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3D-Schutz für Glasfaserkabel

Text: Jörg Ottersbach, Igus Fotos: Igus
Das Kernstück einer mobilen Härteanlage, der Hochleistungsdiodenlaser, wird per Robotergeführt. Dabei muss die Energiezuführung die empfindliche Glasfaserleitung des Lasersschützen und zusätzlich für die notwendige Beweglichkeit der Roboterhand sorgen.

Leitungen sind die Lebensadern einer Produktionsanlage. Sie müssen effektiv geschützt werden, um zu verhindern, dass Prozesse unterbrochen werden müssen. „Eine Glasfaserleitung in unseren Härteanlagen kann bis zu 20000 Euro kosten“, sagt Eckehard Hensel, Geschäftsführer von Alotec. Deshalb setzt der Hersteller von Laserstrahlhärteanlagen auf die in alle Richtungen beweglichen Triflex-R-Energiezuführungen von Igus. Sie wurden speziell für anspruchsvolle Anwendungen mit 6-Achsen-Robotern entwickelt und decken von Schweiß- bis zu Palettieranwendenungen alle Anforderungsprofile im rauen industriellen Umfeld ab.Laserhärten oder Laserstrahlhärten kommt seit etwa zehn Jahren in der Industrie zur Anwendung. Dabei werden unter anderem direkt strahlende und fasergekoppelte Hochleistungsdiodenlaser eingesetzt, die in einem relativ kurzen Wellenlängenbereich arbeiten. Die Energieabsorption im Werkstoff ist dadurch im Vergleich zu anderen Laserstrahlquellen deutlich effizienter. Beim Laserhärten wird Wärme zielorientiert oder partiell in das Bauteil eingebracht. Die Wärmemenge ist deutlich niedriger als bei anderen Verfahren. Der Vorteil: ein nicht signifikanter Bauteilverzug. Folglich lässt sich eine spanende Nachbearbeitung am gehärteten Bauteil minimieren oder sogar vermeiden. Zu den weiteren Vorteilen des Laserhärtens gehören neben einem hohen energetischen Wirkungsgrad, kurze Prozesszeiten und damit die schnelle Verfügbarkeit gehärteter Bauteile für nachfolgende Produktionsschritte. Weitere Kennzeichen sind eine signifikante Umweltverträglichkeit und Sauberkeit. Kühlmedien wie Öl oder Wasser sind nicht erforderlich. Voraussetzung ist lediglich der direkte freie Zugang des Laserstrahls zur Bauteiloberfläche. Härten lassen sich grundsätzlich Oberflächen aus Stahlguss, Bau-, Vergütungs- und Werkzeugstählen, aber auch unterschiedliche Gusseisensorten wie Grauguss mit Lamellen- oder Kugelgraphit.

Zuverlässige Prozessabläufe

Die Strahlquelle des Hochleistungsdiodenlasers wird von einem 6-Achsen-Roboter mit entsprechend hohen Freiheitsgraden geführt. Der fasergekoppelte Diodenlaser arbeitet über eine Glasfaserleitung. Diese muss direkt an die Roboterhand, also bis zur sechsten Achse, gebracht werden. „Die Glasfaserleitung liegt separat in einer eigenen Führung. Sie darf beim Einlegen nicht beschädigt und auch im späteren Betrieb unter keinen Umständen geknickt werden. Dennoch muss sie relativ einfach ein- und auszubauen sein“, erklärt der Alotec-Geschäftsführer.Sämtliche Leitungen liegen in Triflex-Energiezuführungen der Serie TRE.70, eine von außen zu befüllende 3D-Kette. Durch das Zweikammerprinzip bietet die Triflex-Serie TRE.70r die Möglichkeit, empfindliche Leitungen in einer einzelnen Kammer und damit besonders geschützt zu verlegen. Der umlaufende Biegeradienanschlag sowie der definierte Torsionsanschlag verhindern eine Überbeanspruchung der Leitungen, die auch nachträglich ausgetauscht werden können. Ein weiteres konstruktives Detail: Die Energiezuführungsserie lässt sich einfach kürzen und verlängern. Damit kann beim Aufbau einer Kundenanlage auf die baulichen Gegebenheiten vor Ort schnell reagiert werden, indem die Energiezuführungen gliedweise in der Länge angepasst werden. Um für die notwendige Steifigkeit des Gesamtsystems zu sorgen, führt der Anlagenbauer in die werksseitig vorgesehenen Bohrungen der Kette Glasfaserstäbe ein. Damit kann der Biegeradius auf die notwendigen 350 mm begrenzt werden. „Die Themen Beschleunigung oder Zugkräfte spielen für uns keine Rolle, es kommt auf Beweglichkeit, Zuverlässigkeit und Montagefreundlichkeit an“, verdeutlicht Hensel. „Auch an die Temperaturbeständigkeit stellen wir hohe Anforderungen.“ Die Laserleistung der Härteanlage liegt in der Regel bei 2bis 6 kW, je nach Anlage kann sie allerdings auch wesentlich höher sein. Durch die teilweise Reflexion des Laserstrahles an der Bauteiloberfläche steigt die Wärmestrahlung. Kommen konkav geformte Bauteile dazu, fokussiert sich die Wärme wie durch eine Linse. Dieser Fokuspunkt mit seiner Leistungsdichte kann schlimmstenfalls die Glasfaserleitung durchbrennen. Der Anlagenbauer hat das Problem mit einer Schweißschutzhülle gelöst, die vor reflektierender Strahlung schützt und damit die Funktionsfähigkeit der optischen Leitung sichert. „Die Entfernung von der Strahlquelle zum Bauteil beträgt nur wenige Zentimeter. Im schlimmsten Fall müssten drei oder vier Kunststoffkettenglieder ausgetauscht werden“, erklärt Geschäftsführer Hensel.

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