Linienstrahllaser zur Oberflächenbehandlung

iie hat ein Linienstrahllaser mit 4 kW optischer Ausgangsleistung entwickelt. Die einzelnen Laserköpfe sind so kompakt konstruiert, dass sie sich nahtlos aneinander reihen und eine Strahlhomogenität von mehr als 95 Prozent über die bestrahlte Fläche erzielen.

Das System eignet sich besonders zur Oberflächenbehandlung. Die fünf Horizontal-Stacks mit direkt abbildender Optik sind so montiert, dass sich die Linienstrahlen der einzelnen Stacks überlagern.

Auf einer Länge von 110 mm erzeugt das Lasersystem damit eine 0,2 mm breite Strahllinie mit einer Energiedichte von 10 kW/cm². Die Vorteile gegenüber bestehenden Systemen mit horizontal abgelenktem Laserstrahl liegen in den niedrigeren Kosten und in der gleichzeitigen Energie-Einbringung über die gesamte Länge.

Das System lässt sich beispielsweise zum Härten, Beschichten und Umschmelzen von Oberflächen einsetzen. Auch für das Trocknen von Lacken, Farben und Klebern ist der Laser geeignet. Ebenfalls möglich ist der Einsatz bei Weich- und Hartlötprozessen oder zum Umformen von Kunststoffen. Bei Bedarf lässt sich durch den Einbau zusätzlicher Linsen die Strahlbreite verringern und die Energiedichte erhöhen.

Der elektrische Leistungsbedarf der Dioden beläuft sich auf etwa 8 kW. Zum Einsatz kommen fünf Stromregler mit 90 A und 2,2 kW. Die Versorgung dieser Regler erfolgt über ein 13-kW-48-V-Drehstromnetzteil für einen Netzeingangsspanngsbereich von 360 bis 510 V mit 50 oder 60 Hz. Damit deckt das System alle weltweit verfügbaren Industrienetzspannungen ab.

Die Stromregler verfügen über einen elektronischen Sicherheitsshutter.
An jedem Stack ist direkt eine Wassermengen- und Temperaturmessung angeschlossen. Bei Problemen mit der Kühlwasserversorgung wird die Stromversorgung sofort abgeschaltet.

Laserdioden-Stromquellen

Ebenfalls neu im Produktspektrum von iie ist eine Stromregler-Familie in besonders flacher Bauweise mit bis zu 270 A und Ausgangsspannungen bis 24 V. Wesentliches Merkmal der Regler ist ein redundanter elektronischer Shutter, der die Forderungen der Lasersicherheit und vor allem die Anforderungen nach EN 60601 erfüllt. Designgrundlage für das mehrfach redundante Shutterkonzept ist eine Risikoanalyse nach DIN EN ISO 14971. Ein mechanischer Sicherheits-Shutter kann entfallen, da für die Shutterfunktion ein ständiger Funktionstest integriert ist.

Die Stromregler sind als OEM-Komponenten für den Einbau in industrielle oder medizinische Geräte konzipiert und werden aus kostengünstigen Standard-Niederspannungsquellen von 24 V bzw. 48 V gespeist. Die Schaltung ist in ein geschlossenes Aluminiumgehäuse eingebaut und lässt sich wahlweise mit Luft oder mit dem Wasser des Diodenkreises kühlen.

Durch die hohe Schaltfrequenz von 500 kHz gelang es iie, kleine Induktivitäten einzusetzen und dadurch eine besonders flache Bauform zu realisieren. Zusätzlich haben die kleinen Induktivitäten den Vorteil, dass sie eine Stromregelung mit wesentlich höherer Dynamik als bei älteren Geräten, die in der Regel mit 30 bis 50 kHz arbeiten, ermöglichen. Die Ansteuerung kann entweder analog oder digital erfolgen. Bei digitaler Ansteuerung lassen sich Impulsprofile hinterlegen und abrufen.

Die typische Stromanstiegsgeschwindigkeit bei analoger oder digitaler Modulation liegt bei 2 A/µs. Zur Schonung der Laserdiode ist auch ein Simmerbetrieb über den Modulationseingang möglich. Über einen digitalen Steuereingang lässt sich der Diodenstrom mit typischen Zeiten von < 1 µs schalten. Bei optimaler Anordnung von Laserdiode und Stromquelle sind sogar Schaltzeiten des Diodenstroms von unter 50 ns möglich.

Für 24 V Eingangsspannung sind zwei Stromregler mit 1 kW und bis zu 130 A bei 8 V Ausgangsspannung und als 2,5-kW-Version mit bis zu 270 A bei 9 V verfügbar.

Für Diodenstacks mit bis zu zwölf Dioden (ca. 24 V) steht eine 2,2-kW-Variante mit 48 V Eingangsspannung und einem Stromregelbereich bis zu 90 A zur Verfügung. Eine 5-kW-Version ist in Planung.

Halle B1, Stand 551