugma-schinen/Elektrowerkzeuge, Lasertechnik/Elektronik und Medizintechnik – zusam-mengefasst. Kerngeschäft sind Werkzeug-maschinen für die flexible Blechbearbei-tung zum Stanzen und Umformen, für die Laserbearbeitung und zum Biegen.

Im Bereich industrieller Laser und Lasersy-steme ist das Unternehmen mit Stammsitz in Ditzingen nahe Stuttgart Technologie- und Weltmarktführer. Mit über 50 Toch-tergesellschaften und Niederlassungen ist die Gruppe in fast allen europäischen Ländern, in Nord- und Südamerika sowie in Asien vertreten. Produktionsstandorte befinden sich in Deutschland, China, Frankreich, Mexiko, Österreich, Polen, in der Schweiz, in Taiwan, Tschechien und in den USA. www.trumpf.com

DIE FIRMA

Trumpf GmbH + Co. KG

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den von hier aus Achsen in die ganze Welt geliefert. Große Teile des internationalen Güter- und Personenverkehrs basieren damit auf diesen im wahrsten Sinne des Wortes „tra-genden Teilen“. Das erfordert, mit höchsten Qualitätsstandards zu produzieren. Doch für Jens Henkelmann, der von 2003 bis 2006 die Optimierung des Produktionsprozesses für die Radsätze im Differenzialgetriebe der Van-Serie begleitete, gab es noch eine Reihe zu-sätzlicher Anforderungen. Letztlich konnten jedoch alle über die Markierung der Bauteile mit TRUMPF Lasern gelöst werden.

Hohe Informationsdichte

Die zentralen Bauteile eines Differenzialge-triebes, das Tellerrad und das Antriebskegel-rad, müssen perfekt aufeinander abgestimmt sein, um die hohen Geräuschanforderungen des Gesamtfahrzeugs zu erfüllen. Dazu wer-den sie am Ende eines komplexen Produkti-

onsprozesses in einem so genannten Läpp-vorgang aufeinander angepasst und quasi miteinander „verheiratet“. Nach dem Finish ermitteln die Radsatz-Spezialisten die opti-male Tragbildlage der Verzahnung sowie die dafür notwendige Einbaudistanz auf einem CNC-Tester. Nur mit diesen Informationen lassen sich später Differenzialgetriebe mit optimalen Laufeigenschaften montieren. Traditionell wurden diese Daten von Hand mit einem Gravierstift auf den Bauteilen festgehalten und anschließend wiederum von Mitarbeitern in die computergesteuerte Montageeinheit eingegeben. Ein automati-siertes und maschinenlesbares Markierungs-verfahren sollte diesen Prozess optimieren und Fehlerquellen ausschließen. Ein weiterer Grund für die Einführung eines maschinen-lesbaren Markierungsverfahrens: Das Werk in Kassel produziert nach modernsten Logi-stikmethoden und benötigt dazu Transpa-renz in allen Materialflüssen.

Vorteile des DataMatrix-Codes

Geringster Platzbedarf / hohe Informationsdichte auf kleinster Fläche (z.B. 4 x 4 mm für 24 numerische Zeichen)

Geringer Kontrast ausreichend (lesbar ab 20 %)

Darstellungsformen – normal, invers; eckige oder runde Zellen

Geringste Taktzeiten möglich - bis zu Faktor 6 schneller als Barcode

Lesbar in jeder Winkellage (auch seitenverkehrt oder gespiegelt)

Sehr hohe Lesesicherheit (Prüfziffernrechnung)

Zerstörung bis 20 % des Codes möglich

„Die Wahrscheinlichkeit, daß ein auftretender Fehler nicht erkanntwird, liegt bei 1 zu 61 Millionen Bit.“

Genormt nach DIS 16022 (Draft International Standard)

gleicher Inhalt

ABBILDUNG 3: Jens Henkelmann, Fertigungsspezialist bei Mercedes-Benz in Kassel: „Die Vielzahl an Informationen wie Baumaße sowie Produktions-, Montage- und Logistikdaten lässt sich ideal in einem Data Matrix Code verschlüsseln und über Lasermarkierung dauerhaft auf den Bauteilen abbilden.“

„Die hohe Informationsdichte aus Bau-maßen sowie Produktions-, Montage- und Logistikdaten lässt sich ideal über einen Data Matrix Code auf den Bauteilen dauerhaft abbilden“, berichtet Fertigungsspezialist Henkelmann. „Dafür galt es, ein geeignetes Verfahren zu entwickeln.“ So schied das Inkjet-Verfahren von vornherein mangels Waschbeständigkeit aus. Mit der Nadelprä-gung konnte keine automatische Auslesbar-keit gewährleistet werden. Wie die ersten Versuchsreihen zeigten, die unter anderem schon mit TRUMPF-Lasern durchgeführt wurden, war nur die Lasermarkierung gut lesbar und hielt den robusten Anforderungen stand.

Mit Problemlösungskompetenz überzeugt

Laut Jens Henkelmann konnten die Laser-spezialisten von TRUMPF schon in den ersten Vorgesprächen und Testläufen mit ausgereif-ter Technologie sowie individueller Beratung und Problemlösungskompetenz überzeugen. „Schnell wurde klar, dass wir es mit einem An-bieter zu tun haben, der sich sehr stark mit unserer Aufgabenstellung identifiziert und in hohem Maße eigene Ideen, beispielsweise zur System- und Prozessintegration, mit ein-bringt“, erklärt Henkelmann. Heute sind im Finish der Laufradsätze für alle Van-Modelle fünf TRUMPF Laser aus der TruMark Serie im Einsatz und geben dort bis zu einer Million Bauteilen pro Jahr eine eigene Identität.

Die Gesetzgeber erhöhen den Druck auf die Produkthersteller: Seit dem 1. Januar 1990 muss für Schäden durch fehlerhafte Produkte verschuldensunabhängig ge-haftet werden. Zum 1. August 2002 ist das Gesetz zur Änderung schadensersatz-rechtlicher Vorschriften in Kraft getreten, das nunmehr auch Schmerzensgeldan-sprüche in die Produkthaftung einbe-zieht. Über eine weitere Verschärfung auf europäischer Ebene wird bereits nachge-dacht. So ist seit dem 1.1.2005 die EU-Verordnung Nr. 178/2002 in Kraft, in der unter anderem die Rückverfolgbarkeit von Produkten aus der Lebensmittelindustrie

vorgeschrieben ist. Mit dem US-Tread-Act haben die US-Amerikaner bereits 2000 ein globales Frühwarnsystem im Kraftfahr-zeugsektor zum Schutz der Verbraucher auf den Weg gebracht. Innerhalb von fünf Tagen nach einer Rückrufaktion müssen Hersteller die zuständige Behörde NHTSA (National Highway Traffic Security Agency) informieren, wenn die betroffenen Kraft-fahrzeuge oder Komponenten mit jenen identisch sind, die auch in den USA ver-marktet werden. Verletzen Unternehmen den Tread Act, können Bußgelder bis zu 30 Millionen US-Dollar verhängt werden.

EXKURS: DER RECHTLICHE RAHMEN