2. Struktur und Profillinien - ifw Jena
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7. Ausgewählte Forschungs- <strong>und</strong><br />
Entwicklungsergebnisse<br />
7.3<br />
Glasrohrtrennen <strong>und</strong><br />
-umformen mittels Laserstrahlung<br />
Ansprechpartner:<br />
Dr. -Ing. H. Müller<br />
E-Mail: hmueller@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Aufgabenstellung<br />
In den letzten Jahren fand vermehrt<br />
Lasertechnik Einzug in den<br />
Glassektor. Für einige Bereiche,<br />
z.B. Glasbeschriften <strong>und</strong> Trennen<br />
von Gläsern, wurden neue Anwendungen<br />
vorgestellt. Problematisch<br />
gestaltet sich das qualitätsgerechte<br />
Trennen <strong>und</strong> Umformen<br />
von borosilikatischen Gläsern<br />
mittels Laserstrahlung. Zur<br />
Aufgabe stand die Entwicklung<br />
eines neuartigen Laserverfahrens<br />
zur stark spannungsminimierten<br />
Bearbeitung von Rohrsegmenten,<br />
ohne nachträglichen Kühlprozess.<br />
Mit einer automatisierten Lösung<br />
werden Taktzeiten im Sek<strong>und</strong>enbereich<br />
angestrebt.<br />
Das Verfahren<br />
Eine patentierte Zweistrahlmethode<br />
ermöglicht das Bearbeiten<br />
von Glaswerkstoffen, die sich auf<br />
Gr<strong>und</strong> ihres linearen Ausdehnungskoeffizienten<br />
mit konventionellen<br />
Laserbearbeitungsanlagen<br />
nicht oder nur schwer bearbeiten<br />
lassen. Das Abtrennen der Rohrsegmente<br />
erfolgt auch hier völlig<br />
kontaktlos infolge thermisch induzierter<br />
Spannungen. Trennen <strong>und</strong><br />
Umschmelzen erfolgt unmittelbar<br />
aufeinander in einer Aufspannung.<br />
Die Realisierung beider<br />
Prozessschritte, die sehr unterschiedliche<br />
Strahlparameter erfordern,<br />
wird durch ein schnelles<br />
Umschalten mittels Strahlmodulator<br />
erreicht.<br />
Die Umsetzung<br />
Die entwickelte Bearbeitungsanlage<br />
zum Trennen <strong>und</strong> Umschmelzen<br />
von Rohrglas operiert<br />
mit nur einem CO2-Laser, wobei<br />
eine variable Strahlteilung einen<br />
4-Stationenbetrieb ermöglicht.<br />
Rotation, Vorschub <strong>und</strong> Zustellbewegungen<br />
der Glasröhren <strong>und</strong><br />
–segmente erfolgt mit einer eigens<br />
entwickelten Handlingeinheit.<br />
Die über eine spezielle Walzenanordnung<br />
getriebenen Glasröhren<br />
können mit hohen Drehzahlen<br />
<strong>und</strong> Laufgenauigkeiten<br />
bewegt werden. Gesteuert werden<br />
die Funktionen der Laser-<br />
28<br />
<strong>und</strong> der Handlingeinheit über eine<br />
SPS-Lösung (Bild 1).<br />
Ergebnisse<br />
Mit der beschriebenen Fertigungsanlage<br />
können borosilikatische<br />
Glasröhren für pharmazeutische<br />
Anwendungen durch ein<br />
kombiniertes Verfahren von Trennen<br />
<strong>und</strong> Umschmelzen mit hoher<br />
Effizienz bearbeitet werden. Glasrohrsegmente<br />
im Durchmesserbereich<br />
von 10 bis 30 mm konnten<br />
im 2s-Takt getrennt <strong>und</strong> umgeschmolzen<br />
werden (Bild 2). Der<br />
modulare Charakter des Aufbaus<br />
gestattet die Realisierung von frei<br />
wählbaren <strong>und</strong> dem jeweiligen<br />
Anwendungsfall angepassten<br />
Ein- oder Mehrstationenbetrieb.<br />
Darüber hinaus ist eine<br />
Integration des vorgestellten<br />
Anlagenkonzeptes in bestehende<br />
Fertigungslinien sehr gut möglich.<br />
Des weiteren besteht die<br />
Möglichkeit, Verfahren <strong>und</strong><br />
Bearbeitungsstation auch für<br />
andere Glasbearbeitungsaufgaben<br />
effizient einsetzen zu können.<br />
Bild 1:<br />
4 Stationen-Anlage zum automatisierten<br />
Trennen <strong>und</strong> Umformen von Glasrohren<br />
mit dem Laser<br />
Bild 2:<br />
Bearbeitungsbeispiele Borosilikatglasrohre<br />
∅10mm <strong>und</strong> ∅26 mm
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