Hepcomotion Bewegung des Lasers in Nanometer kleinen Schritten

Autor / Redakteur: Alexander Mend / Stefanie Michel

Dass ein Roboter kaum sichtbare Bewegungen machen kann, die 100 nm klein sind, ist schwer vorstellbar – schließlich ist ein Menschenhaar 700-fach dicker. Aber es ist möglich, wie ein Schweißroboter beweist. Hinter seiner Präzision steckt ein bogenförmiges Linearführungssystem.

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Laserschweißen mit höchster Präzision: Der Schweißroboter Nanoweld verbindet Glasfasern mit einem Durchmesser von 10 µm. Die Bewegungen des Lasers spielen sich im Bereich von 100 nm ab.
Laserschweißen mit höchster Präzision: Der Schweißroboter Nanoweld verbindet Glasfasern mit einem Durchmesser von 10 µm. Die Bewegungen des Lasers spielen sich im Bereich von 100 nm ab.
(Bild: Hepcomotion)

Tagein, tagaus kommunizieren Milliarden Menschen per E-Mail und Telefon. Die Datenübertragung rund um die Welt funktioniert dabei meist in Lichtgeschwindigkeit über Glasfasern – ein Begriff, der mittlerweile geläufig ist. Weniger bekannt sind hingegen sogenannte E/O-Wandler. Die zuckerwürfelgroßen Bauteile machen die optische Datenübertragung überhaupt erst möglich, indem sie mit Diodenlasern elektromagnetische Impulse des Telefonmikrofons in optische Impulse umwandeln und in die Glasfasern schicken.

Ihre Herstellung ist ein kleines Meisterwerk des Präzisionsschweißens. Nötig sind dafür Spezialanlagen, die nur wenige Hersteller auf der Welt konzipieren. Zu ihnen zählt Nanosystec. Das Unternehmen aus Groß-Umstadt bei Frankfurt am Main hat einen Schweißroboter namens Nanoweld entwickelt, den es hauptsächlich in den USA und Fernost vertreibt.

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Hochpräzise Ausrichtung: Roboterbewegungen sind nur 100 nm groß

Im Zentrum der Anlage befindet sich eine bewegliche Lastenplatte, die Diodenlaser und Glasfaser exakt aufeinander ausrichtet. Da die Glasfaser lediglich einen Durchmesser von 10 µm hat und der Diodenlaser exakt in die Mitte treffen muss, spielen sich die Bewegungen im Bereich von 100 nm ab. Zum Vergleich: In einem Stück Metall entspricht 1 nm in etwa der Länge von vier aneinandergereihten Atomen. Oder anders: Ein Menschenhaar ist rund 700-mal dicker als 100 nm.

Sobald die feine Positionierung erfolgt ist, kommen zwei Laserschweißköpfe ins Spiel, welche die mit einer Metallhülle ummantelten Glasfasern von zwei Seiten mit einer Schweißnaht fixieren. Und auch hier spielt Präzision eine Schlüsselrolle. „Eine der Herausforderungen bei der Konzeption der Nanoweld war es, auf dem Zuliefermarkt ein Führungssystem zu finden, auf dem sich die Laser im Bereich von einem Zehntelgrad zuverlässig bewegen lassen“, erklärt Günter Hummelt, Technikchef bei Nanosystec. „Um Platz zu sparen und die Anlage kompakter bauen zu können, wollten wir nicht mit einem X-Y-System arbeiten, sondern mit einer Ringbahn.“

Laser bewegen sich auf ringförmigem Führungssystem

Fündig wurde Hummelt bei Hepcomotion. Das britische Unternehmen mit einer Niederlassung im bayerischen Feucht hat sich seit 1969 auf die Entwicklung von Linearführungssystemen und Automatisierungskomponenten spezialisiert. Zum Produktportfolio zählt ein System namens PRT2. Dabei handelt es sich um ein Spektrum an Ringen und Ringsegmenten auch aus Edelstahl erhältlich, die verschiedene Durchmesser haben und sich mit geraden Führungsschienen zu einer Vielfalt offener und geschlossener Schienenstrecken zusammensetzen lassen. In der Anlage Nanoweld sind vier Ringelemente eingesetzt: zwei 90°-Segmente mit einer Breite von 44 mm, die bogenförmig über die Lastenplatte ragen, sowie zwei weitere 90°-Segmente mit einer Breite von 76 mm auf dem Boden. „Die Schienen haben eine hohe Festigkeit und eine lange Lebensdauer“, erklärt Hummelt. „Das verschafft uns einen Wettbewerbsvorteil, da der Wartungsaufwand für die Anlage sinkt.“

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