LASERSTRAHLUNG

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen, mit denen beispielsweise Schmalflächen von bevorzugten plattenförmigen Werkstücken mit einem Beschichtungsmaterial versehen werden können. In diesem Bereich sind zur Aktivierung des bereits auf dem Beschichtungsmaterial bzw. auf dem Werkstück vorgesehenen Haftmittels Lasereinrichtungen bekannt.

Stand der Technik

Als Stand der Technik ist beispielsweise die DE 10 2006 056 010 Äl nennen. Dieses Dokument offenbart ein Verfahren zur Beschichtung von Bauteilen aus Holz, Holzwerkstoffen, Kunststoff oder dergleichen, bei dem eine solide Beschichtung auf eine Fläche des Bauteils aufgebracht wird, wobei das Bauteil und die solide Beschichtung relativ zueinander bewegt und mittels eines Klebstoffs im Bereich einer Andruckzone miteinander verbunden werden, Der Klebstoff und oder die solide Beschichtung und/oder das Bauteil werden im Bereich einer Wirkzone durch Bestrahlen mit mindestens einem Laserstrahl aktiviert oder reaktiviert, und anschließend wird die solide Beschichtung mittels eines Andruckelements mit dem Bauteil verbunden.

Im Stand der Technik werden beispielsweise mehrere Laser mit Mischpolarisation eingesetzt , deren Laserstrahlen anschließend zusammengeführt und. auf das zu aktivierende Haftmittel ausgerichtet werden, Bekannt sind auch Systeme, bei denen die Laserstrahlen über Glasfaserkabel geleitet werden ,

Hierbei hat es sich als nachteilig erwiesen, dass teilweise eine verstärkte Reflexion des Laserstrahls beim Einkoppeln der Strahlung in das zu aktivierende Haftmittel erfolgt .

Gegenstand der Erfindung

Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Aktivierungseinrichtung für eine Beschicht rigsVorrichtung bereitzustellen, mit der ein höherer Wirkungsgrad bei der Aktivierung des Haftmitteis, und eine Reduzierung der unter Umständen gefährlichen, zumindest edoch die Effizienz reduzierenden Streustrahlung erreicht wird.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch. 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungs formen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Kern der Erfindung ist die Verwendung eines Lasers, mit dem ein polarisiertex Lase strahl derart emittiert werden kann, dass in einer Bezugsebene zum Haf mittel im Wesentlichen ein Laserstrahl mit p- Polarisation vorliegt. P- Polarisation, bedeutet in diesem Zusammenhang „parallele Polarisation" in Bezug auf eine Bezugsebene, die auf der durch das Beschi chtungsmaterial oder das Werkstück ausgebildeten Fläche im Wesen lichen senkrecht steht, und durch ein Lot auf dieser Fläche und dem Laserstrahl aufgespannt wird, s-Polarisation b deutet „senkrechte Polarisation" in Bezug auf die Bezügeebene .

Beschichtungsmaterial meint im Sinne dieser Anmeldung ein Element, das au einem Werkstück aufgebracht wird. Dieses kann aus einem Material, oder aus mehreren Schichten bestehen. Beispielsweise wird als oberste Schicht ein zu aktivierendes Haftmittel aufgebracht. Andernfalls ist es möglich, ein eine Kunststof Schicht aufweisendes Material durch den Laserstrahl zu aktivieren. Demnach bedeutet „auf e nem Beschichtungsmaterial in Bezug auf das Haftmittel im Sinne dieser Anmeldung sowohl eine Haftmittelschicht auf dem Beschichtiingsniaterial oder an diesem _» oder auch Haftmittel im Beschichtungsmaterial. In diesem Fall ist das Haf mittel im Beschichtungsmaterial integriert, oder das

Beschichtungsmaterial kann alternativ selbst haftende Eigenschaften entfalten. Ferner ist koextrud erfces Material zu nennen.

Das Filtern eines multipolaren Laserlichts, wag zu einer Reduzierung der ursprünglich generierten Laserleistung führt; ist dabei nicht unbedingt erforderlich. Allerdings könnte der Laserstrahl auch zusätzlich gefiltert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Aktivierung eines Haftmittels bereitgestellt, welche Vorrichtung aufweist; einen Laser zur Ausgabe eines Lase s rahls zu einem Laserstrahleni.itter und eine Bewegungseinrichtung zum Bewegen des Beschic tungsmaterials relativ zu einem Laserlichtemitter . Der Laserstrahl wird derart auf das Beschichtungsmaterial oder das Werkstück ausgerichtet, dass der Laserstrahl mit einem Lot auf der Fläche des Beschichtungsmate ials bzw. Werkstücks eine Bezugsebene (E) ausbildet. Der Laserstrahl weist dabei mehr p -polarisiertes Licht als s -polarisiertes Licht in der Bezugsebene (E) auf.

Der vom Lasergtrahlemitter emittierte Laserstrahl ist dabei derart ausgerichtet, dass er auf das Haftmittel auf reffen kann und dieses aktiviert. Im aktivierten Zustand kann das Ha tmittel eine dauerhafte Verbindung zwischen Werkstück und Beschichtungsmaterial berei stellen. im Zuge der durchgeführten Versuche hat sich gezeigt, dass die Einkopplung eines Laserstrahls mit p-Polarisatlon in ein Haf mittel zu einer deutlichen Verringerung der am Haftrnittel reflektierten Strahlung führt. Somit ist es möglich, unter Beibehaltung der zur Aktivierung erforderlichen Akt.1vierurigsene rgie einen Laser mit ge ngerer Intensität einzusetzen und somit eine Energieeinsparung durch verminderte Leistung gegenüber bekannten Systemen zu erreichen. Ferner können eine höhere .Prozessstabilität sowie ine geringere Anfälligkeit gegenüber Aufbau-/ M0nta.get0leran.2en realisiert werden .

Bevorzugt ist es vorgesehen, dass mehr als 75 % p- polarisiertes Licht in der genannten Bezugsebene vorliegt, bzw. dass weitestgehend ausschließlich p- polarisiertes Licht in der Bezugsebene vorliegt. Gegenüber Laserlicht mit Mischpolarisation bzw. Licht mit s-Polarisation zeichnet sich das -polarisierte Licht dadurch aus, dass die in das Haftniittel umgesetzte Laserleistung höhere Werte annimm .

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass zur Ablenkung des Laserstrahls ein Ablenkspiegel oder Prisma verwendet wird. Diese Maßnahmen zeichnen sich gegenüber Faserleitern dadurch aus, dass die vom Laser ausgegebene Polarisation beibehalten, wird, .Folglich kann das Laserl J cht ohne zusätzlichen Filter in das zu aktivierende Haftmittel eingekoppelt v/erden. Eine zusätzliche Filterung von Lichtanteilen , die trotz der genannten Maßnahmen s- polarisiertes Licht aufweisen, könnte jedoch dennoch vorgesehen sein. Besonders bevorzugt ist es dabei vorgesehen, dass das Licht des Laserstrahls Direktstrahlung ist.

In einer bevorzugten Ausführungsfortn der vorliegenden Erfindung wird der Laserstrahl derart auf das Beschichtungsmaterial oder auf das Werkstück ausgerichtet, da s der Laserstrahl mit der Ebene des Beschichtungsmaterials bzw. der Ebene des Werkstücks einen Winkel von 15 bis 35 Grad, bevorzugt 20-30 Grad, und weiter bevorzugt 20-27 Grad ausbildet. In den genannten Win.kelberei.chen ergibt sich ein Optimum aus dem Einfallswinkel des Laserstrahls und der optischen Eindringtiefe in das zu aktivierende Haftmittel . Ferner wird in diesem Bereich die Reflexion des Lichts des Laserstrahls minirrtiert . In Kombination mit der anspruchsgemäßen Polarisation des Lichts des Laserstrahls ergibt sich somit eine hohe Effizienz.

In einer bevorzugten Ausfü rungsform gibt der Laser einen Laserstrahl mit nur einer bestimmten Polarisation aus. Hierbei kann es sich um einen Diodenlaser, Faserlaser, Festkörperlaser oder C02 -Laser handeln.

Ferner kann die vorliegende Erfindung neben einer Vorrichtung auch auf ein Verfahren zur Aktivierung eines Haftmittels gerichtet sein.

Kurze Beschreitung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine schematische Draufsicht, die ei en

Abschnitt einer Beschichtungsvorrichtung zeigt,

Figur 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht zur

Erläuterung des Einfallswinkels des Laserstrahls auf ein Kantenband.

Figur 3 ist eine Ans icht , mit der die Polarisationsrichtung des Laserlichts erläutert wird.

Detaill; rte Beschreibung der bevorzug en Ausführungsformen

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Hierbei sind die dargestellten Elemente stark vereinfacht, um den Kern der vorliegenden Erfindung deutlicher darstellen zu können. Insbesondere wird ein Werkstück 1 dargestellt, das sich in einer Durchlaufrichtung durch die Beschichtungsvorrichtung bewegt (siehe Pfeil in Fig. 1} . Auf das Werkstück 1 wird mittels einer Andruekrolle 4 ein Eeschichtungsmaterial 2 aufgedrückt, wobei das Beschichtungsmater.ial 2 an der zum Werkstück 1 weisenden Sei e mi einem Haftmittel versehen ist.

Ferner ist ein in der vorliegenden Ausführungsform ein Diodenlaser 5 vorgesehe , der einen Laserstrahl L emittiert , und über einen schematisch dargestellten Spiegel oder ein Prisma 6 in den Bereich der Wirkzone umlenkt . Al ernativ sind auch Faseriaser oder C02- Laser für diesen Einsatz geeignet . Dabei ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Laserstrahl L in einem Winkel er von 20-30° bezogen auf die. Ebene des Beschichtungsmaterials auf dieses auftrifft. Dieser bevorzugte Winkel ergibt sich aus den Brechzahlen von Luft (ca. 1) und dem für Kunststoffe, wie dem Haftmittel, • en Wert von 1,5.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass der Laser 5 derart ausgerichtet wird, dass in der Bezugsebene des Haftmittels 3 überwiegend P-Polarisation vorliegt , Die Bewertung, dass „überwiegend" Laserlicht mit P-Polarisation vorliegt, richtet sich danach, dass ei Dioden! aser eingesetzt wird, der eine bestimmte Polarisation auf eist . Diese dem Diodenlaser eigene Polarisation, geht deshalb nichtverloren, weil zur Umlenkung des Laserlichts bis zum Haftmittel Spiegel und Prismen verwendet werden . Würde alternativ ein Glasfaserkabel verwendet , ginge die vom Diodenlaser emittierte Polarisation des Laserlichts durch Brechung/Streuung verloren. Allerdings kann es sein, dass trotz des genannten Vorgehens eine gewisse Brechung/Streuung oder Polarisationsversch ebung des Laserlichts nicht vermieden werden kann.

Die Umsetzung der Laserleis::ung in Wärmeenergie hängt neben dem Einfallswinkel der Laserstrahlung auc von der optischen Eindringtiefe in das zu aktivierende Haftmittel ab. Um eine schnelle und zugleich gleichmäßige Aktivierung zu erreichen, hat es sich gezeigt, dass als optimale Eindringtiefe ca. 0,4 mm zu wählen ist.

Da der Laserstrahl derart ausgerichtet ist, dass in der Bezugsebene im Wesentlichen P~Polarisation vorherrscht, und der Weg des Laserstrahls durch das Haftmittel durch die Wahl des Einfallwinkels maximiert wird, kann eine optimale Einkopplung der Energie des Laserstrahls ir. das Haftmittel zu dessen Aktivierung genutzt werden .

In Figur 2 is schematisch ein Beschichtungsmaterial 2 gezeigt, auf dem. ein zu aktivierendes Haftmittel 3 aufgebracht ist. Ferner ist ein Laserstrahl L abgebildet _. , der mit einem Lot auf der Ebene des Beschichtungsmateria1s eine Bezugsebene E ausbildet.

In Figur 3 wird in einer schetnatischen Seitenansicht die bevorzugte Polarisation des Laserlichts anschaulich erläutert: die Amplitude des Laar r\ i chtstrahls L schwingt dabei in der zuvor definierten Bezugsebene , und trifft im

Einfallswinkel auf das Beschichtungsmaterial 2 auf ,

Bei den im Rahmen dieser Erfindung durchgeführten Versuchen hat sich gezeigt, dass die maximal umgesetzte Leistung des hasers bei der hier bevorzugten. p- Polarisation des Laserlichts bei etwa 20-30° maximal ist. In diesem Winkelbereich findet zum einen eine geringe Streuung des Laserlichts am Haftmittel statt. Zum anderen wird eine gleichmäßige Durchwärmung des Haftmittels erreicht.

Die Kennwerte für Laserlicht mit Mischpolarisation, welches üblicherweise eingesetzt wird, zeigt gegenüber dem Laserlicht mit p- Polarisation eine geringere umgesetzte Laserleistung. Dies gilt insbesondere für den Winkelbereich, in dem eine geringe Streuung des Laserlichts zu erwarten ist.