Abisolieren von Drähten per Laser

Der einadrige Draht oben wurde mit einer Klinge abisoliert, während der Draht unten mit einem Laser abisoliert wurde, was zu einem saubereren Schnitt und ohne Beschädigung führte. Foto mit freundlicher Genehmigung von Spectrum Technologies PLC

Dieser automatisierte Laser-Abisolierer verarbeitet Drähte mit einer Wiederholgenauigkeit von weniger als 10 Mikrometern. Fenster können in den einzelnen Drähten eines Bandes abisoliert werden, wobei jeder Draht nur 100 Mikrometer breit ist. Foto mit freundlicher Genehmigung von Laser Wire Solutions

Das Laserabisolieren von Drähten ist die präziseste und zuverlässigste Abisoliermethode, die heute verfügbar ist. Foto mit freundlicher Genehmigung von Spectrum Technologies PLC

Mit diesem tragbaren Laser-Abisolierer können Monteure Drähte direkt an einer Kabelbaumplatine bearbeiten. Foto mit freundlicher Genehmigung von Control Laser Corp.

Metallklingen werden typischerweise zum Abisolieren von Drähten oder Kabeln verwendet. Es gibt jedoch eine Alternative: Laser. Ein präzise gesteuerter Laserstrahl kann die Drahtisolierung und -abschirmung verdampfen, ohne dass die Gefahr besteht, dass die darunter liegenden elektrischen Leiter beschädigt werden.

Der anhaltende Trend zu kleineren Drahtdurchmessern und komplexeren Isolationsstrukturen veranlasst Hersteller, über herkömmliche Abisolierwerkzeuge hinauszuschauen. Laser-Abisolierzangen bieten eine sichere, zuverlässige und produktive Alternative.

„Laser-Drahtabisolieren liefert eine viel höhere Ausbeute als andere Methoden und liefert eine viel höhere Qualität des Abisolierens“, behauptet Rachael Pugh, Marketing- und Kommunikationsmanagerin bei Spectrum Technologies PLC. „Da Draht- und Kabelbaugruppen immer kleiner, komplexer und empfindlicher werden, ist der Laser oft die einzige Lösung, um kostspieligen Abfall zu vermeiden.“

Zu den herkömmlichen Abisoliertechniken gehören mechanische, abrasive, chemische und thermische Methoden. Allerdings weist jedes Verfahren Nachteile auf, wie z. B. langsame Verarbeitungsgeschwindigkeit, mangelnde Präzision, schlechte Qualität und mögliche Leiterschäden.

Mechanische Abisolierzangen verwenden geschärfte Stahlklingen, um die Isolierung zu durchtrennen und zu entfernen. Obwohl die meisten Systeme über eine Feineinstellung der Klingen und positive Anschläge verfügen, sind Schäden an Leitern, wie z. B. gekämmte, gezogene, abgekratzte, geschnittene, eingekerbte oder in Vogelkäfige geratene Litzen, unvermeidlich.

Bei kleineren Drahtstärken wird es schwieriger, den Draht so abzuisolieren, dass die leitende Funktion des Drahtes nicht beeinträchtigt wird. Verdrillte Kabel stellen aufgrund ihrer unrunden Querschnitte eine besondere Herausforderung für mechanische Abisoliersysteme dar.

Der Betrieb thermischer Abisoliergeräte ist aufgrund des hohen Stromverbrauchs des Heizelements teuer. Darüber hinaus sind sie mit Problemen wie übermäßigem Randgrat, unregelmäßigen Übergängen und verbrannter, geschmolzener oder verkohlter Isolierung konfrontiert. Beim thermischen Abisolieren können auch dielektrische Rückstände zurückbleiben, die sich negativ auf die elektrische Leitfähigkeit am Drahtabschluss auswirken können.

Die chemische Entlackung unterliegt strengen Vorschriften zur Kontrolle der Arbeitssicherheit sowie der Luft- und Wasserqualität. Die Chemikalien müssen sorgfältig gehandhabt und als gefährlicher Abfall entsorgt werden, was zusätzliche Kosten für den Prozess verursacht.

Das Laserabisolieren von Drähten bietet eine praktische Lösung sowohl für Drähte mit kleinem Durchmesser als auch für unrunde Drahtabschnitte, da mechanische Schäden am Leiter vermieden werden und der Laserstrahl in der Lage ist, unregelmäßige Querschnitte zu tolerieren.

Trotz dieser Vorteile gilt das Laserabisolieren von Drähten immer noch als Nischenanwendung. „Aus Kostengründen wird, wenn möglich, immer der mechanische Einsatz bevorzugt, aber die Zahl der Anwendungen nimmt von Jahr zu Jahr zu“, bemerkt Paul Taylor, CEO und Geschäftsführer von Laser Wire Solutions.

„Viele Ingenieure sind sich der Möglichkeiten nicht bewusst“, betont Taylor. „Aber diejenigen, die dies tun, entwerfen Kabel mit einzigartigen Eigenschaften, die ohne das Abisolieren von Drähten per Laser nicht möglich gewesen wären. Es wird nie die primäre Abisoliermethode für alle Kabel sein, aber der Anteil laserisolierter Kabel wird stetig zunehmen.“

Ein Laser-Abisoliersystem besteht aus einem Laser, einem optischen System, Steuerungen, Anwendungswerkzeugen und Sicherheitsbarrieren. Ingenieure können zwischen eigenständigen automatisierten Maschinen, halbautomatischen Tischgeräten und manuellen, handgeführten Laser-Abisoliergeräten wählen. Es sind einachsige, zweiachsige und feste Strahlkonfigurationen mit Leistungsoptionen von 10 bis 50 Watt erhältlich.

„Es stehen mehrere Arten von Lasern zur Verfügung, darunter CO2, Nd:YAG und UV“, sagt Ken Deming, Vertriebs- und Marketingleiter bei Control Laser Corp. „Allerdings wird CO2 am häufigsten verwendet und ist am kostengünstigsten.“

Demings Unternehmen bietet sowohl Tisch- als auch Handgeräte an. „Letzterer passt in die Handfläche des Benutzers und kann Drähte einfacher abisolieren als mechanische Handabisolierer“, behauptet er. „Es ermöglicht Monteuren, Drähte direkt an einer Kabelbaumplatine zu verarbeiten.“

„Beim Abisolieren von Drähten per Laser schneidet ein Laser die Isoliermaterialien, die die Metallleiter des Drahtes bedecken, rundherum und entlang der Länge ab“, fügt Rick Stevenson hinzu, Vertriebsleiter bei Control Micro Systems Inc., das sein System ursprünglich für einen großen Luft- und Raumfahrthersteller entwickelt hat . „Mit diesem Verfahren lässt sich die Isolierung später sehr einfach wieder abziehen.

„Das Abisolieren von Drähten per Laser ist die präziseste und zuverlässigste Abisoliermethode, die heute verfügbar ist“, behauptet Stevenson. „Durch die Verwendung des richtigen Lasertyps für einen bestimmten Draht absorbiert die Isolierung den Strahl und verdampft. Die metallischen Materialien des darunter liegenden Drahtleiters reflektieren den Laserstrahl wie ein Spiegel und werden nicht beschädigt.“

Die Laser-Abisoliertechnologie wurde Mitte der 1970er Jahre von NASA-Ingenieuren entwickelt. Heutzutage wird es hauptsächlich von Herstellern in der Luft- und Raumfahrtindustrie sowie in der Medizingeräteindustrie eingesetzt. Das Verfahren wird auch zur Konfektionierung von Mikrokoaxialkabeln verwendet, die häufig in persönlichen elektronischen Geräten wie Laptops, Notebooks und Tablets verwendet werden.

Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt reichen von Satelliten bis hin zu Stromkabeln für Flugzeuge. Auch Zahnbohrer, Hörgeräte, Katheter, Herzschrittmacher, Ultraschallwandler und andere medizinische Geräte werden mit Laser-Abisoliergeräten montiert. Zu den Automobilanwendungen gehören Handbremskabel, Airbag-Kabelbäume sowie kleine Motoren und Aktuatoren.

„In einigen Fällen hat sich der Einsatz von Lasern als das einzig praktische Werkzeug zum Abisolieren von Drähten erwiesen“, behauptet Taylor von Laser Wire Solutions. „Laser werden in der Regel dort eingesetzt, wo eine mechanische Entschichtung nicht möglich ist.

„Das kann daran liegen, dass der Draht sehr dünn ist, wie etwa bei feinen Drähten in medizinischen Geräten, und eine Beschädigung des Leiters beim mechanischen Abisolieren zu Qualitätsproblemen führt“, erklärt Taylor. „Andere Möglichkeiten umfassen Anwendungen, bei denen ein Kabel einen Querschnitt hat, der sich mechanisch nur schwer abisolieren lässt, wie zum Beispiel ein ummanteltes Twisted-Pair.“

Trotz all dieser Vorteile wird das Laserabisolieren von Drähten von Herstellern nicht häufig eingesetzt. „Die Technologie wird immer häufiger eingesetzt, aber die Kosten bleiben der limitierende Faktor“, sagt Pugh von Spectrum Technologies

„Wir haben im letzten [Jahrzehnt] ein stetiges Wachstum des Marktes erlebt, und dies zeigt sich in der Zunahme der Zahl neuer Wettbewerber“, erklärt Pugh. „Außerdem beobachten wir eine Zunahme der Anfragen nach individuelleren Lösungen und nach hochkomplexen Kabelkonstruktionen.“

Leider sind Laser-Abisolierzangen nicht überall erschwinglich. „Die Preise für CO2-Laser sind in den letzten 10 Jahren nicht wirklich stark gesunken, daher ist auch der Preis für eine komplette Maschine nicht gesunken“, betont Pugh.

„Laser werden dort eingesetzt, wo die Teile von hohem Wert sind“, fügt Taylor hinzu. „Für Penny-Teile benötigt man sehr große Mengen. Daher sind die Anwendungen auf diese beiden Bereiche beschränkt – hoher Wert und geringes Volumen.

„Die Mehrheit der Ingenieure weiß nicht, was mit der Laserentfernung erreicht werden kann“, behauptet Taylor. „Kabel sind immer noch auf die Möglichkeiten des mechanischen Abisolierens ausgelegt und darauf beschränkt. Aber das ändert sich. Gleichzeitig werden Laser immer häufiger eingesetzt [in Kabelverarbeitungsanwendungen].