Das ausgewählte manuelle Schweißsystem ist hochtemperaturbeständig

In den letzten 100 Jahren hat sich Watlow von einem Hersteller von Heizelementen für die Schuhindustrie mit Sitz in St. Louis, Missouri, zu einem der weltweit führenden Anbieter von präzisen elektrischen Heizlösungen entwickelt. Heute kommen die Produkte des Unternehmens in anspruchsvollen Anwendungsbereichen wie der Halbleiterfertigung, den Bereichen saubere Energie und Umwelttechnik, der Dieselabgasreinigung, der Medizin, klinischen und analytischen Produkten sowie in der Gastronomie zum Einsatz.

Bessere Heizgeräte entwickeln

Im Laufe seiner Unternehmensgeschichte übernahm Watlow ein Team aus dem österreichischen Kuchl, das ein ausgeklügeltes und neuartiges Verfahren zur Herstellung von Widerstandsheizelementen entwickelt hatte. Bei dieser Technologie werden mittels Thermospritzverfahren sehr dünne Schichten aus Widerstandsmaterial auf Metall- oder Keramiksubstrate aufgebracht.

Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Heizelementen aus Nickel-Chrom-Legierungsdraht bietet dieses Verfahren mehrere Vorteile. Insbesondere ermöglicht es die Herstellung großflächiger Heizelemente, die sehr hohe Temperaturen und einen hohen Wärmefluss liefern, und lässt sich in einer Vielzahl unterschiedlicher Formen und Konfigurationen realisieren. Dieses Verfahren hat sich als so nützlich und anpassungsfähig erwiesen, dass mehrere der vom Unternehmen für präzise Temperaturregelungsanwendungen eingesetzten Hochleistungs-Heizelemente mittlerweile auf diesem Verfahren basieren.

Eine gute Verbindung herstellen

Zunächst standen die Entwickler jedoch vor einem scheinbar unüberwindbaren Problem. Konkret ging es um die Verkabelung, die für die Stromversorgung dieser thermischen Spritzschicht erforderlich war.

Aus mehreren Gründen können herkömmliche Lote, die fast überall für elektrische Verbindungen verwendet werden, hier nicht eingesetzt werden. Zum einen bildet sich auf der Oberfläche der thermisch gespritzten Widerstandsmaterialien in der Regel eine Oxidschicht, die eine Verbindung mit dem Lot verhindert. Außerdem schmelzen die meisten Lote, wenn diese Heizelemente hohe Betriebstemperaturen erreichen. Daher werden die herkömmlichen Heizelemente aus Nickel-Chrom-Legierungen in den meisten Produkten durch eine Form der Press- oder Nietverbindung mechanisch befestigt.

Manchmal werden auch verschiedene Schweißverfahren (einschließlich Mikroplasmaschweißen) eingesetzt, um Metalldrähte mit herkömmlichen Heizelementen aus Nickel-Chrom-Legierungen zu verbinden. Da diese Verfahren jedoch zu viel Wärme auf die dünne und relativ empfindliche thermisch gespritzte Widerstandsschicht abgeben, sind sie für Watlow-Anwendungen nicht ideal geeignet. Tatsächlich unterliegt sogar das herkömmliche Schweißen denselben Einschränkungen.  

Lösungen für das Laserschweißen

Als die Ingenieure von Watlow zum ersten Mal die Produktbeschreibung Coherent sahen, dachten sie, dass dies die Lösung für ihr Problem sein könnte. Ihnen wurde sofort klar, dass dieses Produkt im Vergleich zu anderen Schweißtechniken zwei wichtige und herausragende Merkmale aufweist. 

Erstens wird der Laserstrahl auf einen kleinen Punkt fokussiert, was bedeutet, dass die Wärme auf einen sehr kleinen Bereich konzentriert wird. Zweitens lässt sich die Einschaltdauer des Lasers präzise steuern, wodurch die in die thermisch gespritzte Schicht eingekoppelte Gesamtenergie sorgfältig begrenzt werden kann. 

Zusammenfassend bedeutet dies, dass der Metalldraht (und eine geringe Menge der thermisch gespritzten Schicht) vollständig geschmolzen werden können, um sie miteinander zu verschmelzen und so eine zuverlässige Verbindung herzustellen. Dabei kann der gesamte Wärmeeintrag während dieses Prozesses so gering wie möglich gehalten werden, sodass weder die thermisch gespritzte Schicht noch das Grundmaterial beschädigt oder verformt werden. 

in Produktion gehen

Nachdem die Ingenieure von Kuchl das manuelle Schweißsystem „Select“ Coherent getestet hatten, kamen sie schnell zu dem Schluss, dass dies eine praktikable Lösung für ihr Problem sei. Sie stellten fest, dass es zuverlässig Verbindungen erzeugt, die die für ihre kommerziellen Produkte erforderlichen elektrischen und mechanischen Eigenschaften aufweisen. 

Um jedoch ein Gerät in der Produktionsumgebung erfolgreich einsetzen zu können, reicht es nicht aus, lediglich die erforderlichen Prozesse auszuführen. Im Idealfall sollte ein Fertigungssystem benutzerfreundlich, kosteneffizient und zuverlässig sein, eine kurze Einarbeitungszeit erfordern und flexibel genug sein, um sich an wechselnde Anforderungen anzupassen. 

Watlow hat festgestellt, dass das manuelle Schweißsystem „Select“ all diese Anforderungen erfüllt. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und die Bedienelemente sind intuitiv und ergonomisch gestaltet. Daher können Bediener den Umgang mit dem Gerät schnell erlernen und es anschließend täglich mehrere Stunden lang mühelos bedienen. 

Konstrukteure und Fertigungsingenieure können die Schweißparameter zudem problemlos anpassen. Dadurch lassen sich neue Produktdesigns oder unterschiedliche Materialkombinationen schnell in die Produktion überführen.

Coherent das Wachstum

Das manuelle Schweißsystem „Select“ erfüllt alle technischen Anforderungen von Watlow. Genauso wichtig ist jedoch, dass Coherent der Lieferant Coherent diese Anforderungen Coherent . „Wir haben drei manuelle ‚Select‘-Schweißsysteme, die manchmal rund um die Uhr im Einsatz sind, und wir haben selten Probleme“, erklärt Gernot Antosch, Anwendungs- und Entwicklungsingenieur bei Watlow in Kuchl. „Wenn jedoch einmal ein Problem auftritt, kannCoherent beheben.Coherent bei der Entwicklung neuer Prozessrezepturen. Das ist besonders hilfreich, wenn wir daran arbeiten, wie sich schwierige Kombinationen unterschiedlicher Materialien besser verschweißen lassen, sowie bei einigen anderen anspruchsvolleren Anwendungen, mit denen wir konfrontiert sind.“  

Das Team von Kuchl war zudem an der Übertragung seiner Fertigungstechnologie auf das Watlow-Werk in den USA beteiligt, wo höhere Produktionsmengen erzielt werden. Das Laserschweißen hat sich als skalierbar erwiesen und wurde in diesem Umfeld erfolgreich eingesetzt. In Umgebungen mit höheren Produktionsmengen sind Unternehmen jedoch in der Regel von manuellen Schweißsystemen auf stärker automatisierte Systeme umgestiegen. Coherent Support Coherent hat diese Umstellung erleichtert. 

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