Integrationssysteme zum Laser-Kunststoffschweißen Die LPKF InlineWeld-Systeme

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1 Integrationssysteme zum Laser-Kunststoffschweißen Die LPKF InlineWeld-Systeme

2 Präzise, sicher, wirtschaftlich Das Laser-Kunststoffschweißen erschließt weitere Märkte: Die Lasersysteme und Schweißverfahren werden immer wirtschaftlicher, so dass immer mehr Anwendungen von der Präzision und Qualität der Lasertechnologie profitieren können. Mit den integrierbaren Systemen der LPKF InlineWeld- Familie reiht sich das Laser-Kunststoffschweißen nahtlos in kundeneigene Produktionsprozesse ein. Optimale Fügeprozesse Der Markt für das Fügen von Kunststoffbauteilen mit dem Laser wächst ständig, weil Lasersysteme mittlerweile überaus wartungsfreundlich sind und auch kein Fachpersonal für die Bedienung voraussetzen. LPKF geht einige Schritte weiter und entwickelt gemeinsam mit Kunden zum Beispiel günstige Bauteilhalterungen und optimiert den Fügeprozess. Die Systeme der InlineWeld-Familie lassen sich direkt in bestehende Kundeninstallationen integrieren. Sie ordnen sich im Produktionsbetrieb durch geeignete Gestaltung der Werkzeuge in Laserklasse 1 ein. Laser-Durchstrahlschweißen Beim Laser-Durchstrahlschweißen durchdringt der Laserstrahl den oberen, lasertransparenten Fügepartner und erwärmt die Schweißnaht im unteren, laserabsorbierenden Bauteil. Durch Wärmeübertragung mit einem moderaten Fügedruck schmilzt auch der obere Fügepartner an. Nach dem Abkühlen liegt eine sichere, optisch überzeugende Schweißnaht vor. LPKF-Laserschweißsysteme für Kunststoffe arbeiten nach dem Quasisimultan-, Radial- oder Konturschweißverfahren. 2

3 LPKF Laser-Kunststoffschweißen: Hohe Schweißqualität Geringe mechanische Belastung der Fügepartner Schneller Variantenwechsel Kurze Zykluszeit Traceability durch integrierte Schnittstellen Flexibel und wirtschaftlich Das Laser-Kunststoffschweißen hat sich als besonders hochwertige Schweißtechnologie im Auto motive-, Medizin- und Elektronikbereich etabliert. Die Vorteile liegen auf der Hand. Die integrierbaren LPKF-Laserschweißsysteme lenken den Laserstrahl über eine Scanneroptik auf das Bauteil. Das bedeutet: Mit einer Anpassung der Steuerungsdaten lässt sich die Schweißkontur blitzschnell und problemlos anpassen. Die mitgelieferte Software speichert alle Parameter für einmal erarbeitete Prozesse. Auch bei den Spannwerkzeugen ist das Laserschweißen vorteilhaft: Es müssen weder Schwingungen noch hohe Temperaturen oder hohe Drücke an das Bauteil übertragen werden. Lediglich der erforderliche Spanndruck von üblicherweise 4 bis 6 N pro Quadratmillimeter Schweißnahtfläche wirkt auf die Bauteile ein. Die Umrüstung der Spannwerkzeuge erfolgt in wenigen Minuten. Das Laser-Durchstrahlschweißen kann mit geringen Zykluszeiten punkten. Je nach kunden seitigem Handling reduzieren sich die Verlust zeiten. Die LPKF-Lasersysteme sind für 24/7 konzipiert, gelten als nahezu wartungsfrei und sind durch Schnittstellen für ein lückenloses Tracking & Tracing vorbereitet. Prüf- und Korrekturroutinen finden schon beim Schweißen statt. So lassen sich veränderte Materialparameter oder geometrische Abweichungen schnell feststellen und in vielen Fällen noch im Schweißprozess ausgleichen. Wasserdichte Schweißnähte bei einer Poolbeleuchtung Lean Joining Solution Geringer Aufwand, geringer Platzbedarf, kurze Zykluszeit: Die LPKF InlineWeld-Systeme lassen sich als Blackbox in Kundenumgebungen integrieren und leisten dort unauffällig ihre Arbeit. Spezielle Laserspezialisten oder aufwändige Schutzmaßnahmen sind für den Produktionsbetrieb nicht erforderlich. Inhaltsverzeichnis 4 InlineWeld 2000 Integrationssystem für Radialschweißverfahren 5 InlineWeld 6200 Integrationssystem mit getrennter Steuer-/Schweißeinheit 6 InlineWeld 6600 Mid-Size-Integrationssystem mit getrennter Steuer-/Schweißeinheit 7 Materialqualifizierung mit dem LPKF TMG 3 8 InlineWeld 6900 Integrationssystem mit standardisierter Schweißzelle 9 LPKF-Software ProSeT 10 InlineWeld 9000 Basis-Schweißsystem für kundenspezifische Anpassungen 11 LPKF-Spanntechnologie 3

4 LPKF InlineWeld 2000 Integrationssystem zum Radialschweißen Für rotationssymmetrische Schweißungen hat sich das Radialschweißen bewährt: Dabei wird entweder das Bauteil unter dem Laserstrahl gedreht, oder der Laserstrahl wird dynamisch durch Spiegel um das Bauteil herumgeführt (Abb. rechts). Das Radialschweißen hat den Vorteil, dass häufig auf zusätzliche Spannwerkzeuge verzichtet werden kann, wenn der erforderliche Druck durch die konstruktiv berücksichtigte Passung der Fügepartner entsteht z. B. bei Rohren. Mit jedem LPKF-Schweißsystem lässt sich eine Radialschweißung durch Rotation der Bauteilhalterung durchführen. Die LPKF InlineWeld 2000 geht einen anderen Weg: Ein rotierendes Spiegelsystem führt den bereits fokussierten Laserstrahl um das Bauteil herum. Damit wird das Be- und Entladen der Bauteile erleichtert. Die LPKF InlineWeld 2000 besteht aus einem Bearbeitungskopf und der davon getrennten Laser-/ Steuer einheit. Diese kompakte Steuereinheit lässt sich unabhängig vom Bearbeitungskopf platzieren und belegt keinen Platz im Bearbeitungsbereich. Mit der InlineWeld 2000 ergänzt LPKF seine Palette um ein leistungsfähiges, einfach zu integrierendes Laserschweißsystem, das speziell für das Radial schweißen konzipiert ist. Beim Radialschweißen wird der benötigte Fügedruck durch die Passung der Fügepartner aufgebaut zusätzliche Werkzeuge entfallen Technische Daten InlineWeld 2000 Bemaßung (mm) Laserleistung Spannkräfte Elektrischer Anschluss Bearbeitungsfeld Maße (B x H x T) 20 W bis 500 W Axialspannkraft: Sonderlösung bis ca. 1 kn 400 V / 16 A CEE Standard: Durchmesser 0 mm bis 80 mm Optional: Durchmesser 0 mm bis 250 mm Mit Standardkonsole: 415 mm x 652 mm x 160 mm

5 Wenig Platzbedarf in der Produktionsumgebung LPKF InlineWeld 6200 und 6600 Auf den ersten Blick sehen die beiden Kombisysteme LPKF InlineWeld 6200 und 6600 gar nicht aus wie leistungsfähige Laserschweißanlagen. Das liegt an einer gemeinsamen konstruktiven Besonderheit: Separate Gehäuse enthalten die Steuerelektronik bzw. die wartungsarme Laserquelle. Sie sind elektronisch mit den kompakten Schweißköpfen verbunden. Hier befinden sich die hochpräzise Laseroptik und die Spanntechnik. Auch die geteilten Integrationssysteme entsprechen in Verbindung mit geeigneten Werkzeugen der Laserklasse 1. LPKF InlineWeld 6200 Das jüngste Mitglied der InlineWeld-Familie ist die LPKF InlineWeld Die neue Generation der Integrationssysteme setzt auf ein neues Maschinenlayout nicht nur äußerlich. Dank geschickter Kombination neuester Komponenten verringert sich das Investitionsvolumen bei gleichzeitig gesteigerter System performance. Das Schweißfeld ist bis zu 100 x 100 mm groß. Das System erfüllt die Vorgaben des Laserschutzes und entspricht der Laserklasse 1 im Fertigungsbetrieb. Darüber hinaus sind die Spanntechnik, die Zylindereinheit und die Bauteilaufnahme mit Sicherheitssensoren ausgestattet. Damit ist die Installation nach EN-ISO in der Fertigungslinie denkbar einfach. Die InlineWeld 6200 wird mit der LPKF CAM-Software ProSeT ausgeliefert für eine schnelle und einfache Einrichtung der Schweißkontur. Eine ProfiNet-Schnittstelle ermöglicht die Anbindung an das kundeneigene Manufacturing Execution System (MES). Die InlineWeld 6200 übernimmt die Prozessdaten und liefert die Werte des aktuellen Schweißvorgangs zurück zum Beispiel Zeit-/Fügeweg-Daten zur Qualitätssicherung. Die komplette Prozesssteuerung und -überwachung erfolgt bequem durch die übergeordnete, zentrale Steuerung des Kunden. Andere Verfahren zur Qualitätssicherung, wie Pyrometerüber wachung, Verbrennungsdetektion oder Reflexions diagnose, stehen optional zur Verfügung. LPKF InlineWeld 6200 Laserklasse 1 (nach Integration) Laserleistung / Spotdurchmesser Max. 200 W / 1,8 mm oder 2,1 mm Spanndruckbereich 580 N 1750 N Max. Arbeitsbereich 100 mm x 100 mm Maße Schweißkopf (B x T x H) 400 mm x 450 mm x 1300 mm Maße Schaltschrank (B x T x H) 950 mm x 600 mm x 1350 mm Elektrischer Anschluss 400 V, 16 A, max. 3 kw Druckluft 4,5 bar 10 bar Umgebungstemperatur 18 C 35 C Optionen Remote Maintenance Module, Interface Box 5

6 LPKF InlineWeld 6600 Das Integrationssystem LPKF InlineWeld 6600 kann sowohl kontur- als auch scannerbasiert Bauteile mit einer Größe von bis zu 215 x 215 mm schweißen. Es ist für den Drei-Schichtbetrieb bei hohen Stückzahlen ausgelegt. Die Laserbestückung reicht von 50 W bis 500 W. Der Schaltschrank hat die Maße 800 x 2000 x 800 mm (B x H x T), der Schweißkopf benötigt einen Einbauraum von 400 x 650 x 700 mm (B x H x T). Technische Daten InlineWeld 6600 Bemaßung (mm) Laserleistung Spannkräfte Elektrischer Anschluss Bearbeitungsfeld Maße (B x H x T) 50 W bis 500 W Min. 200 N, max. 2,2 kn 400 V/16 A, Leistungsaufnahme: max. 3 kw Bis zu 234 mm x 317 mm Schweißeinheit: 400 mm x 650 mm x 700 mm Schaltschrank: 800 mm x mm x 800 mm

7 Anwendungsbereiche für die LPKF InlineWeld 6200 und 6600 Automotive, Medizintechnik, Consumerbereich: Beispiele für das Laser-Kunststoffschweißen. Bremsflüssigkeitsbehälter Temperaturmessgerät für Blutkonserven Rasierergehäuse Gängige Laser-Schweißverfahren Beim Konturschweißen wird der Laser einmal entl ang der Schweißnaht geführt. Beim Quasisimultanschweißen wird die gesamte Schweiß naht plastifiziert. Der Laser bringt so lange Energie ein, bis die gewünschte Schweißungstiefe sicher erreicht ist. Materialqualifizierung mit dem LPKF TMG 3 Die optische Transmission des Kunststoffs ist für die Qualität der Fügeverbindung entscheidend. Diese Werkstoffeigenschaft ist von den vorgeschalteten Prozessen wie Compoundieren oder Spritzguss abhängig. Eine einfache Kontrolle der optischen Transmission vor dem Laser-Kunststoffschweißen zahlt sich im Rahmen einer ganzheit lichen Qualitätssicherung aus. Mit dem kalibrierten Messmittel LPKF TMG 3 lassen sich die Transparenzeigenschaften bei Kunststoffen schnell und einfach kontrollieren. Wenige Sekunden reichen, um die Übereinstimmung der tatsächlichen Transparenzwerte mit den Sollwerten der Prozessdefinition zu verifizieren. So fallen Materialabweichungen auf, ehe eine ungeeignete Komponente in den Produktions prozess gelangt. Das LPKF TMG 3 wird mit einem nach DIN EN ISO/IEC erzeugten Messnormal vor der Auslieferung kalibriert und mit einem Werkskalibrierschein versendet. 7

8 LPKF InlineWeld 6900 Das Laserschweißsystem LPKF InlineWeld 6900 greift auf Standardmodule anderer LPKF-Baureihen zurück und bildet eine geschlossene Schweißzelle mit Bandfördersystem, Laserquelle, Schweißkopf und Steuereinheit in einem standardisierten Gehäuse. Der externe Schaltschrank entfällt. Damit punktet das System mit einem geringen Footprint von nur 930 x 1270 mm. Konstruktiv ist das System auf eine breite Palette kundenspezifischer Transportbänder vorbereitet. Durch ein modulares Gehäusekonzept lassen sich auch Rücklaufstrecken für Bandsysteme integrieren, wahlweise neben- oder untereinander. Die LPKF InlineWeld 6900 integriert sich per Plug & Play in bestehende oder neue Linien. Die Anlage kann bereits mit Bandantrieb ausgeliefert werden, die Steuerung erfolgt kundenseitig oder über das LPKF-System. Die außerordentliche Flexibilität setzt sich in innovativer Prozesstechnik fort: Ein neu artiges Bottom-up- Spannmodul sorgt für höchste Prozess sicherheit und Flexibilität: In Verbindung mit einem optionalen Werkzeugwechselsystem lassen sich zum Beispiel unterschiedlich hohe Bauteile automatisch schweißen. Durch eine optionale Bauteilerkennung ist dieses System für Produktions prozesse mit hoher Varianz geeignet, weil Nebenzeiten auf ein Minimum reduziert werden. Technische Daten InlineWeld 6900 Bemaßung (mm) Laserleistung Spannkräfte Elektrischer Anschluss Bearbeitungsfeld Maße (B x H x T) 50 W bis 500 W Min. 80 N, max. 3,5 kn 400 V/16 A, Leistungsaufnahme: max. 3 kw Bis zu 133 mm x 238 mm 930 mm x 2100 mm x 1270 mm

9 Beispielanwendungen Sensor zur Einstellung des Sitzkomforts in Kraftfahrzeugen Geschweißtes Sichtfenster eines Steuergeräts für Gabelstapler Beleuchtete Türeinstiegsleiste für Premium-Fahrzeuge Lab-on-a-Chip: Mikrofluidik in der Größe eines Mobiltelefons Abdeckplatte eines Infusionssystems für Krankenhausbetten Versiegelte Insulinpumpe für Hochleistungssportler LPKF-Software ProSeT Zum Programmieren der Schweißkonturen kommt die praxiserprobte Steuerungssoftware LPKF ProSeT zum Einsatz. Sie übernimmt Daten aus CAD-Layoutprogrammen und erlaubt die Anpassung und Optimierung der Schweißkontur. LPKF ProSeT ist bei allen LPKF-Laserschweiß systemen im Lieferumfang enthalten. Der angesteuerte Pilotlaser hilft zusätzlich bei der Anpassung an das Bauteil. 9

10 LPKF InlineWeld 9000 Seit dem Jahr 2001 produziert und vertreibt LPKF Systeme zum Laser-Durchstrahlschweißen. Mit der Inline Weld 9000 bietet LPKF ein modulares System, das auf bereits realisierten Lösungen aufsetzt. Es wird nach Wünschen und Anforderungen der Kunden aus praxis erprobten Komponenten und Modulen Laserquellen, Bearbeitungsköpfen, Steuerungen und Handlings kombiniert und dann zu einer schlüsselfertigen Lösung konfiguriert. Auch diese Systeme lassen sich in Details an besondere Spezifikationen anpassen, z. B. mit speziellen Sensoren oder Bauräumen. Auf Basis der LPKF InlineWeld 9000 Serie sind bereits eine ganze Reihe von Lösungen realisiert worden. Abgebildet ist eine konstruktive Umsetzung, die mit zwei unabhängigen Handarbeitsplätzen ausgerüstet ist und mit einer durchlaufenden Bandlösung beschickt wird. Das System führt an einer Baugruppe je nach Bauteiltyp bis zu sechs Einzelschweißungen durch und ersetzt eine aufwändige Klebelösung mit Aushärteofen hohe Performance mit geringem Platzbedarf. Easy Welding Produktionsdaten rein, Bauteile raus: So funktionieren die LPKF-Systeme zum Laser- Kunststoffschweißen. Für jedes Produkt lassen sich die einmal ermittelten Schweiß - parameter speichern und komfortabel wieder aufrufen. Basis für die Schweißkontur sind die Konstruktions daten aus dem CAD-Entwurf und die integrierten QM-Funktionen zeigen den Schweißerfolg deutlich an. 10

11 Kundenspezifische Lösung aus dem LPKF-Modulkatalog auf Basis einer gemeinsamen Plattform Bis zu 20 Schweißoperationen in einer Anlage realisierbar Beispielanwendung: Steuergerät einer elektrischen Lenkung LPKF-Spanntechnologie Die Spanntechnik kann beim Laser-Durchstrahlschweißen vergleichsweise einfach ausfallen: Es müssen weder Vibrationen übertragen noch Temperaturen in Höhe des Schmelzpunktes erreicht werden. Ein geringer Spanndruck sorgt für die Wärmeübertragung zwischen oberem und unterem Bauteil. Für eine gleichmäßige Spannung auf beiden Seiten der Schmelzstege hat LPKF die patentierte Dual-Clamp-Device- Spanntechnik entwickelt, die für eine weitere Verringerung von Maßtoleranzen sorgt. Quick Connect Ober- und Unterbauteil des Spannwerkzeugs lassen sich in kurzer Zeit von einer Person ohne nennenswerte Hilfsmittel installieren. Dafür sind standardisierte Adapteraufnahmen vorgesehen. Zwei Minuten und schon kann die Produktion einer anderen Produktgruppe beginnen. Die kostengünstigen Spannwerkzeuge fallen gegenüber Vibrationsverfahren deutlich leichter aus. In einigen Systemen ist eine Spannbrillencodierung vorgesehen, die das eingelegte Spannwerkzeug automatisch erkennt. Die Quick-Connect-Bauweise reduziert unproduktive Nebenzeiten und erhöht die Variabilität in der Produktionsplanung. 11

12 Schneller zum Produkt 24/7 im industriellen Umfeld kein Problem für die erprobte Laserschweißtechnik von LPKF. Geschultes Servicepersonal ist weltweit für Inbetriebnahmen und Serviceleistungen verfügbar, ein Anwendungszentrum unterstützt bei Machbarkeitsstudien und der Maschinenkonzeption, eine Auftragsfertigung hilft bei Produktionsspitzen oder beim Serienanlauf: mehr als nur Laserschweißen. LPKF schafft Lösungen gemeinsam mit den Kunden. Rund-um-Service Die LPKF Laser & Electronics AG bietet ihren Kunden einen Rund-um-Service zur Sicherstellung optimaler Anlagenverfügbarkeit. Bei der Inbetriebnahme von LPKF-Schweißsystemen stehen Servicetechniker oder Ingenieure bereit, um den reibungslosen Start der Produktion zu sichern. Während der Betriebsphase der Schweißsysteme unterstützt Sie qualifiziertes Servicepersonal ob durch Hotline, Ferndiagnose oder im Einsatz vor Ort. Das weltweite LPKF Vetriebs- und Servicenetzwerk: Hauptquartier LPKF-Gruppe LPKF-Vertretungen LPKF WeldingQuipment GmbH Alfred-Nobel-Str Fürth Deutschland Tel. +49 (911) Part of LPKF Group LPKF AG, DE Bilder können optionales Zubehör zeigen. LPKF Laser & Electronics AG. LPKF behält sich das Recht vor, Spezifikationen und andere Produktinformationen ohne vorherige Ankündigung zu ändern. Systeme und Produkte, die von LPKF und ihren Tochtergesellschaften angeboten werden, unterliegen bereits erteilten sowie angemeldeten US- und anderen ausländischen Patenten. Produktnennungen dienen nur der Identifizierung und können Warenzeichen oder registrierte Markennamen der betreffenden Firmen sein.