Blue Lasertools: Verbindungstechnik neuer Art
Laserschweißen per Handwerkzeug
Mit dem Penwelder hat die Blue Lasertools GmbH ein innovatives Handwerkzeug auf den Markt gebracht, das Laserstrahlen zum Verschweißen von Fein- und Dünnblechen mit einer Einschweißtiefe von bis zu 1,5 Millimeter nutzt.
Das Laserschwert der sogenannten Jedi aus dem Film Star Wars kennt wohl jeder. Etwas Ähnliches hat das Unternehmen Blue Lasertools GmbH unter dem Namen Penwelder entwickelt. Damit können zwar keine Böswichte bekämpft, doch beste Verschweißungen auf neue Art hergestellt werden. Das Besondere an dieser Innovation ist, dass der Penwelder von Hand geführt wird und problemlos an bestehende Laserschweißanlagen angeschlossen werden kann.
Dadurch ist der Penwelder ähnlich einfach zu handhaben wie ein herkömmlicher Lötkolben. Während dieser seine Energie aus der Steckdose erhält, sorgt eine entsprechende Kupplung beim Penwelder dafür, dass das Laserlicht aus der externen Laseranlage – die von Trumpf, IPG, Coherent oder SPI stammen kann – seinen Weg an die Arbeitsstelle findet.
Ein Laserlichtkabel mit einem Querschnitt von 0,4 beziehungsweise 0,6 Millimeter stellt dabei die optische Verbindung zwischen Laserquelle und Penwelder her. Je nach Hersteller der Laserquellen sorgen passende Steckertypen für eine problemlose Ankopplung. Sogar Exoten sind kein Problem, da auf Wunsch weitere Steckertypen von Blue Lasertools adaptiert werden.
Da Laserlicht insbesondere für die Augen gefährliche Eigenschaften hat, wurden drei entscheidende Sicherheitsschranken errichtet, die Schäden verhindern und die es erst möglich machen, ein handgeführtes Laserwerkzeug sicher zu betreiben. Im Grunde sind drei UND-Funktionen vorhanden, die steuern, ob der Laser arbeiten darf oder nicht.
Sicherheit steht ganz oben
Die erste UND-Funktion fragt ab, ob die Kontaktspitze des Penwelders schon Kontakt zum Werkstück hat. Ist dies nicht der Fall, so wird keine Freigabe von der Steuerung – einer Siemens S7 1200 – erteilt.
Die zweite UND-Funktion überprüft den Status des Handschalters am Griff des Penwelders. Erst wenn dieser Schalter betätigt wird, geht diese UND-Funktion in den High-Modus beziehungsweise schaltet von logisch 0 auf logisch 1 um.
Die dritte UND-Funktion kontrolliert den Sicherheits-Fußschalter. Nur wenn dieser betätigt ist, wird ein 1-Signal an die Steuerung weitergereicht.
Somit ist ganz klar festgelegt, dass die S7-Steuerung nur dann die Freigabe für die Durchführung des Laserschweißens erteilt, wenn alle drei UND-Funktionen sich im High-Modus befinden beziehungsweise ein 1-Signal liefern. So wird zuverlässig verhindert, dass Laserlicht unbeabsichtigt aus dem Penwelder tritt und Augenverletzungen verursacht.
Schutzausrüstung beachten
In diesem Zusammenhang ist wichtig zu erwähnen, dass der Penwelder mit Laserquellen arbeitet, die Wellenlängen von 1 030 bis 1 070 nm bereitstellen. Dieses Lichtspektrum liegt im Infrarotbereich und kann Verbrennungen der Haut sowie Linsentrübung beziehungsweise Verletzungen der Netzhaut hervorrufen. Es ist daher absolut wichtig, beim Arbeiten mit dem Penwelder zu diesen Wellenlängen passende Schutzbrillen zu nutzen! Sonst ist normale Arbeitskleidung ausreichend.
Aufgrund der Eigenschaften des Laserlichts ist der Penwelder mit der Laserschutzklasse 4 versehen. Dies ist die derzeit höchste Schutzklasse für Laseranlagen, weshalb entsprechende Schutzvorkehrungen von höchster Wichtigkeit sind. So darf der Penwelder beispielsweise in geschlossenen Räumen nur dann betrieben werden, wenn sicher ausgeschlossen werden kann, dass sich ungeschützte Personen während des Laserbetriebs unbeabsichtigt Zutritt verschaffen können.
Sind alle Sicherheitsvorkehrungen getroffen, steht dem neuen Schweißgenuss nichts mehr im Wege. Und man kann in der Tat von einem Genuss sprechen, denn das Schweißen von Fein- und Dünnblechen ist mit bestechender Qualität und Leichtigkeit möglich, die einfach nur begeistert.
Perfekte Schweißnähte
Wurde bis dato das eine oder andere Werkstück „geschrottet“, da es sich beispielsweise beim herkömmlichen Schweißen durch zu große Hitzeeinwirkung unreparierbar verzog, so können nun mit dem Penwelder nach nur kurzer Übungszeit sehr feine und gleichmäßige Verschweißungen hergestellt werden, die höchsten Anforderungen genügen.
Das Geheimnis liegt im gepulsten Laserstrahl, der in der Lage ist, in kurzer Zeit eine sehr hohe Leistung in das Material einzubringen, das auf diese Weise in extrem kurzer Zeit aufschmilzt und wieder abkühlt. Resultat ist eine homogene Verbindung zweier Teile an der Schweißstelle.
Damit dies perfekt gelingt, kann über ein PC-Programm die Leistung des Lasers sehr fein reguliert werden, sodass in kleiner Abstufung Einschweißtiefen von bis zu 1,5 Millimeter realisierbar sind. Passende Einstellungen können gespeichert und somit wiederverwendet werden.
Rasch zum Programm
Da beim täglichen Arbeiten eine PC-Lösung zur Einstellung der Schweißparameter eher hinderlich ist, kann für die S7-Steuerung optional ein Programmwahlschalter geordert werden, der es erlaubt, bis zu vier unterschiedlich Schweißprogramme abzulegen und bei Bedarf rasch aufzurufen.
Zur Veranschaulichung der Kraft eines gepulsten Laserstrahls kann auch der Schlag eines Sportlers angeführt werden, der Karate – eine fernöstliche Kampfkunst – beherrscht. Auch hier wird in ganz kurzer Zeit die ganze Kraft des Schlages freigesetzt, was selbst dicke Knochen splittern lässt.
Zur Verdeutlichung der eingebrachten Energiemenge beim Schweißen sei angemerkt, dass beim WIG-Schweißen (Lichtbogenschweißen) Leistungsdichten von 105 W/cm2 erreicht werden, wohingegen beim Laserschweißen im Pulsbetrieb Leistungsdichten bis zu 109 W/cm2 erreicht werden. Dennoch ist die Impulsdauer derart kurz, dass nur geringe Wärmemengen in das zu verschweißende Material eingebracht werden. Diese ist so gering, dass die zu verschweißenden Teile sogar von Hand fixiert werden können. Es genügt, wenige Zentimeter Abstand zur Schweißstelle einzuhalten.
Selbstverständlich erfolgen auch beim Laserschweißen Oxydationsvorgänge des Schmelzbades mit dem Luftsauerstoff. Bei Bedarf kann daher ein Schutzgas koaxial zum Laserstrahl über die Kontaktspitze des Penwelders zugeführt werden.
Das Schweißen mit dem Penwelder ist absolut einfach und erinnert an das Setzen von Klebepunkten mit einer Klebstoffpistole oder an das Löten mit einem Lötkolben. Beide Verfahren können auch von ungelernten Fachkräften durchgeführt werden. Der Penwelder steht dem nicht nach – auch dieses Handwerkzeug kann nach kurzer Einarbeitungszeit, die sich in der Regel auf wenige Stunden begrenzt, produktiv genutzt werden.
Damit lassen sich Edelstähle, Kupfer, Titan oder Aluminiumteile – in Abhängigkeit der Leistung der Laserquelle – sicher, sauber und in kurzer Zeit verbinden. Die Schweißnähte sind lunkerfrei und benötigen wenig Nacharbeit. Üblicherweise genügt es, mit einem Lappen die Schweißstelle abzureiben, um Schmauchspuren zu beseitigen. Die Schweißnaht selbst ist bei korrekter Schweißung nach dem Abwischen mit dem Lappen sofort hell glänzend und vermittelt ein wertiges Aussehen.
Die Leistung des Laserstrahls kann mithilfe der Steuerung der Blechdicke in feiner Abstufung angepasst werden, sodass sowohl Einzel- als auch Serienteile Stück für Stück mit der gewünschten Einschweißtiefe verschweißbar sind.Für viele Anwendungsfälle sind von Blue Lasertools bereits passende Kontaktspitzen entwickelt worden und stehen als Zubehör zur Verfügung. Sollten diese für den einen oder anderen Anwendungsfall ungeeignet sein, so können angepasste Kontaktspitzen geordert werden, sodass auch diese Schweißungen mit bester Qualität glänzen.
Dies ist nicht zuletzt für Schweißungen interessant, die mithilfe einer Vorrichtung durchgeführt werden. Die Geometrie der Vorrichtung kann in der Regel problemlos berücksichtigt werden, sodass einer perfekten Schweißnaht kein Hindernis im Wege steht.
Perfekt durchdacht
Die Väter des Penwelders haben sogar an ein Führungslineal gedacht, das es erlaubt, beispielsweise Kanten von Gehäusen sauber zu verschweißen. Geführt in einer Nut gelingt das Verschweißen, ohne ein Abrutschen der Penwelder-Spitze befürchten zu müssen. Dies erlaubt eine massive Reduzierung von bisher nötigen Schweißvorrichtungen, sodass hier massive Einsparungen zu erwarten sind.
Es zeigt sich, dass der Penwelder ein echter Tipp in Sachen Fein- und Dünnblechschweißen ist. Es lohnt sich, diesen Geniestreich an eigenen Werkstücken auszuprobieren. Die Spezialisten von Blue Lasertools kommen gerne vorbei und präsentieren ihr Handwerkzeug in der realen Produktionsumgebung. Es sollte anhand der selbst erlebten Vorzüge nicht wundern, wenn danach die Unterschrift unter dem Kaufvertrag folgt.
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Diesen Artikel finden Sie auch in Ausgabe 1/2020 auf Seite 90. Zum besagten Heft führt ein Klick auf den nachfolgenden Button!
