Laser-Kalibri


Förderkennzeichen: ZF4236501EB6
Projektlaufzeit: 01.06.2016 bis 31.05.2018

Entwicklung eines Verfahrens zur Kalibrierung von Hohlglas mittels Laserstrahlung und angepasster Strahlformung

Beim Kalibrierprozess wird in ein einseitig verschlossenes Glasrohr ein Kalibrierdorn eingeführt. Anschließend wird das Rohr evakuiert und mit Hilfe eines Rohrofens partiell erwärmt. Dadurch legt sich das dann viskose Glasrohr an den kalibrierten Dorn an. Dieser ist aus Metall, zieht sich beim Abkühlen stärker zusammen und kann nach Prozessende wieder entnommen werden. Der Ofen wird motorgesteuert über die ganze Rohrlänge bewegt. Das Ergebnis ist ein Glasrohr, dessen Innendurchmesser ein exaktes Abbild des Kalibrierdorns ist. Ziel des Projektes ist die Substitution der Ofentechnik durch einen CO₂-Laser. Dies soll mit einer Steigerung der Prozessgeschwindigkeit einhergehen.

Beim Kalibrierprozess wird in ein einseitig verschlossenes Glasrohr ein Kalibrierdorn eingeführt. Anschließend wird das Rohr evakuiert und mit Hilfe eines Rohrofens partiell erwärmt. Dadurch legt sich das dann viskose Glasrohr an den kalibrierten Dorn an. Dieser ist aus Metall, zieht sich beim Abkühlen stärker zusammen und kann nach Prozessende wieder entnommen werden. Der Ofen wird motorgesteuert über die ganze Rohrlänge bewegt. Das Ergebnis ist ein Glasrohr, dessen Innendurchmesser ein exaktes Abbild des Kalibrierdorns ist. Ziel des Projektes ist die Substitution der Ofentechnik durch einen CO₂-Laser. Dies soll mit einer Steigerung der Prozessgeschwindigkeit einhergehen.

Der zugehörige Lösungsweg sieht vor, dass der herkömmliche Rohrofen durch einen CO2-Laserstrahl ersetzt wird, der über einen neuartigen Umfangsspiegel direkt auf das zu erwärmende Glasrohr gerichtet wird. Das neue Verfahren ist, ausgehend von den definierten Zielparametern und angestrebten Funktionen, zu konzipieren und zu entwickeln. Im Mittelpunkt stehen dabei die energe­tische Prozessbetrachtung und -beschreibung, die Dimensionierung der erforderlichen Laserleistung und Strahlparameter sowie die Simulation des erforderlichen Aufheiz- und Abkühlregimes. Eine wichtige Aufgabenstellung besteht in der Berechnung des homogenen Laserstrahlprofiles auf dem jeweiligen Glasrohrdurch­messer und der konstruktiven Auslegung des strahlformenden Elementes. Im Ergebnis dieser Arbeiten soll eine Demonstratorversuchsanlage entstehen, an der umfangreiche experimentelle Untersuchungen vorgenommen werden können.

Aktueller Stand

Die Ergebnisse zeigen, dass mit dem laserbasierten Kalbrierverfahren deutlich kürzere Prozesszeiten realisierbar sind. In Abhängigkeit der Rohrdimension sind Zeiteinsparungen von bis zu 70% möglich. Damit verbunden ist eine drastische Reduzierung des Energieaufwandes von bis zu 50%. Trotzdem werden im Ergebnis die gleichen Rundheits- bzw. Durchmessertoleranzen im Bereich von <5µm erreicht. Zukünftig ist eine weitere Vergrößerung des Einsatzspektrums auf eine breitere Palette an Glasrohrdimension geplant. Ebenso wird die Überführung in eine industrielle Anlage vorangetrieben.