Lasertechnik

Eckhard`s Vorlesung

Eckhard`s Vorlesung


F. F.
Diese Lernkarten behandeln die Grundlagen und Anwendungen der Lasertechnik auf Universitätsniveau. Sie decken Themen wie verschiedene Arten von Lasern, deren Aufbau, Betriebsarten und spezifische Anwendungen ab, insbesondere im Bereich des Laserstrahlschweißens. Die Karteikarten sind ideal für Studierende und Fachleute, die sich mit den Vorteilen, Nachteilen und technischen Details von Lasertechnologien vertraut machen möchten.
Karten
93
Lernende
3
Sprache
Deutsch
Kategorie
Technik
Stufe
Universität
Erstellt / Aktualisiert
11.07.2016 / 09.08.2016

Lernkarten

Beispiel: Laserstrahlschneiden einer "kleinen Kontur" bei der die Abmessungen kleiner sind als die doppelte Blechdicke

Laserbetriebsart -> Einstechen: cw-Betrieb   Schneiden: cw-Betrieb

Folgen: Beim Einstechen des Strahles entstehen große Löcher und an den Ecken führen verschiedene Effekte zu Qualitätsverlust:

  • verminderte Wärmeleitung->Überhitzung
  • Bremsen und Beschleunigen->Bartanhaftung
  • Änderung der Schneidrichtung->unsymmetrische Schnittfuge

Laserbetriebsart -> Einstechen: Puls-Betrieb   Schneiden: cw-Betrieb

Folgen: Im Puslbetrieb wird eingestochen ohne die Schnittkante zu beschädigen->um Faktor 1-10 langsamer als cw

Um Material an den Ecken nicht übermäßig zu erhitzen wird an den Ecken eine Schleife (Looping) gefahren->geringerer Abbrand

Laserbetriebsart -> Einstechen: Puls-Betrieb   Schneiden: Puls-Betrieb

Folgen: An Ecken wird Kontur bei der Hinfahrt durch Schnittfuge isoliert, es bildet sich ein Wärmestau->Somit Puls-Betrieb (Wärmeinbringung besser kontrolierbar) allerdings um Faktor 10 langsamer und 10-20% weniger Leistung als cw-Betrieb

 

Stategie: Remocut

Remocut

Funktion:

  • Anwendung von Zusatzachssystemen in Schneidanlagen (Überlagerung der achsbewegungen)
  • träge Hauptachse fährt vereinfachte Bahn, während dynamische Zusatzachse den Strahl bei harten Konturübergängen aus Sollbahn hält

Anwendung:

  • hochdynamische Strahlablenkung durch Spiegel (Scanner) -> minimale Massenbewegung
  • Fokussierung und Strahlkorrektur durch telezentrisches F-Theta-Objektiv
  • hochdynamisch synchronisierte Düsenpositionierung

Ergebnis:

  • Schneidzeitersparnis 50%
  • Realisierung des Prozesses in mehreren Schritten zur Trennung dickerer Materialien->Verzicht auf Prozessgas

Leistungsbilanz: Lasersublimierschneiden?

Leistungsbilanz: Laserstrahlbrennschneiden

Anpassung der Strahlkaustik an die Werkzeugdicke?

Scheibenlaser(Schaubild)

Vorteile von verschiedenen Scheibenlaser-Designs?

Verschiedene Betriebsarten von Scheibenlaser?

  • diodengepumpten Scheibenlasers
  • Ausgangsleistungsskalierung mit mehreren Scheiben (V-Anordnung)
  • Laserresonator mit 2 Scheiben „W-Anordnung“

Aufbau einer optischen Faser?

Prinzip eines Faserlasers?

  • beugungsbegrenzte Strahlqualität durch dünnen aktiven Kern -> nur Propagation von Monomode-Strahlung möglich
  • Festlegung der Leistung über Anregung und Anzahl der aktiven Fasern
  • Luftkühlung
  • Elemente in Faser integrierbar
  • kompakte Bauform

Strahlausbreitung in der optischen Faser?

Faserlaser (Einsatzgebiet, Vor- und Nachteile)

Einsatzgebiet:

  • Datenübertragung in Galsfaserkabeln in der Informationstechnologie
  • Beschriftung und Kennzeichnung verschiedener Metall- oder Plastikprodukte
  • Schneiden von Baustahl bis 20 mm, Edelstahl bis 10 mm, Aluminium bis 8 mm

Vorteile:

  • Elektrisch optische Wirkungsgrade > 30%
  • Gute Kühlung durch große Oberfläche
  • Kompakter und Wartungsfreier Aufbau / erschütterungsunempfindlich

Nachteile:

  • Diodenlaser hoher Strahlqualität erforderlich
  • Begrenzte Spitzenleistung durch kleinen Querschnitt
  • Hohe Schutzmaßnahmen (der Augen) erforderlich

Scheibenlaser (Aufbau, Anwendung, Vor- und Nachteile)

Aufbau:

  • Anwendung eines gekühlten Scheibenmediums mit großen Oberflächen-Volumen- Verhältnis
  • bei Stablaser wird Mantelfläche gekühlt, was zu einer parabolischen Temperaturverteilung führt

Anwendung:

  • Mikrobearbeitung
  • präzise Kraftstoffeinspritzungen

Vorteile:

  • hohe Brillianz des Scheibenlasers durch niedrige thermischen Linseneffekt
  • kosteneffektiver Einsatz des Lasers mit hohem Wirkungsgrad bei der Umwandlung von elektr. Energie in Lichtenergie
  • Flächenskalierung des Strahlquerschnitts ermöglicht eine Leistungsskallierung bei gleichbleibender Intensität

 

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