Stickstofflaser. Foto: K. Murray (Kkmurray) - Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1932238

Lasergas – in der Indus­trie unentbehrlich

von | 23. September 2020

Laser kennt man von James Bond, wenn Böse­wicht Gold­fin­ger den Super­hel­den mittels gebün­del­ter Licht­strah­len zer­sä­gen will. Tech­nisch machbar, aber ein­deu­tig Miss­brauch. Laser sind in der Indus­trie fürs Laser­scheiden und Laser­schweissen unent­behr­lich. Und dabei sind dies bei weitem nicht nur die Elektro-​Licht-​Laser wie bei Mister Bond. Zum Einsatz kommen auch CO2-​Laser, Fest­kör­per­laser, Excimer-​Laser und Hochleistungsdioden-​Laser (HLDL).

Bei einem Laser werden die Licht­strah­len nicht nur mittels elek­tri­scher Energie gebün­delt und so hoch­en­er­ge­tisch kon­zen­triert. Zum Einsatz kommen dabei Sauer­stoff, Stick­stoff, Argon oder Helium. Diese Industrie Gase werden mittels Gas­fla­sche, Bündel oder Tank gehan­delt, werden vor Ort an den Laser ange­schlos­sen und sind flä­chen­de­ckend in Deutsch­land zum Beispiel gut verfügbar.

Mittels dieser Gase werden hohe Strah­lungs­leis­tun­gen erreicht, das von Ultra­vio­lett bis Infra­rot reicht. Das fürs Laser typi­sche Pumpen (auch gepulst ‑pw genannt) erfolgt durch eine elek­tri­sche Gas­ent­la­dung. Auch ein kon­ti­nu­ier­li­cher Betrieb (cw genannt) ist möglich.

Viele Anwen­dun­gen für Lasergas

Die Anwen­dungs­fel­der in der Indus­trie sind breit. Wesent­li­ches Anwen­dungs­feld ist die Mate­ri­al­be­ar­bei­tung. Gene­rell sind Laser gegen­über spa­nen­den und schnei­den­den Ver­fah­ren bei der Metall- oder Kunst­stoff­ver­ar­bei­tung im Vorteil. Sie sind fle­xi­bler, können deut­lich größere Mengen bewäl­ti­gen, wiesen eine bes­se­rer Bear­bei­tungs­qua­li­tät auf und zeich­nen sich, im Gegen­satz zu Werk­zeug­ma­schi­nen, durch eine relativ geringe War­tungs­be­dürf­tig­keit aus.

Gerade CO2-​Laser erfül­len diese Vor­teile gera­dezu vor­bild­lich. Ihre infra­rote Laser­strah­lung liegt bei 10,6 μm Wel­len­länge Zum Betrieb werden drei ver­schie­dene Gase benö­tigt, und zwar CO2 4.5 mit einer Gas­rein­heit von 99,995 %, Helium 4.6 (99,996%) und Stick­stoff 25.0 (99,999%). Errei­chen diese Gase nicht diese Rein­heits­grade, könnte der Laser ver­schmut­zen, was seine Leis­tungs­fä­hig­keit beein­träch­tigt. Die Gas­mo­le­küle werden durch Gleich­strom oder Hoch­fre­quenz ange­regt und über Stickstoff-​Moleküle ange­sto­ßen. Dadurch wird die Strah­lung ange­regt. Die dabei frei­geetzte Wärme muss mittels Helium gekühlt werden.

Zu den Gas-​Lasern gehören auch die Excimer-​Laser, die bei der der Fein- und Mikro­be­ar­bei­tung ein­ge­setzt werde. Ihr Betrieb erfolgt mit Edelgas-​Halogen-​Gemischen. UV-​Ihr Wel­len­län­gen­be­reich liegt zwi­schen 190 und 350 nm.

Die Gas­la­ser sorgen, wie andre Laser auch, für höhere Pro­duk­ti­ons­ra­ten und eine ver­bes­serte Bear­bei­tungs­qua­li­tät. Beim Laser­bren­nen etwa fokus­siert eine Linse oder ein Spiegel den Strahl auf das zu schnei­dende Mate­rial. Daneben gibt es noch die Ver­fah­ren Schmelz­schnei­den und Brenn­schnei­den sowie Laser­boh­ren, das wie­derum Boh­run­gen mit Durch­mes­sern zwi­schen etwa 10 μm und 1 mm ermög­licht. Es wird etwa für Düsen angewandt.

Tech­nische Gase werden aber nicht nur zur Erzeu­gung des Laser-​Strahls ein­ge­setzt, sondern auch direkt an der Schnitt­stelle, etwa, um Reste weg­zu­bla­sen oder um die Oxy­da­tion von metal­li­schen Schnitt­stel­len zu ver­hin­dern. Hier kommt eben­falls hoch­rei­ner Stick­stoff zum Einsatz. Für kleinere Anwen­de­ungen muss man Stick­stoff in Gasfla­schen kaufen für größere Anwen­dungen nimmt man ein Stick­stoff Bündel. Hier sind dann 12 Stick­stoff­fla­schen mit je 50 Liter zusam­men­ge­fasst mit einem Ventil zum anschliessen an die Stickstoffleitung.

Frank Urbansky

Freier Jour­na­list und Fach­au­tor, unter anderem für die Fach­ma­ga­zine und Portale Brenn­stoff­spie­gel, Uniti; DW Die Woh­nungs­wirt­schaft und Immo­bi­li­en­wirt­schaft; Haufe-Lexware; Energie&Management; IVV, Huss Medien; Motor­tech­ni­sche Zeit­schrift und Sprin­ger­Pro­fes­sio­nal; Sprin­ger Fachverlag; SHK Profi und tab, Bau­ver­lag; stadt+werk, k21

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