NL_2021-11 Laserschweißen für den kleinen Bob - Evosys Laser

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Laser Kunststoffschweißen

Laserschweißen für den kleinen Bob

Daan Technologies SAS entwickelt, fertigt und vermarktet innovative elektronische Geräte. Verkaufsschlager des Herstellers ist die kleine Mini-Geschirrspülmaschine „Bob“, die mit ihren geringen Abmessungen und einem flexiblen Handling vielfältig eingesetzt werden kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Spülmaschinen wird das Reinigungsmittel bei Bob nicht bei jedem Spülgang zugefügt, sondern befindet sich in einer Kartusche, die für gut 30 Spülgänge vorab befüllt ist. 

Diese Kartusche, „Cassette“ genannt, besteht aus einem schwarzen Kunststoffgehäuse mit drei Kammern, einer kleinen Platine und einem weißen Deckel. Der Deckel muss so auf das Gehäuse gefügt werden, dass die Kammern sowohl dicht als auch zuverlässig voneinander getrennt sind. Für diesen Schritt wurde das Laser-Kunststoffschweißen ausgewählt, da nur dieses Verfahren die Dichtigkeit und zudem eine hohe Festigkeit garantieren konnte. Die langlebige Schweißverbindung gewährleistet darüber hinaus die Wiederverwendbarkeit: Leere Cassetten können zurück ins Werk geschickt und dort neu befüllt werden.

Bob mit der Reinigungskartusche „Bob Cassette“ (Bild: Daan Technologies SAS)
Bob mit der Reinigungskartusche „Bob Cassette“ (Bild: Daan Technologies SAS)

Für das Laserschweißen der Baugruppe sprachen zudem eine kurze Taktzeit, der geringe Platzbedarf des Fügeverfahrens sowie die hohe Prozesssicherheit und die Möglichkeit, den Prozess online zu überwachen. Auch für die innenliegende Elektronik-Platine stellte dieses Verfahren das geringste Risiko dar. Da die Energieeinbringung berührungslos erfolgt, werden solche empfindliche Komponenten im Schweißprozess nicht beeinträchtigt.

Die Kartusche besteht aus dem Material PPC (Polypropylen-Copolymer), auf das schwarze Gehäuse wird ein weißer Deckel aufgeschweißt. 

Links: Einzelteile der Cassette vor dem Schweißprozess. Rechts: die lasergeschweißte Bob Cassette
Links: Einzelteile der Cassette vor dem Schweißprozess. Rechts: die lasergeschweißte Bob Cassette

Das Laserschweißen von Kunststoffen wird heute überwiegend im Durchstrahlverfahren eingesetzt. Dabei wird die Laserstrahlung durch den für die Laserwellenlänge transparenten Kunststoff hindurch auf das absorbierende Formteil fokussiert, wodurch es oberflächlich aufschmilzt. Über Wärmeleitung wird auch der transmissive Partner plastifiziert, so dass es zu einer Verbindung kommt. Während des Schweißvorgangs müssen die beiden Fügepartner gespannt werden.

Zusätzlich wird bei diesem Verfahren zwischen Kontur-, Simultan- und Quasisimultanschweißen unterschieden. Für die Bob Cassette wird das Quasisimultanschweißen eingesetzt. Das bedeutet, der Laser wird mit sehr hohen Geschwindigkeiten entlang der Schweißkontur geführt. Ziel dabei ist es, die Kontur mehrfach so schnell abzufahren, dass die Schweißnaht quasi gleichzeitig erwärmt und aufgeschmolzen wird. Dadurch bietet sich die Möglichkeit, einen Fügeweg zum Ausgleich von Formteiltoleranzen zu überbrücken. Die Überwachung dieses Fügewegs während des Schweißvorgangs erlaubt außerdem eine Online-Prozesskontrolle.

Für die Fertigung der Cassette wurde die kompakte EVO 2800 als geeignete Maschine ausgewählt. Aufgrund der manuellen Bestückung ist dieses Komplettsystem prädestiniert für die Produktion. Die Anlage eignet sich außerdem durch die intuitive Bedienung, die leichte Prozessumstellung mittels Prozesssoftware EvoLaP und die integrierte Prozessüberwachung. Die Teile der Kartusche müssen in der Einlegestation montiert und danach in einer zweiten Station geschweißt werden. Die Aussortierung von Gut- und Schlechtteilen erfolgt ebenfalls in der Einlegestation.

Kundenangepasste Laserschweißstation EVO 2800
Kundenangepasste Laserschweißstation EVO 2800

Ein für die Fertigung unerlässliches Modul ist die Positionier- und Spanneinheit für die beiden zu fügenden Bauteile. Wechselbare, bauteilspezifische Aufnahmen und Spannbrillen sorgen für eine exakte Positionierung der Bauteile vor dem Schweißvorgang. Sobald beide Fügeteile in der korrekten Lage sind, erfolgt das Spannen mit einem Pneumatikzylinder, der die gesamte Baugruppe von unten gegen die Spannbrille drückt und die erforderlichen Kräfte für den Schweißprozess dosiert. Der reine Schweißvorgang benötigt trotz der anspruchsvollen Geometrie nur etwas mehr als drei Sekunden.

Eine benutzerfreundliche Bedienung der Anlage im Produktionsalltag gewährleistet das Human-Machine-Interface auf Basis einer Industrie-SPS. Die HMI übernimmt auch die Visualisierung und Auswertung der Prozessdaten, die Speicherung von Datensätzen und weitere Systemfunktionen. Ergänzt durch die Kontursoftware EvoLaP wird die Flexibilität der Anlage erhöht. Der Anwender kann schnell die Daten für Schweißkontur, Vorschubgeschwindigkeiten und Laserleistung einprogrammieren. Aufgrund der intuitiven Bedienoberfläche, die speziell für die Nutzung auf Touchbildschirmen ausgelegt ist, kann der Benutzer direkt starten.

Hohe Ausbringung, hohe Maschinenverfügbarkeit

Die Herstellung der Cassette für den Bob zeigt, dass das Laserschweißen ein extrem zuverlässiges Verfahren ist. Die Erfahrungen in der Serienproduktion - sowohl mit dem Verfahren Laserschweißen von Kunststoffen, als auch mit der eingesetzten Schweißanlage EVO 2800 - sind durchweg positiv. Der saubere und robuste Prozess garantiert eine hohe Ausbringung und die Anlage selbst zeigt eine hohe Verfügbarkeit bei extrem niedrigen Folgekosten. Dazu tragen der wartungsarme Laser und die zuverlässigen mechanischen und elektrischen Komponenten bei.

Geschweißt auf EVOSYS-Laseranlagen: „Bob Cassette“-Reinigungskartuschen für einen Mini-Geschirrspüler.
Geschweißt auf EVOSYS-Laseranlagen: „Bob Cassette“-Reinigungskartuschen für einen Mini-Geschirrspüler.
Bob ist klein, flexibel einsetzbar und einfach zu transportieren.
Bob ist klein, flexibel einsetzbar und einfach zu transportieren.