In der hochpräzisen, schnelllebigen Welt des Laserschneidens ist eine Komponente ein entscheidender Faktor für die Optimierung von Abläufen: der laserunterstützte Gasgenerator. Diese oft übersehenen Geräte spielen eine entscheidende Rolle bei der Steigerung der betrieblichen Effizienz, der Qualitätssicherung und der Verwaltung der Betriebskosten.
Dieser Artikel beleuchtet die strategische Bedeutung von Lasergeneratoren und erläutert ausführlich ihre Funktionsprinzipien und die Faktoren, die ihre Leistung beeinflussen.
Was ist Laserschneiden?
Laserschneiden ist ein berührungsloses Herstellungs- und Produktionsverfahren, bei dem ein hochintensiver Laserstrahl zum Schneiden oder Gravieren verschiedener Materialien verwendet wird. Der Begriff „LASER“ steht im Laserschneiden für Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Dabei wird mithilfe eines Lasergenerators ein konzentrierter Lichtstrahl erzeugt, der dann mithilfe von Linsen auf das Material gerichtet wird.
Mit diesem vielseitigen Verfahren kann ein breites Spektrum an Materialien geschnitten werden, darunter Metalle, Kunststoffe, Holz und Glas. Es wird wegen seiner Präzision und Geschwindigkeit sehr geschätzt und kann auch komplizierte Designs verarbeiten. Dies macht es zu einer beliebten Wahl beispielsweise in der Fertigungs-, Automobil-, Luft- und Raumfahrt- und Elektronikindustrie.
Wie funktioniert das Laserschneiden?
Der Laserschneidprozess beginnt mit der Erzeugung eines Laserstrahls. Dieser konzentrierte Lichtstrahl wird mithilfe einer Reihe von Spiegeln und Linsen auf die Materialoberfläche gelenkt. Sie konzentrieren sich auf einen genauen Punkt. Durch die starke Wärmeenergie des Laserkopfes schmilzt oder verdampft das Material und erzeugt einen Schnitt oder eine Gravur.
Der Laserkopfschneider wird von einem CNC-System (Computer Numerical Control) gesteuert, das den Laserstrahl entlang der Schneidbahn führt. Diese Lasermaschine kann also komplizierte Muster mit großer Präzision schneiden.
Ein Gasstrom, oft auch „Hilfsgas“ genannt, wird verwendet, um das geschmolzene Material aus dem Schnitt auszustoßen, was zu einer sauberen und präzisen Schnittkante führt. Dieses Gas, meist Sauerstoff oder Stickstoff, wird durch vor Ort befindliche Gasgeneratoren, kurz Lasergeneratoren genannt, erzeugt.
Was ist ein Lasergenerator?
In einer Terminologie wird der Lasergenerator als Laserquelle bezeichnet, der einen hochkonzentrierten, monochromatischen und kohärenten Lichtstrahl erzeugt, der auf einen Punkt fokussiert wird.
Ein Hilfsgasgenerator wird jedoch auch als Lasergenerator bezeichnet. Lasergaserzeugungssysteme erzeugen hochreine Gase, die für Laserschneidprozesse erforderlich sind. Das Hilfsgas dieser Erzeugungseinheiten trägt zu sauberen, präzisen Schnitten bei und verhindert Oxidation an den Schnittkanten.
Wie funktionieren Lasergasgeneratoren?
Lasergeneratoren erzeugen ein Hilfsgas, das auf die Schnittfläche geleitet wird, um dabei zu helfen, das geschmolzene Material aus der Schnittlinie zu entfernen und Oxidation zu verhindern.
Typischerweise sind stickstoffunterstützte Gasgeneratoren in der Industrie häufiger anzutreffen. Die Trennung/Erzeugung der Gasmoleküle erfolgt insbesondere über zwei Prinzipien: Druckwechseladsorption (PSW) und Membrantrennung. Die Einzelheiten dazu werden im späteren Abschnitt besprochen.
Arten von Lasergeneratoren
Die Klassifizierung von Lasergeneratoren basiert auf dem Gas, das sie für die Laserabfallabsaugung erzeugen. Es gibt Druckluft-, Sauerstoff- und Stickstoffgeneratoren. Für industrielle Anwendungen ist jedoch ein Stickstofferzeugungssystem vor Ort praktikabler.
Darüber hinaus gibt es zwei Arten von Stickstoffgeneratoren, die auf dem Prinzip der Trennung der Stickstoffgasmoleküle basieren:
Druckwechseladsorptionsgeneratoren (PSA).
PSA-Stickstoffgeneratoren funktionieren wie ein großes Sieb oder Filter. Sie verwenden ein spezielles Material namens Carbon Molecular Sieve (CMS). Dieses Material ist wie ein Schwamm mit vielen kleinen Löchern oder Poren.
Wenn komprimiertes Material unter hohem Druck in dieses Sieb gedrückt wird, bleiben die kleineren Sauerstoffpartikel in den winzigen Poren hängen, während die größeren Stickstoffpartikel nicht hineinpassen und abprallen und ihre Reise durch das Sieb fortsetzen.
Dieser Prozess findet in zwei mit CMS gefüllten Tanks statt. Während ein Tank Sauerstoff einfängt und Stickstoff durchlässt, gibt der andere Tank den eingeschlossenen Sauerstoff (jetzt bei niedrigerem Druck) wieder an die Atmosphäre ab. Diese beiden Prozesse – das Einfangen und Freisetzen von Sauerstoff – „schwingen“ zwischen den beiden Tanks hin und her, daher der Name „Druckwechseladsorption“.
Am Ende dieses Schwingvorgangs wird ein Stickstoffgasstrom erhalten, der von der ursprünglichen Mischung abgetrennt wird. Es ist bereit für den Einsatz in Laserschneidanwendungen.
Membrantrenngeneratoren
Ein Stickstoffgenerator ist wie ein langes Rohr oder ein Bündel zusammengebündelter Strohhalme. Dabei handelt es sich um „Membranen“, bei denen es sich im Wesentlichen um kleine Hohlfasern handelt. Sie sind etwas Besonderes, weil sie winzige „Poren“ in ihren Wänden haben.
Diese Membranen verfügen über eine selektive Permeabilität. Wenn also Druckluft durch Hohlfasern geleitet wird, ermöglichen diese, dass Sauerstoff, Wasserdampf und andere Verunreinigungen die Membranwand durchdringen, während Stickstoffmoleküle aufgrund ihrer geringeren Permeabilitätsrate durch das andere Ende des Rohrs austreten.
Welche Faktoren beeinflussen die Leistung des Lasergenerators?
Die Eigenschaften des von Laser-Hilfsgasgeneratoren erzeugten Hilfsgases können die Qualität und Effizienz des Laserschneidens erheblich beeinflussen. Hier sind einige kritische Faktoren:
Gasreinheit:
Die Reinheit des Hilfsgases hat großen Einfluss auf den Schneidprozess. Hochreine Gase führen zu saubereren Schnitten, weniger Oxidation und weniger Verunreinigungen an den Schnittkanten.
Die Gasreinheit muss entsprechend der Materialstärke gewählt werden. Beispielsweise benötigen dicke Edelstahlbleche 99.99 % reinen Stickstoff, während für normal dünne Bleche eine Reinheit von 99.90 % ausreichen würde. Moderne In-Generation-Gassysteme verfügen über Optionen zur Anpassung der Reinheitsgrade.
Gasdruck:
Der Druck, mit dem das Hilfsgas zugeführt wird, kann die Qualität des Schnitts beeinflussen. Höhere Drücke können dazu beitragen, geschmolzenes Material effektiver zu entfernen, was zu saubereren Schnitten führt. Übermäßiger Druck kann jedoch zu unnötiger Gasverschwendung führen.
Der genaue Druck variiert je nach Schneidvorgang und Durchflussrate. Am Einlass des Lasers ist jedoch typischerweise ein Gasdruck zwischen 350 und 400 erforderlich.
Gasflussgeschwindigkeit:
Die Durchflussrate des Hilfsgases beeinflusst die Geschwindigkeit und Qualität des Schneidprozesses. Eine höhere Durchflussrate kann eine bessere Kühlung und eine effizientere Entfernung des geschmolzenen Materials ermöglichen, kann jedoch aufgrund des höheren Gasverbrauchs zu höheren Betriebskosten führen.
Ein Hilfsgasgenerator muss normalerweise mindestens 1000 Kubikfuß pro Stunde liefern.
Gasart:
Die Art des Hilfsgases hat maßgeblichen Einfluss auf den Schneidprozess. Beispielsweise kann Sauerstoff aufgrund seiner oxidierenden Wirkung die Schnittgeschwindigkeit in Kohlenstoffstahl erhöhen, während Stickstoff in rostfreiem Stahl und Aluminium für oxidfreie Schnitte sorgen kann.
Gastemperatur:
Auch die Temperatur des Stickstoffhilfsgases kann den Schneid- und Schweißprozess beeinflussen. Wenn das Gas zu heiß ist, kühlt es den Schneidbereich möglicherweise nicht effektiv, was zu einer schlechten Schnittqualität führen kann.
Vorteile von Generatoren mit hohem Stickstoffgehalt für das Laserschneiden
Stickstofferzeugungssysteme bieten beim Einsatz beim Laserschneiden mehrere Vorteile. Hier sind einige wichtige Vorteile:
Verbesserte Schnittqualität: Stickstoff ist ein Inertgas, das nicht mit dem Schnittmaterial reagiert. Dies reduziert die Oxidation an den Schnittkanten und führt zu saubereren, hochwertigen Schnitten, insbesondere bei Materialien wie Edelstahl und Aluminium mit unerwünschten oxidierten Kanten.
Erhöhte Effizienz: Mit einem Stickstoffgenerator vor Ort erhalten Industriebetriebe eine konstante Versorgung mit hochreinem Stickstoff. Dadurch entfällt die Notwendigkeit von Stickstoffgasflaschen. Dadurch kommt es nicht zu Produktionsausfällen aufgrund von Gasmangel – und die Gesamteffizienz des Betriebs steigt.
Kosteneinsparungen: Während die Anschaffung und Installation eines Stickstoffgenerators eine Anfangsinvestition erfordert, sind die laufenden Kosten für die Produktion von Stickstoff deutlich niedriger als die Kosten für den kontinuierlichen Kauf und Transport von Flaschen- oder Flüssigstickstoff. Dies führt im Laufe der Zeit zu erheblichen Kosteneinsparungen.
Zuverlässigkeit: Stickstoffgeneratoren sind zuverlässig und können konstant hochreinen Stickstoff erzeugen, wodurch eine gleichbleibende Qualität des Laserschneidprozesses gewährleistet wird. Ebenso ist die Verwendung eines hauseigenen Stickstofferzeugungssystems bequemer, als Gas von externen Lieferanten zu kaufen.
Vielseitigkeit: Stickstoffgeneratoren können so eingestellt werden, dass sie Stickstoff mit unterschiedlichen Reinheitsgraden und Drücken erzeugen. Dadurch sind sie vielseitig genug, um den unterschiedlichsten Schneidanforderungen gerecht zu werden.
Einige beliebte Marken von Lasergeneratoren
Die Lasergeneratoren werden von mehreren lokalen und internationalen Herstellern hergestellt. Hier sind ein paar beliebte Namen:
Gener
Ein Pionier in der Welt der On-Site-Gaserzeugung, Gener hat sich mit seinen effizienten Gasgeneratoren, Druckbehältern, Gebläsen und Gasaufbereitungsanlagen eine Nische geschaffen. Die Systeme von Generon sind für ihre qualitativ hochwertige Ausgabe bekannt und eignen sich hervorragend für den Einsatz mit Lasermaschinen.
Atlas Copco
Atlas Copco ist eine weltweit anerkannte Marke für die Entwicklung von Gaserzeugungssystemen. Es bietet eine Reihe von Sauerstoff- und Stickstoffgasgeneratoren an, die für ihre Effizienz und Robustheit bekannt sind. Ihre Systeme sind vielseitig und erfüllen ein breites Spektrum an Reinheits- und Durchflussanforderungen, was sie zu einem Favoriten in vielen Branchen macht, einschließlich des Laserschneidens.
Parker Hannifin
Parker Bei der Entwicklung der Stickstofferzeugungssysteme von Hannifin liegt der Schwerpunkt auf Zuverlässigkeit und Benutzerfreundlichkeit. Ihre Systeme liefern hochwertigen Stickstoff und sind bekannt für Langlebigkeit und konstante Leistung, was sie zu einem starken Konkurrenten im Laserschneidsektor macht.
Shenger-Gasausrüstung
Mit Schwerpunkt auf Präzision und Langlebigkeit bietet Shenger Gas Equipment eine Reihe leistungsstarker Stickstoffgeneratoren an. Ihre Produkte sind für konsistente Ergebnisse bekannt, was sie zu einer beliebten Wahl in der Laserschneidindustrie macht.
CanGas Air Solutions
CanGas ist bekannt für seine technologisch fortschrittlichen und energieeffizienten Stickstoffgeneratoren. Ihre Luftkompressorsysteme sind darauf ausgelegt, hochreines Stickstoffgas zu liefern. Sie sind eine weitere großartige Option für Unternehmen, die Qualität und Effektivität suchen.
Schlussfolgerung
Wenn wir diese Untersuchung laserunterstützter Gasgeneratoren abschließen, wird deutlich, dass ihre Rolle bei Laserschneidvorgängen sowohl entscheidend als auch transformativ ist. Diese Systeme, insbesondere Generatoren, sind nicht nur Zusatzkomponenten von Laserschneidmaschinen, sondern wichtige Zahnräder im Getriebe der Laserschneidtechnologie.
Sie steigern die betriebliche Effizienz, verbessern die Schnittqualität und bieten erhebliche Kosteneinsparungen, was Ihrem Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil in diesem Bereich verschafft.
Vom Verständnis der Funktionsweise dieser Generatoren bis hin zur Untersuchung ihrer verschiedenen Typen und der Faktoren, die ihre Leistung beeinflussen, haben wir die wichtigsten Vorteile hervorgehoben, die sie mit sich bringen.
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