LASERGLAS-
BEARBEITUNG
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Im heutigen Umfeld ist die Reduzierung der Fertigungskosten einer der entscheidenden Faktoren, um am globalen Markt bestehen zu können. Dies gilt auch für die glasbe- und verarbeitende Industrie. Ein wirksames Mittel zur Erreichung dieses Zieles ist die Erhöhung des Automatisierungsgrades in der Produktion bzw. die Senkung von Personalkosten. An dieser Stelle kann der Laser, der seit Jahrzehnten erfolgreich in der Automobil- und Metallindustrie eingesetzt wird, auch in der Glasindustrie einen Beitrag leisten. Einer der großen Vorteile liegt hierbei in der hervorragenden Automatisierbarkeit der Produktionsprozesse. Weiterhin ist das Werkzeug Strahlung extrem flexibel. So ist z. Bsp. durch Fokussierung der Laserstrahlung das Schneiden von Quarz oder auch Anritzen von borosilikatischen Gläsern zum anschließenden Absprengen möglich. Bei der Einstellung größerer Laserstrahldurchmesser erfolgt eine gezielte Glaserwärmung für mögliche Form- oder Fügeprozesse. Nicht zuletzt kann jede Glasart von Quarz bis AR-Glas mit einer Laserstrahlquelle bearbeitet werden.
Die wichtigsten Vorteile des Lasers im Überblick
Vollautomatisierte Bearbeitungsprozesse
• mehrere Bearbeitungsverfahren mit „einem Werkzeug“
• fokussiert schneiden, defokussiert erwärmen
• Möglichkeit der Fertigung vom Ausgangsrohr,
nicht nur mit Rohrabschnitten
Präzise Temperaturregelung bei Erwärmungsprozessen
• frei einstellbare Temperaturverläufe, angepasst an den
Bearbeitungsprozess
• hohe Reproduzierbarkeit: „gleicher Prozessablauf – gleiches Prozessergebnis“
• kraftfreie Bearbeitung - kein Flammdruck
Im Prozess kein chemischer Einfluss auf das Glas
• kein Kondenswasser oder Ruß
• keine Verschmelzspannungen
Gezielte und effiziente Energieeinbringung in das Glas
• schnelle Erwärmung
• keine / geringe Erwärmung der Maschinenperipherie
Einstellbare Intensitätsverteilung in der Erwärmungszone
• Erwärmungszone am Glas kann eingestellt werden
z. Bsp. linienförmig, kreisrund, elliptisch etc.
Hohe Kosteneffizienz
• durch systembedingte Flexibilität
• kurze Bearbeitungszeiten
• ggf. Mehrfachnutzung eines Lasers auf mehreren
Bearbeitungsmaschinen
• wartungsarm bzw. wartungsfrei
laborglas
lampenglas
• fügen
• formen
• trennen
• kalibrieren
• verrunden
• beschriften
• bohren
Hier sind oftmals mehrere Prozess-schritte notwendig, um zum finalen Produkt zu gelangen. So werden bei der Herstellung von Thermometern Rohrgläser zunächst verjüngt, in der verjüngten Zone getrennt und anschließend an dieser Stelle mit Rohrgläsern, die dem verjüngten Durchmesser entsprechen, gefügt. Im Fertigungsverlauf müssen weiterhin die Enden des großen und kleinen Rohrdurchmessers verschlossen werden.
• fügen
(auch Glas-Metall Verbindung)
• formen
• trennen
• kalibrieren
(Wandstärke, Durchmesser)
• verrunden
• bohren
• polieren
Ein wesentlicher Prozessschritt in der Herstellung von Lampenglas ist das Schneiden von Rohrglas. Das Schneiden wird hierbei je nach Glasart unterschiedlich umgesetzt. Während Gläser mit höheren Ausdehnungs-koeffizienten thermoschockgetrennt oder geritzt und gebrochen werden, wird Quarzrohr typischerweise gesägt.
solarthermie
• fügen
(auch Glas-Metall Verbindung)
• formen
• trennen
Rohrglas kann mithilfe von Laserstrahlung für komplexere Formvorgänge erwärmt werden. So wird die Lasererwärmung beispielsweise in der Herstellung von Sydney-Röhren verwendet. Weiterhin können Rohrgläser im Stumpfstoß, analog zur Brennererwärmung, mittels Laser gefügt werden. Ein besonderes Highlight ist die Herstellung von Glas-Metall-Verbindungen, die ebenfalls in der Solarthermie eingesetzt werden.
ARNOLD
BAUKASTEN-
SYSTEM
Das ARNOLD Baukastensystem
Unsere Anlagenkonzepte sind auf unserem standardisierten Baukastensystem für Glasbearbeitungsmaschinen aufgebaut und können mit entsprechenden Formwerkzeugen, Automatisierungskomponenten für das automatische Be- und Entladen der Maschinen ergänzt werden. Je nach Kundenapplikation wird die passende Laserstrahlquelle ausgewählt und implementiert. Selbstverständlich bieten wir Ihnen auch gerne individuelle Lösungen, die wir auf Ihre Fertigungsprozesse abstimmen, an.
Bei der Bearbeitung von Glas mithilfe von Laserstrahlung kommen prinzipiell mehrere Lasertypen infrage. Gläser verhalten sich, im für das menschliche Auge sichtbaren Bereich des Lichtes bzw. im Nahinfraroten (mögliche Laserwellenlängen etwa 500nm bis 1100nm) transparent. Deshalb können sie mithilfe von Festkörperlasern, die Strahlung in diesen Bereichen emittieren, im Volumen markiert werden. Man spricht dabei von der Glasinnengravur, beispielsweise für Designanwendungen.
Soll Glas gezielt erwärmt werden, beispielsweise für Form- oder Fügevorgänge, sind CO2-Laser zu empfehlen. Sie emittieren Strahlung im mittleren Infrarotbereich. Eine für CO2-Laser typische Wellenlänge liegt bei 10600nm. Die Grafik verdeutlicht, dass sich Glas, unabhängig von der Glasart, bei Bestrahlung mit dieser Wellenlänge opak, also nicht transparent, verhält. Somit wird die Laserstrahlung an der Glasoberfläche absorbiert und/oder reflektiert. Der Anteil an Reflexi-on richtet sich nach der Bestrahlungssituation und dem Einstrahlwinkel und liegt etwa bei 20%. Somit werden 80% der vom Laser emittierten Strahlung an der Glasoberfläche absorbiert und in Glaswärme umgewandelt.
Aufgrund der definierten Wärmeeinbringung bei Verwendung von Lasern bei der Rohrglaserwärmung können Formwerkzeuge oftmals während des Aufheizens in Eingriff gebracht werden, was zu einer Verkürzung der Prozesszeit führt. Als Materialien für Formwerkzeuge können z. Bsp. Grauguss, Graphit oder Edelstahl zum Einsatz kommen. Die Auswahl richtet sich nach dem Prozess und der zu formenden Glasart.
Im Zuge der Einführung von Laserbearbeitungsanlagen wurde auch die Art und Weise der Steuerung von Arnold-Maschinen grundlegend überarbeitet. So ist es nun möglich, frei programmierbare Prozessabläufe mithilfe einer grafikbasierten Programmieroberfläche per Drag&Drop zu erstellen. Fest programmierte Schrittketten, die nur einen eingeschränkten Eingriff in den jeweiligen Bearbeitungsprozess der Maschine erlauben, gehören somit der Vergangenheit an.
AEPS+ kann auf jedem handelsüblichen Rechner installiert werden und stellt die Kommunikation zur Maschinensteuerung (SPS) über eine Netzwerkverbindung her. Die eigentliche Erstellung der vollautomatischen Programmabläufe erfolgt dann mittels Drag&Drop.
Die Vorteile eines Einsatzes von AEPS+ im Überblick:
1. Erstellung bzw. Änderung von Programmabläufen ohne
externe Softwareentwickler
• keine Herausgabe von internem Prozess Know-How
• Hohe Flexibilität und Unabhängigkeit
• Sehr kurzfristige Reaktionszeit bei dringend erforderlichen
Anpassungen von Prozessparametern
• hohe Kosteneinsparungen
• Rechteverwaltung
2. Intuitive graphische Maschinenprogrammierung per
Drag&Drop
• Keine Programmierkenntnisse bei Anlagenbedienern bzw.
Prozessspezialisten erforderlich
• Erstellung neuer / Anpassung bestehender Programmabläufe in
kürzester Zeit ohne Einarbeitung möglich
• Ablaufprogrammierung erfolgt auf handelsüblichem
Notebook / PC
• Theoretisch unendlich viele Programmabläufe
können erstellt werden
• Redundante Sicherung der erstellen Prozessabläufe auf
externen Medien möglich
Arnold-Glasdrehmaschinen werden in der Laborglas-Herstellung und Elektronikindustrie für Ansetz-, Form- und Einschmelzarbeiten eingesetzt. Außerdem finden sie Anwendung in der Quarzglasindustrie für das Außenkalibrieren großer, langer Rohre sowie für Ansetz- und Umformarbeiten mit spezieller Werkzeug- und Maschinenausstattung. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Faser-Industrie mit speziellen Maschinenkonzepten für die jeweiligen Verfahrensschritte.
Je nach Anwendungsfall und Kundenwunsch hinsichtlich der Taktzeitanforderung können Glasdrehmaschinen mit Kugelgewindetrieben oder Linearmotoren ausgestattet werden. Diese Antriebsvariante zeichnet sich durch hohe Beschleunigungswerte und Endgeschwindigkeiten aus. Aufgrund der berührungslosen Übertragung der Antriebskräfte zwischen Arbeitskopf und Maschinenbett arbeiten diese Antriebe nahezu verschleißfrei.
MASCHINEN
ARNOLD Präzisions-Glasdrehmaschinen eignet sich besonders für Laseranwendungen zum Beispiel in der Labor- und Lampenglasindustrie aufgrund seines Aufbaus mit einem stabilen und verwindungssteifen Maschinenbett sowie der für jeden Arbeitskopf getrennten Antriebstechnik. Die Maschine ist als kompakte Einheit einschließlich dem Laseraggregat und der Maschinensteuerung aufgebaut und kann wahlweise im manuellen Betrieb oder auch im voll automatisierten Betrieb – z.B. durch Bauteilbe- und Entladung mittels Industrieroboter – betrieben werden.
P1040 Laser
Die P1040 Laser basiert auf der Arnold Standard Glasdrehmaschine P1040.
Diese universell einsetzbare Präzisions-Glasdrehmaschine eignet sich insbesondere für Laseranwendungen zum Beispiel in der Labor- und Lampenglasindustrie. Mögliche Bearbeitungsprozesse sind unter anderem Fügen, Formen, Trennen, Flansch- / Gewindeherstellung, Kalibrieren, Bohren. Das System verfügt über ein stabiles, verwindungssteifes Maschinenbett und eine für jeden Arbeitskopf getrennte Antriebstechnik.
Mithilfe einer motorisierten Achse zur Aufnahme der Fokussieroptik ist eine stufenlose Einstellung des Laserstrahldurchmessers möglich. Die Maschine ist als kompakte Einheit einschließlich Laser und Maschinensteuerung aufgebaut und kann wahlweise im manuellen Betrieb oder auch im vollautomatisierten Betrieb, beispielsweise durch Bauteilbe- und Entladung mittels Industrieroboter, betrieben werden
NC 56 Laser
Die NC 56 Laser basiert auf der Arnold Standard Glasdrehmaschine NC56.
Diese numerisch gesteuerte Präzisions-Glasdrehmaschine eignet sich besonders für Laseranwendungen wie z.B. Fügen oder Formen von größeren rohrförmigen Bauteilen zum Beispiel in der Solarindustrie oder im chemischen Apparatebau. Die Maschine verfügt über ein äußerst stabiles und verwindungssteifes Maschinenbett sowie eine für jeden Arbeitskopf getrennte Antriebstechnik.
Das Laseraggregat incl. des erforderlichen Kühlaggregats ist als separat stehende Einheit adaptiert. Über Strahlweichen ist dann beispielsweise auch ein wirtschaftlich attraktiver Mehrmaschinenbetrieb mit nur einem Lasersystem möglich. Die Maschine kann wahlweise im manuellen Betrieb oder auch im voll automatisierten Betrieb – z.B. mit einem automatischen Be- und Entladesystem der Bauteile betrieben werden.
Lasergravuranlage
Automatisierte Lasermaschine zur Gravur verschiedenster Oberflächen
MEDIA
ARNOLD P1040
ARNOLD Lasergravuranlage
Anwendungsbeispiele
Konstruktion einer Laseranlage
