ESM


Förderkennzeichen: MF140169
Projektlaufzeit: 01.07.2015 bis 30.09.2017

Effizienzsteigerung des laserbasierten Glasrohrfügeprozesses durch Nutzung der beim Bearbeitungsprozess auftretenden Wärmestrahlung und Laserstreustrahlung

Das Fügen von Rohrglas ist für viele Bereiche wie Pharmazie, Chemie, Mikroelektronik oder für die Glasfaserindustrie von großer Bedeutung. Die am häufigsten eingesetzte Technologie für den Fügeprozess basiert auf einer Flamme als Strahlungsquelle. Im Gegensatz zu diesem Fügeverfahren, hat das auf einem CO2-Laser basierende Fügen gerade die Markteintrittsschwelle überschritten. Obwohl der Laser gegenüber der Flamme viele Vorteile besitzt, zögern viele glasverarbeitende Firmen aufgrund der hohen Investitionskosten, auf laserbasierende Bearbeitungen umzustellen. Es stellt sich deshalb die Aufgabe, durch eine Effizienzsteigerung des Verfahrens sowohl die Investitionskosten als auch die Kosten je Fügezone zu senken.

Die Steigerung der Effizienz soll durch die Reduzierung der beim Fügeprozess auftretenden Strahlungsverluste in Form von Wärmestrahlung und reflektierter Laserstrahlung erreicht werden.

Um beide Strahlungsanteile nutzbar zu machen, wurde eine geschlossene, reflektierende "Wandung" in Form eines Ringspiegels um das Rohr positioniert , die die Strahlung zum Rohrglas zurückreflektierte und dort wieder absorbierte. Das Ziel war die Senkung des für den Fügeprozess benötigten Energiebedarfs und damit die Reduzierung der Kosten für den Fügeprozess. Desweiteren sollte durch den zusätzlichen Energieeintrag in die Fügezone die maximal für den Prozess benötigte Laserleistung gesenkt werden. Demzufolge wäre die Anschaffung einer kleineren Laserquelle möglich und die Investitionskosten könnten so gesenkt werden.

Aktueller Stand

Nach der erfolgreichen Entwicklung und Fertigung des Spiegelsystems konnten Blindnahtschweiß- und Rohrglasfügeversuche durchgeführt werden. Diese wurden im Anschluss mit den konventionellen Fügeversuchen verglichen. Die Auswertungen haben ergeben, dass durch das neue System eine signifikante Einsparung des Energiebedarfs um ca. 22% und eine Senkung der maximal für den Prozess benötigten Laserleistung um ca. 15% erreicht werden konnte. Zusätzlich zur Verbesserung der Effizienz des Prozesses hat sich auch die Qualität der Schweißnaht verbessert. Der zusätzliche Energieeintrag und die geschlossene Umhausung der Fügezone haben dazu geführt, dass die Spannungen nach dem Prozess wesentlich zurückgegangen sind. So konnte die Zugspannung bis zu 45% und die Druckspannung bis zu 70% gesenkt werden.

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