DE19942250A1 - Lichtwellenleitung für die Laser-Schweißung - Google Patents

Abstract

Eine solche Lichtwellenleitung führt von zumindest einer das Laserlicht erzeugenden Lichtquelle zu einer Schweißstelle an Werkstücken aus einem entsprechend anschmelzbaren Werkstoff. Die Lichtquelle hat einen linienförmig verlaufenden Lichtaustritt. Um ein simultanes oder gleichzeitiges Erwärmen der gesamten Schweißstelle oder -fläche zu ermöglichen, besteht das Lichtwellenleiterbündel aus wenigstens einem Strang mit einer Mehr- oder Vielzahl von Lichtwellenleitern, deren beide Stirnenden jeweils in einer Reihe dicht nebeneinander anschließen und eine schmale, linienförmige Einkopplungsfläche sowie eine schmale, linienförmige Auskopplungsfläche bilden. Hierbei ist zumindest im Bereich der Auskopplungsfläche der Verbund der Lichtwellenleiter zwecks Anpassung der Linie der Auskopplungsfläche an den Verlauf der Schweißstelle verformbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Lichtwellenleitung zur Übertragung einer Laserstrahlung hin zu einer Schweißstelle der im Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 näher bezeich­ neten Art.

Es ist bekannt, für das Laser-Schweißen das von Diodenbar­ ren erzeugte Laserlicht mittels optischer Einrichtungen zu fokussieren und durch einen Lichtwellenleiter hindurch zu der betreffenden Schweißstelle hin zu übertragen. Somit steht zur Durchwärmung der Schweißstelle lediglich ein Lichtpunkt zur Verfügung, der unter Einsatz mechanischer Hilfsmittel entlang dem Verlauf der Schweißstelle bewegt werden muß. Vor allem beim Durchstrahl-Laserschweißen von Kunststoffteilen wirft eine solche sequentielle Bestrahlung des Verlaufs der Schweißstelle Probleme auf, weil schon kleinste Spalte oder Unebenheiten an den Schweißflächen ei­ nen negativen Einfluß haben, indem sie eine unterschiedli­ che Schweißgüte entlang dem Verlauf der Schweißstelle be­ dingen.

Bei einer Reihen- oder Rechteckanordnung der Schweißstelle hat man bereits ein simultanes Laser-Durchstrahlschweißen praktiziert, indem man einzelne Diodenbarren in der ent­ sprechenden Konfiguration unmittelbar an der Schweißstelle angeordnet hat. In vielen Fällen, so insbesondere bei ge­ schwungenen Schweißkonturen, ist eine solche Anordnung der Diodenbarren schwierig, ganz abgesehen davon, daß dafür aufwendige Haltevorrichtungen erforderlich sind und genü­ gender Platz zur Verfügung stehen muß.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Lichtwellenleitung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der ein simultanes oder gleichzeitiges Erwärmen der ge­ samten Schweißstelle oder -fläche möglich ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Lichtwellenleitung der gat­ tungsgemäßen Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Pa­ stentanspruchs 1 gelöst.

Für die Erfindung ist wesentlich, daß die Auskopplungsflä­ che des das Lichtwellenleiterbündel bildenden Stranges in ihrem schmalen, linienförmigen Verlauf der Schweißlinie entlang der Schweißstelle nachgeformt werden kann. Dies ist auch bei einem geschwungenen Verlauf der Schweißlinie leicht möglich, wie er bei den üblichen Schweißstegflächen an Kunststoffteilen vorkommen kann.

An der Einkopplungsstelle des Lichtwellenleiterbündels kann eine einfache, geradlinige Anordnung von Diodenbarren vor­ gesehen werden, die einen geradlinigen Lichtaustritt haben. Die hierdurch gebildete Laserlinie wird mit Hilfe entspre­ chender optischer Geräte, wie einer länglichen Kondensor­ linse, in die Einkopplungsfläche des durch die Lichtwellen­ leiter gebildeten Stranges eingekoppelt. Anders als am Aus­ kopplungsende des Stranges ist hier die Verfügbarkeit einer frei formbaren linienförmigen Kontur nicht erforderlich. Des weiteren kann über eine unterschiedliche Steuerung der einzelnen Diodenbarren über die Länge der Einkopplungs- und der Auskopplungslinie hinweg eine Energieanpassung vorge­ nommen werden.

Ebenso kann bei Verwendung eines oder mehrerer Diodenbarren das gesamte oder ein Teil des erzeugten Laserlichtes mit üblichen optischen Hilfsmitteln, wie der erwähnten Konden­ sorlinse, punktförmig gebündelt werden, um den so erzeugten Lichtpunkt in bekannter Weise über die linienförmige Ein­ kopplungsfläche des Lichtwellenleiterbündels zu scannen. Hierbei ist es dann möglich, die Energieanpassung über eine Leistungsregelung und/oder Scann-Geschwindigkeitsregelung durchzuführen.

Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung an ei­ nem Ausführungsbeispiel noch näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in schematischer Darstellung eine Lichtwellenleitung mit am Einkopplungsende angeordneten Di­ odenbarren.

Im einzelnen ist in der Zeichnung ein Lichtwellenleiterbün­ del 1 dargestellt, welches aus einem oberen Flachstrang 2 und einem unteren Flachstrang 3 besteht, die jeweils aus einer Mehr- oder Vielzahl von Lichtwellenleitern 4 gebildet sind. Die Lichtwellenleiter 4 jedes Stranges 2, 3 sind zu­ einander parallel sowie unmittelbar aneinander anschließend angeordnet und über einen gemeinsamen Mantel miteinander verbunden. Dieser Mantel besteht aus einem verformbaren Werkstoff, damit die Stränge 2 und 3 zumindest am Licht- Auskopplungsende verformbar sind, worauf nachstehend noch näher eingegangen werden wird.

Die Lichtwellenleiter 4 eines Stranges 2, 3 sind mit ihren einen Stirnenden oder -flächen in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, um jeweils eine Licht-Einkopplungsfläche 5 zu bilden, die entsprechend der dicht nebeneinander angeordne­ ten Lichtwellenleiter 4 eine schmale Linie bzw. einen schmalen Streifen bildet, der hier gerade ausgerichtet ist.

Auch am anderen Ende liegen die Stirnflächen der Lichtwel­ lenleiter 4 der Stränge 2, 3 jeweils in einer gemeinsamen Ebene und bilden hier linienförmige Licht-Auskopplungsflä­ chen 6, wobei die Linie oder der längliche, schmale Strei­ fen dieser Auskopplungsflächen 6 frei verformbar ist. Dazu dient die Biegsamkeit vor allem des Mantels, in den die Lichtwellenleiter eingebettet sind. So kann jede Lichtaus­ kopplungsfläche 6 eine S- oder eine Z-Form einnehmen, wie es in der Zeichnung angedeutet ist. Sowohl kompliziert ge­ schwungene Linien als auch einfache Kreis- oder Rechteck­ formen können mit den Auskopplungsflächen 6 gebildet wer­ den.

Die Stränge 2 und 3 des Lichtwellenleiterbündels 1 dienen zur Übertragung einer Laserstrahlung, die zur Verschweißung von Kunststoffteilen eingesetzt wird. So ermöglicht es die freie Verformbarkeit der beiden Stränge 2 und 3 an den Aus­ kopplungsenden, die Auskopplungsflächen 6 dem linienförmi­ gen Verlauf einer Schweißstelle oder mehrerer aufeinander­ folgender Schweißstellen nachzubilden, um bei entsprechen­ der Anordnung an dem zu schweißenden Werkstück über die ge­ samte Schweißfläche hinweg eine gleichzeitige Erwärmung vorzunehmen.

Eingespeist wird die Laser-Energie an den Einkopplungsflä­ chen 5 der Flachstränge 2 und 3 der Lichtwellenleiter 4. Dazu sind gegenüber den Einkopplungsflächen 5 das Laser­ licht erzeugende Diodenbarren 8 mit den gegebenenfalls er­ forderlichen Linsen angeordnet, was alles zusammen in einer gemeinsamen Vorrichtung 9 untergebracht sein kann. Die Vor­ richtung 9 kann auch eine Scanneinrichtung umfassen, um das gesamte oder ein Teil des von den Diodenbarren erzeugten Laserlichtes, das mit optischen Hilfsmitteln punktförmig gebündelt ist über die linienförmigen Einkopplungsflächen 5 zu scannen. Dies kann für jede der beiden Einkopplungsflä­ chen 5 der zwei Stränge 2 und 3 für sich als auch für beide Einkopplungsflächen 5 insgesamt vorgesehen werden. Dies hängt davon ab, welche Lichtleistung man an den Auskopp­ lungsflächen 6 beider Stränge 2 und 3 benötigt, so kann die Energieanpassung entweder über eine Leistungsregelung und/oder über die Regelung der Scann-Geschwindigkeit vorge­ nommen werden.

Grundsätzlich genügt es für den beabsichtigten Zweck, einen einlagigen Flachstrang 2 oder 3 der Lichtwellenleiter 4 als Lichtwellenleiterbündel 1 vorzusehen. Wie in der Zeichnung gezeigt, können auch zwei oder mehrere solcher Flachstränge 2, 3 aufeinanderliegend angeordnet werden. Dies bietet die Möglichkeit, am Auskopplungsende der Flachstränge 2, 3 die beiden vorhandenen Auskopplungsflächen 6 in Längsrichtung des Lichtwellenleiterbündels 1 gegeneinander zu versetzen, wie es in der Zeichnung wiedergegeben ist. Damit können zwei oder mehrere Schweißstellen von gegebenenfalls unter­ schiedlicher Konfiguration erreicht werden.

Um die jeweilige Linienkonfiguration der Licht-Auskopp­ lungsflächen 6 zu fixieren, kann es ausreichen, das Mantel­ material der Lichtwellenleiter 4 plastisch verformbar aus­ zubilden. Zusätzlich dazu oder bei anderer Materialwahl können die Auskopplungsflächen durch rahmenartige Formstüc­ ke 7 fixiert werden, die den für die jeweilige Schweißstel­ le benötigten Linienverlauf vorgeben. Solche rahmenartige Formstücke 7 können auch an den Einkopplungsflächen 5 der Stränge 2 und 3 der Lichtwellenleiter 4 vorgesehen sein.

Claims (7)

1. Lichtwellenleitung zur Übertragung einer Laserstrahlung von zumindest einer das Laserlicht erzeugenden Licht­ quelle zu einer Schweißstelle an Werkstücken aus einem entsprechend anschmelzbaren Werkstoff, wobei die Licht­ quelle einen linienförmig verlaufenden Lichtaustritt hat, gekennzeichnet durch ein Lichtwellenleiterbündel (1) aus wenigstens einem Strang (2, 3) mit einer Mehr- oder Vielzahl von Lichtwellenleitern (4), deren beide Stirn­ enden jeweils in einer Reihe dicht aneinander anschlie­ ßen und eine linienförmige Einkopplungsfläche (5) sowie eine linienförmige Auskopplungsfläche (6) bilden, wobei zumindest im Bereich der Auskopplungsfläche (6) der Ver­ bund der Lichtwellenleiter (4) zwecks Anpassung der Li­ nie der Auskopplungsfläche (6) an den Verlauf der Schweißstelle verformbar ist.

2. Lichtwellenleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihenfolge der Lichtwellenleiter (4) des Stran­ ges (2, 3) entlang der Linie der Einkopplungsfläche (5) die gleiche wie die entlang der Linie der Auskopplungs­ fläche (6) ist.

3. Lichtwellenleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Strang (2, 3), der das Lichtwel­ lenleiterbündel (1) bildet, ein Flachstrang ist, bei dem die Lichtwellenleiter (4) in einer Lage nebeneinander angeordnet sind.

4. Lichtwellenleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Lichtwellenleiterbündel (1) aus zwei oder mehre­ ren einlagigen Flachsträngen (2, 3) besteht, die flach aufeinanderliegend angeordnet sind.

5. Lichtwellenleitung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachstränge (2, 3) des Lichtwellenleiterbündels (1) zumindest am Auskopplungsende ungleich lang sind und entsprechend gegeneinander in ihrer Längsrichtung ver­ setzte Auskopplungsflächen (6) haben.

6. Lichtwellenleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbund der Lichtwellenleiter (4) zumindest am Auskopplungsende plastisch verformbar ist.

7. Lichtwellenleitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Lichtwellenleiter (4) an oder nahe der Auskopplungsfläche (6) und/oder an oder nahe der Ein­ kopplungsfläche (5) mittels umschließenden, rahmenarti­ gen Formstücken (7) entsprechend der jeweiligen Linie miteinander fixiert sind.