Wählen Sie ein Hand-Laserschweißgerät, das die Hitze aushält

In den vergangenen 100 Jahren hat sich die Firma Watlow von den bescheidenen Anfängen als Hersteller von Heizelementen für die Schuhindustrie in St. Louis, Missouri, USA, zu einem weltweit führenden Unternehmen für elektrische Präzisionswärmelösungen entwickelt. Heute werden ihre Produkte für anspruchsvolle Anwendungen in den Bereichen Halbleiterverarbeitung, saubere Energie und Umwelttechnologie, Dieselemissionen, medizinische, klinische und analytische Produkte sowie für die Lebensmittelindustrie eingesetzt.

Entwickeln einer besseren Heizung

Während dieser Reise erwarb Watlow eine Gruppe in Kuchl, Österreich, die eine geniale und neuartige Methode zur Herstellung von Widerstandsheizelementen entwickelt hatte. Bei dieser Technik wird eine sehr dünne Widerstandsschicht durch thermisches Spritzen auf ein Metall- oder Keramiksubstrat aufgebracht.

Dies bietet mehrere Vorteile gegenüber der herkömmlichen Herstellung von Heizelementen aus Nichromdraht. Insbesondere können großflächige Heizelemente hergestellt werden, die sehr hohe Temperaturen und Wärmeströme liefern und die in praktisch unbegrenzt viel verschiedenen Formen und Konfigurationen geformt werden können. Dieses Verfahren hat sich als so nützlich und anpassungsfähig erwiesen, dass mehrere der leistungsstärksten Heizelemente des Unternehmens für Präzisions-Wärmekontrollanwendungen inzwischen darauf basieren.

Erreichen einer guten Verbindung

Aber anfangs standen die Entwickler vor einem Dilemma, das unüberwindbar schien. Das Problem bestand insbesondere darin, die Drähte zu befestigen, die für die Stromversorgung dieser thermischen Spritzschicht erforderlich sind.

Herkömmliches Lot, das fast überall zur Herstellung elektrischer Verbindungen verwendet wird, kann aus mehreren Gründen nicht verwendet werden. Erstens bildet sich typischerweise eine Oxidschicht auf der Außenseite des thermisch gespritzten Widerstandsschichtmaterials, die verhindert, dass sich das Lot mit ihr verbindet. Außerdem schmilzt das meiste Lot, wenn es der hohen Betriebstemperatur dieser Heizelemente ausgesetzt wird. Daher werden herkömmliche Nichrom-Heizelemente in den meisten Produkten mechanisch durch eine Form von Crimpen oder Nieten befestigt.

Verschiedene Formen des Schweißens, einschließlich des Mikroplasma-Schweißens, werden manchmal auch für die Verbindung von Draht mit herkömmlichen Nichrom-Heizelementen verwendet. Keine dieser Methoden war jedoch ideal für die Anwendungen von Watlow, da sie zu viel Wärme in die dünne und relativ empfindliche thermisch gespritzte Widerstandsschicht einbrachten. Sogar beim traditionellen Löten gibt es diese Einschränkung.  

Laserschweißen als Lösung

Als die Watlow-Ingenieure zum ersten Mal eine Vorführung des Coherent Handschweißlasers Select sahen, dachten sie, dass dies die Lösung für ihr Problem sein könnte. Sie erkannten sofort, dass er im Vergleich zu anderen Schweißtechnologien zwei entscheidende Eigenschaften bietet. 

Erstens wird der Laser auf einen kleinen Punkt fokussiert, was bedeutet, dass er die Hitze auf einen extrem begrenzten Bereich überträgt. Zweitens kann die Einschaltdauer des Lasers präzise gesteuert werden, so dass die Gesamtenergiemenge, die in die thermische Spritzschicht eingekoppelt wird, sorgfältig begrenzt wird. 

Zusammen bedeutet dies, dass der Draht (und eine kleine Menge der thermischen Spritzschicht) ausreichend geschmolzen werden kann, um sie für eine zuverlässige Verbindung miteinander zu verschmelzen. Der gesamte Wärmeeintrag während des Prozesses kann jedoch so minimiert werden, dass weder die thermische Spritzschicht noch das Substrat in irgendeiner Weise beschädigt oder verformt werden. 

Übergang zur Produktion

Nachdem die Ingenieure in Kuchl den Coherent Select-Handschweißlaser getestet hatten, stellten sie schnell fest, dass er eine praktikable Lösung für ihr Problem war. Sie kamen zu dem Schluss, dass er zuverlässig Verbindungen mit den elektrischen und mechanischen Eigenschaften herstellen konnte, die für ihre kommerziellen Produkte erforderlich waren. 

Damit ein Gerät jedoch erfolgreich in einer Produktionsumgebung eingesetzt werden kann, muss es mehr können als nur den gewünschten Prozess durchzuführen. Idealerweise sollten Fertigungssysteme einfach zu bedienen, kosteneffektiv und zuverlässig sein, eine kurze Anlaufzeit haben und flexibel genug sein, um sich an veränderte Anforderungen anzupassen. 

Watlow hat festgestellt, dass der Select Handschweißlaser all diese Anforderungen erfüllt. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI) und die Bedienelemente sind intuitiv und ergonomisch gestaltet. So kann ein Bediener schnell lernen, mit dem Gerät umzugehen, und es dann problemlos mehrere Stunden am Tag bedienen. 

Außerdem ist es für die Konstrukteure und Fertigungsingenieure einfach, die Schweißparameter zu ändern. So können neue Produktdesigns oder unterschiedliche Materialkombinationen schnell in die Produktion überführt werden.

Coherent unterstützt Wachstum

Der Select-Handschweißlaser hat alle technischen Anforderungen bei Watlow erfüllt. Aber genauso wichtig ist, dass Coherent als Lieferant mitzieht. „Wir haben drei Select Handschweißlaser, die manchmal den ganzen Tag in Betrieb sind, und es kommt selten vor, dass wir ein Problem mit ihnen haben“, bemerkt Gernot Antosch, Anwendungs- und Entwicklungsingenieur bei Watlow in Kuchl, „aber wenn doch, ist Coherent schnell zur Stelle, um das Problem zu lösen. Außerdem unterstützt uns Coherent Labs bei der Entwicklung neuer Prozessrezepte. Das ist besonders hilfreich, wenn wir herausfinden wollen, wie wir knifflige Materialkombinationen am besten schweißen können, und für einige andere schwierige Anwendungen, mit denen wir zu tun haben.“  

Das Team in Kuchl ist auch daran beteiligt, seine Fertigungstechnologie auf Watlow-Standorte in den Vereinigten Staaten zu übertragen, wo die Produkte in größeren Mengen hergestellt werden. Das Laserschweißen hat sich als skalierbar erwiesen und wird in dieser Umgebung erfolgreich eingesetzt. Bei einem höheren Produktionsvolumen ist das Unternehmen jedoch in der Regel von manuellen Schweißsystemen zu solchen übergegangen, die einen höheren Grad an Automatisierung ermöglichen. Das weltweite Support-Team von Coherent hat uns diesen Übergang leicht gemacht. 

Mehr Erfolgsgeschichten ansehen