UE12 Flashcards
Nennen Sie drei spezifische Eigenschaften von Laserstrahlung und erkläre diese
Monochromatisch (einfarbig)
-> eine Wellenlänge
Zeitliche und räumliche Kohärenz
-> gleiche Frequenz, in Phase, gleiche Ausbreitungsrichtung
Minimale Divergenz
-> Die Divergenz ist ein Maß für die Strahlaufweitung und gibt somit die Abweichung von der (idealisierten) parallelen Strahlausbreitung an
Nennen Sie die drei wesentlichen Bestandteile einer Laserstrahlquelle, erläutern Sie kurz deren Funktion und skizzieren Sie eine Laserstrahlquelle mit den wesentlichen Bestandteilen.
Pumpquelle:
Die Pumpquelle regt das laseraktive Medium an (Blitzlampen, Dioden)
Laseraktives Medium:
Das angeregte, laseraktive Medium emittiert monochromatische Laserstrahlung.
Resonator: Der Resonator ist ein Spiegelsystem, das aus einem total reflektierenden und einem teildurchlässigen Spiegel besteht. Das Spiegelsystem verstärkt die Energie der Laserstrahlung durch interne Reflektion und induzierte Strahlungsemission.
Definiere folgenden Begriffe:
Strahlkaustik: Synonym für die Laserstrahlgeometrie. Die Strahlkaustik beschreibt die Intensitätsverteilung in und senkrecht zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls
Strahltaillenradius w0 : Strahlradius im Bereich des geringsten Strahlquerschnitts (Strahltaille)
Rayleigh-Länge zR: Gibt die Entfernung (z = zR) von der Strahltaille an, nach der sich die Querschnittsfläche des Strahls verdoppelt hat. Der Bereich ± zR ist ein »optimaler Arbeitsbereich«, da sich innerhalb dieses Bereichs die Intensitätsverteilung des Strahls kaum ändert. Dieser Bereich wird auch als »Fokuslänge« bezeichnet.
Fernfelddivergenz θ0 : Grenzwert, dem sich die Divergenz im Unendlichen annähert. Entspricht dem halben Öffnungswinkel des resultierenden Strahlkegels
Strahlparameterprodukt SPP: Für ein optisches System charakteristische, konstante Kenngröße zur Beschreibung der Strahlqualität. Berechnet sich als Produkt aus Fernfelddivergenz und Strahltaillenradius
Strahlradius Formel
Strahlenradius bei Rayleigh Länge
Die Strahlqualität von Laserstrahlquellen kann auf 3 Arten beschrieben werden: Strahlparameterprodukt SPP, Beugungsmaßzahl M² und Strahlqualitätskennzahl K. Vervollständigen Sie die Matrix, die die Zusammenhänge zwischen den Größen aufzeigt
Sie wollen mit einer gepulsten Laserstrahlquelle sowohl Laserstrahlstrukturieren als auch Laserstrahlbohren. Welche zusätzlichen Systemkomponenten benötigen Sie?
Strahlaufweiter mit integrierter Fokussiereinheit
Laserscanner – Galvo-Antriebe – Spiegel
Fokussieroptik
Steuereinheit
Welche Verfahrensvarianten gibt es beim Laserstrahlbohren? Nennen Sie diese und beschreiben Sie die Verfahren kurz.
Einzelpulsbohren:
Ein einziger Laserpuls schmilzt und verdampft den Werkstoff, so dass ins Werkstück gebohrt wird
Perkussionsbohren:
Mehrfach-Laserpulse schmelzen und verdampfen den Werkstoff, so dass tief ins Werkstück gebohrt wird#
Trepanierbohren:
Mehrfach-Laserpulse schmelzen und verdampfen den Werkstoff, so dass ein »Startloch« ins Werkstück gebohrt wird
Der Laserstrahl wird auf einer vom Startloch ausgehenden Spirale geführt und weitet das Startloch auf; die Fokuslage bleibt konstant!
Wendelbohren:
Mehrfach-Laserpulse schmelzen und verdampfen den Werkstoff
Der Laserstrahl wird von der Startposition aus auf einer Kreisbahn geführt
Dabei wird jedoch die Fokuslage des Strahls ständig nachgeführt »Wendeltreppe«
Das Laserlegieren und -dispergieren sind zwei thermischen Verfahren, um die Werkstoffeigenschaften oberflächennah zu verändern. Beschreiben Sie kurz beide Verfahrensprinzipien.
Laserlegieren:
- Schmelzen des Werkstoffs -> Schmelzbad
- Einbringung des pulverförmigen Zusatzwerkstoffs
- Schmelzen Zusatzwerkstoff
- Durchmischen Zusatzwerkstoff und Grundwerkstoff
- Wärmeleitung ins Innere des Werkstücks -> Selbstabschreckung
Laserdispergieren:
- genauso wie Laserlegieren, allerdings kein Schmelzen des Zusatzwerkstoffs -> Zusatzwerkstoff in Form von Einlagerungen in wiedererstarrter Zone
Nennen Sie zudem einige Zusatzwerkstoffe, die beim Laserlegieren bzw. Laserdispergieren eingesetzt werden. Welche Verbesserungen der Randschichteigenschaften stellt durch die beiden LOB-Verfahren ein?
Zusatzwerkstoffe beim Laserlegieren:
Reinelemente, Karbide
Zusatzelemente beim Laserdispergieren:
Karbide
Verbesserungen:
Steigerung Verschleißfestigkeit,
Einbringen von Zusatzwerkstoff in die oberflächennahe Randzone verringert die Adhäsions- und Abrasionsneigung
Welche Verfahrensvarianten gibt es beim Wasserstrahlschneiden? Nennen Sie diese und beschreiben Sie kurz die Abtragmechanismen. Gehen Sie dabei auf die zeitliche Abfolge des Materialabtrags ein.
Varianten:
Rein-Wasserstrahlschneiden, Abrasiv-Wasserstrahlschneiden
Materialabtrag:
- Aufprall (kinetische Energie)
- Zerrüttung/Rissbildung (innere Spannungen in Werkstoff)
- Erosion (Herauslösen von Werkstoff)
Abrasiv-Wasserstrahl:
- abrasive Wechselwirkung Feststoff-Werkstoff
- -> spanender Abtrag
Nennen Sie jeweils 3 Werkstoffe, die mit den Wasserstrahlschneidverfahren typischerweise bearbeitet werden
Rein-Wasserstrahlschneiden (RWS): Überwiegend Werkstoffe geringer Festigkeit
– Papier – Kunststoffe – Metallfolien – Gummi
Abrasiv-Wasserstrahlschneiden (AWS): Erweiterung auf großes Anwendungsspektrum, vor allem hochfeste Werkstoffe/-Kombinationen
– Glas – Keramik, – Metallische Werkstoffe
Welche Prozessstellgrößen gibt es beim Wasserstrahlschneiden? Nennen Sie die wesentlichen (Hauptprozessparameter) unter Berücksichtigung der beiden grundlegenden Verfahrensvarianten.
Hauptprozessparameter
Vorschub
Wasserdruck
Zusätzlich beim Wasser-Abrasivstrahlschneiden: Massenstrom der zugeführten Feststoffpartikel
Wie unterscheidet sich das Schneiden und das Abtragen mit dem Wasserstrahl grundlegend auf das erzielte Bearbeitungsergebnis?
Schneiden: Ganzer Werkstoff wird durchschnitten
Abtragen: Definierte Tiefe
Welche typischen Phänomene treten in der Anwendung des Wasserstrahlschneidens durch die chronologische Überlagerung von zyklischen Prozessen und Energieverlusten des wirkenden Schneidstrahlkontakts auf?
Riefen Strahlnachlauf Schnittwinkel Konturverletzungen
Welche Fehler können sich bei der Ausbildung eines Schnittspalts beim Wasserstrahlschneiden auftreten?
