In der ersten Serie von LED-Beleuchtungen von Aquatechnics traten wegen des Ultraschall-Schweißverfahrens Probleme auf. Während des Schweißens setzten sich kleine Partikel auf der Elektronik ab, was schließlich zu Ausfällen von Komponenten führte. Außerdem kam es durch den Wasserdruck in 1,5 m Tiefe zu Undichtig­keiten, sodass die Lampen voll Wasser gelaufen waren. Mit dem Wechsel zum Laser-Durchstrahl-Schweißen ließen sich diese Probleme dauerhaft beheben.

Das Unternehmen Lasermicronics, welches auf Prozessevaluation und -optimierung spezialisiert ist, untersuchte die Pool-Beleuchtung gemeinsam mit den Spezialisten von Aquatechnics und schlug einen sicheren Prozess für das Laserschweißen vor. Dabei passten sie unter anderem auch das Layout der Spritzguss-Bauteile für optimale Zykluszeiten an.

Laser-Kunststoffschweißen als Fügeprozess

Das Laser-Kunststoffschweißen hat sich innerhalb der Vielzahl unterschied­licher Fügeverfahren am schnellsten entwickelt und ist seit etwa zehn Jahren in immer mehr industriellen Anwendungen zu finden. Kaum ein anderes Schweißverfahren ist so vielfältig. Beim Laser-Durchstrahlschweißen, eine Variante des Laser-Kunststoffschweißens, unterscheiden sich die zu fügenden Bauteil-Hälften in ihren Trans­missions­­eigenschaften. Eines der beiden Bauteile ist transparent für die vom Laser eingesetzte Wellenlänge, das andere absorbiert die Laserenergie. Das Bauteil wird während des Fügeprozesses gespannt und der Laserstrahl passiert die Spanntechnik sowie die obere Bauteil-Hälfte an­nähernd ungehindert. Die zweite Hälfte absorbiert das Licht, das dadurch in Wärme umgewandelt wird. Die Wärme­leitung überträgt die entstehende Energie auch auf die transparente Hälfte, sodass beide Materialien schmelzen und sich verbinden. Kühlt das Bauteil wieder ab, erstarrt das Material und eine stoffschlüssige Verbindung entsteht.

Poolbeleuchtung im Laserverfahren

Das Laserverfahren für das Fügen der Poolbeleuchtung erwies sich als schnell und flexibel. In nur vier Wochen erfolgten die Prozess-Evaluierung und die Erstellung eines einfachen Spannwerkzeugs. Im Evaluierungs-prozess untersuchte Lasermicronics in einer Test­reihe, wie sich die Bauteile am besten verbinden lassen. Unter dem transparenten Lampenoberteil besteht das Unterteil aus einem absorbierenden Thermoplast. Beim Schweißen schmilzt etwa 0,1 mm von der Schweißrippe ab. So lassen sich Spritzguss-Toleranzen problemlos ausgleichen, die bei großen Bauteilen sogar bis zu 0,7 mm betragen dürfen.

Leckage-Messungen, Berstdruck-Prüfungen und Untersuchungen unter dem Mikroskop haben die homogene Materialverbindung durch das Laserschweißen bestätigt. Für die an die Testphase anschließende Fertigung benötigte Lasermicronics nach Anlie­ferung der Rohkomponenten lediglich zwei Wochen.

Rückverfolgbarkeit und Online-Überwachung

Die Schweißnaht der Poolbeleuchtung musste sowohl zuverlässig dicht als auch fest sein. Beide Anforderungen lassen sich im eingesetzten LPKF-Schweißsystem während des Fertigungsprozesses überwachen. Die Online-Fügeweg-Überwachung kontrolliert ständig die Ausgangshöhe und den Setzungsweg. Ist ein Bauteil verkippt oder der Deckel verkantet, stellt es das noch vor dem Schweißen fest und die Maschine fährt das Bauteil zurück. Auch bei geänderten Materialeigenschaften oder geometrischen Abweichungen erfolgt eine Warnung, um teure Fehlproduktionen zu verhindern. Sind die Bauteile korrekt positioniert, führt die LQ-Vario innerhalb weniger Sekunden das Schweißen aus und protokolliert den Fügeweg in einem exakt definierten Zeitfenster. Das Laser-Schweißsystem liefert Daten für die Rückverfolgbarkeit der geschweißten Bauteile mit Hilfe eines zweidimensionalen Datamatrix-Codes. Dafür speichert es die protokollierten Prozess­daten für jede Charge auf dem Server. Falls erforderlich erfolgt die Dokumentation auch einzelteilbezogen, wobei jedes Bauteil einen eigenen Barcode erhält.

Messbare Vorteile

Durch das Laser-Durchstrahlschweißen ist der Fertigungsprozess schnell, wirtschaftlich und von hoher Qualität. Das Laserschweißen vermeidet Partikel in der Schweißnaht und benötigt keine Schrauben oder Zusatzstoffe. Außerdem unterliegt die verbaute Elek­tronik beim Schweißen keinen mecha­nischen Belastungen. Da sich die Materialien währenddessen verlässlich durchmengen, sind die Festigkeit und Dichtigkeit größer als bei anderen Verfahren.

 

Neue Technologien

Laser-Durchstrahlschweißen

  • Eine Bauteil-Hälfte ist transparent für die Wellenlänge des Lasers, die andere absorbiert die Energie.
  • Beide Hälften verschmelzen miteinander zu einer stoffschlüssigen Verbindung.
  • Das Verfahren gleicht Spritzguss-Toleranzen bis 0,7 mm aus und benötigt weder Schrauben noch Klemmen.
  • Die Komponenten werden mechanisch nicht belastet.

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Malte Borges