Zuverlässige Hochleistungs-CO₂-Laser verbessern die Lampenherstellung

Mit über 100 Jahren Erfahrung im Schweißen ist der Maschinenbauer Arnold Ravensburg (Ravensburg, Deutschland) ein Experte auf diesem Gebiet. Das Unternehmen gehört zu den Pionieren des Laserschweißens und entwickelt seit 1985 eigene Anlagen.

Aufgrund ihres herausragenden Fachwissens, insbesondere im Bereich der CO₂-Laser, wenden sich Unternehmen aus aller Welt an Arnold Ravensburg, um einige ihrer schwierigsten Herausforderungen im Bereich des Laserschweißens zu meistern. Sie wissen, dass das Unternehmen maßgeschneiderte Lösungen entwickelt, die in der Regel Laser, Strahlführungssysteme, Spannvorrichtungen und Roboter für die Teilehandhabung umfassen, anstatt den Kunden bei ihren individuellen Problemen eine Einheitslösung aufzuzwingen.

Anwendungen für Lampendichtungen

Im Jahr 2023 wandte sich ein großer Hersteller von Beleuchtungsprodukten an Arnold Ravensburg, um ein System zur Abdichtung von Entladungslampen zu erhalten. Konkretmusste das zylindrische Quarzglasgehäuse der Lampe geschmolzen werden, um eine Abdichtung mit der inneren Keramikstruktur zu bilden, die die Anode und die Kathode trägt. Diese Abdichtung musste durchgehend und luftdicht sein und sich über den gesamten Umfang der Lampe erstrecken. Dies war notwendig, um das Hochdruckgasgemisch einzuschließen, das in einem späteren Schritt eingefüllt werden sollte. Diese Abdichtung musste über die gesamte Lebensdauer der Lampe bestehen bleiben.

Bei diesem Verfahren muss das Glas an zwei Stellen rund um den gesamten Umfang der Glühbirne geschmolzen werden, um eine luftdichte Abdichtung mit den inneren Keramikkomponenten zu gewährleisten. Dadurch bleibt die Glühbirne während ihrer gesamten Lebensdauer gasgefüllt.

Anfangs führten die Beleuchtungshersteller diesen Versiegelungsprozess mit einer Flamme durch. In den letzten zehn Jahren sind sie jedoch auf die Laserbearbeitung umgestiegen. Sie haben festgestellt, dass das Versiegeln mit Laser eine höhere Wiederholgenauigkeit bietet, und durch den Einsatz von Thermometern mit Temperaturmessung können sie den Prozess besser steuern, um die Konsistenz und den Durchsatz zu verbessern.  

Leider hatte ihr ursprünglicher Lieferant für Lasersysteme mit Qualitäts- und Lieferproblemen zu kämpfen. Sie suchen nun nach einem neuen Lieferanten, der schnellere und zuverlässigere Abläufe sowie pünktliche Lieferungen gewährleisten kann.

Dieser Beleuchtungshersteller hatte bereits mit Arnold Ravensburg zusammengearbeitet, weshalb er sich für dieses Projekt ganz selbstverständlich an das Unternehmen wandte. Da CO₂-Laser die einzige praktikable Lösung für diese Anwendung darstellen, verfügt Arnold Ravensburg über besondere Fachkompetenz auf diesem Gebiet.

Ein CO₂-Laser ist erforderlich, da das Material der Lampenhülle für sichtbares Licht und Nahinfrarotstrahlung durchlässig ist. Das bedeutet, dass es sich nicht ohne Weiteres mit Lasern kürzerer Wellenlänge bearbeiten lässt – deren Licht würde das Material lediglich durchdringen, anstatt es zu erwärmen. 

Laser auswählen

Obwohl für diese Anwendung offensichtlich ein CO₂-Laser erforderlich ist, musste Arnold Ravensburg zunächst die technischen Details klären. Man fand heraus, dass die beste Methode darin bestand, die Glühbirne kontinuierlich zu drehen und gleichzeitig Laserenergie auf den gewünschten Spot zu richten. Auf diese Weise konnte die Glühbirne schnell erhitzt werden. Ein berührungsloser Hochtemperaturmesser überwachte kontinuierlich die Materialtemperatur, und sobald der richtige Wert erreicht war, wurde der Laser abgeschaltet. Die Glühbirne drehte sich weiter, und das geschmolzene Glas floss, um die Versiegelung herzustellen.

Den Ingenieuren von Arnold Ravensburg war bewusst, dass sie diese beiden Versiegelungen aufgrund möglicher Abweichungen bei den Prozessparametern nicht gleichzeitig durchführen konnten. Daher wurden die beiden Versiegelungen nacheinander hergestellt. Der begrenzende Faktor war die Fließgeschwindigkeit des Lampenmaterials, wodurch jeder Schweißvorgang etwa drei Minuten in Anspruch nahm.

Für diesen Prozess ist eine Laserleistung von etwa 800 W erforderlich. Arnold Ravensburg hat sich für Coherent 010 als Lichtquelle für diese Anwendung entschieden. Dabei handelt es sich um das 1-kW-Modell unserer DC-Serie von versiegelten CO₂-Lasern mit Plattenentladung, deren Leistung bis zu 8 kW betragen kann.

Hansjörg Klotz, Vertriebsleiter bei Arnold Ravensburg, erklärt: „Mehrere Faktoren haben uns dazu bewogen, den DC 010 einzusetzen.“ „Unsere Endkunden haben erkannt, dass die versiegelte Schlitzentladungskonstruktion im Vergleich zu den in anderen Mehr-Kilowatt-CO₂-Lasern verwendeten Schnellströmungskonstruktionen eine höhere Zuverlässigkeit bietet. Sie zeichnet sich zudem durch niedrigere Betriebskosten, höhere Zuverlässigkeit, eine längere Lebensdauer und längere Wartungsintervalle aus.Darüber hinaus sind diese Laser hermetisch abgedichtet, wodurch jegliche Probleme durch Verunreinigungen im Laser vermieden werden, was in industriellen Umgebungen stets ein Thema ist. Schließlich bleibt die Ausgangsleistung der DC-Serie über die gesamte Lebensdauer des Lasers hinweg konstant, was eine hervorragende Prozesskonsistenz gewährleistet.“

Gemeinsam zum Erfolg

Aus Sicht von Maschinenherstellern wie Arnold Ravensburg sieht Klotz die einfache Integration als einen wesentlichen Vorteil an. „Wir haben bereits mehrfach Laser der Coherent DC-Serie eingesetzt, und der Aufbau von Systemen um diese herum ist sehr einfach. Sie bieten echte industrielle Schnittstellen und lassen sich nahtlos in Feldbusumgebungen integrieren. Viele unserer Kunden nutzen das Profibus-Protokoll, insbesondere in Deutschland, wo Siemens-Steuerungen fast überall im Einsatz sind – und die DC-Serie unterstützt dies direkt.“

„Ein weiterer Faktor ist Coherent selbst“, berichtet Klotz. „Wir betrachten Coherent und erhalten von ihnen stets problemlos die Unterstützung und Informationen, die wir benötigen. Wenn wir beispielsweise fürCoherent Berechnungen detaillierte Daten zu den Strahleigenschaften bestimmterCoherent benötigen, stellt unsCoherent DatenCoherent .“

„Außerdem haben wir die Erfahrung gemacht, dassCoherent eine hervorragende Einheit-zu-Einheit-KonsistenzCoherent . Sobald wir also die optischen Komponenten entworfen haben, können wir das System aufbauen und wissen, dass keine größeren Einzelanpassungen erforderlich sind. Das gilt auch für die Strahlstabilität; diese verändert sich nach der Installation nicht. Das passt sehr gut zu unserer eigenen Designphilosophie.Das Design des Strahlübertragungssystems von Arnold Ravensburg ermöglicht den Austausch von Spiegeln ohne optische Neuausrichtung. Allerdings setzt dies natürlich voraus, dass die Ausrichtung des Lasers selbst stabil bleibt.“

Klotz sagte: „Das sind Mainstream-Laser, die nur einmal im Jahr gewartet werden müssen.“ „Wir können sie installieren, ohne uns Gedanken über Leistungsprobleme oder Ausfälle vor Ort machen zu müssen. Der Einsatz Coherent in unseren Systemen erspart uns und unseren Kunden Ärger. Das sorgt dafür, dass sie wieder zu uns kommen und mehr von uns kaufen.“