Forschungsbericht 2010 | 2011 - ifw Jena
Forschungsbericht 2010 | 2011 - ifw Jena
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<strong>Forschungsbericht</strong> <strong>2010</strong> | <strong>2011</strong>
Impressum:<br />
Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik<br />
und Werkstoffprüfung GmbH<br />
Verantwortlich für den Inhalt: Dr.-Ing. Sabine Sändig<br />
Konzept & Umsetzung: Liebscher GbR, <strong>Jena</strong><br />
Druck: blau Druck, Gera
<strong>Forschungsbericht</strong> <strong>2010</strong> | <strong>2011</strong> Die Inhalte<br />
Forschung braucht Kooperation 4<br />
Das <strong>ifw</strong> – 20 Jahre erfolgreiche Forschung in der Praxis 6<br />
Leistungsangebote der <strong>ifw</strong>-Abteilungen 9<br />
Ausgewählte Forschungs- und Entwicklungsergebnisse 17<br />
Laufende Forschungsvorhaben 29<br />
Kontakte und Ansprechpartner 35<br />
3
DAS INSTITUTS-PROFIL<br />
Forschung braucht Kooperation<br />
„Wissenschaft braucht Zusammenarbeit, in der sich das Wissen des einen<br />
durch die Entdeckung des anderen bereichert.“<br />
Diese Überzeugung des Philosophen José Ortega<br />
y Gasset gilt heute mehr denn je. Standorte wie<br />
der Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort <strong>Jena</strong><br />
bieten ideale Voraussetzungen für interdisziplinäre<br />
Kooperationen. In Thüringen wird Grundlagen- und<br />
angewandte Forschung auf Spitzenniveau betrieben;<br />
besteht ein reger Austausch zwischen Wissenschaft<br />
und Wirtschaft. Regionale Netzwerke bieten überdurchschnittlich<br />
viele Kontakte und Partner, um an<br />
Herausforderungen unterschiedlichster Art heranzugehen<br />
und auf der Basis neuester Forschungsergebnisse<br />
gemeinsam marktfähige Produkte zu entwickeln.<br />
Dabei zeichnet sich der Standort <strong>Jena</strong> spätestens seit<br />
der erfolgreichen Zusammenarbeit von Ernst Abbe,<br />
Carl Zeiss und Otto Schott, die gemeinsam die Fertigung<br />
optischer Gläser und Instrumente revolutionierten<br />
und damit wiederum bahnbrechende Forschungen<br />
in der Biologie und der Medizin ermöglichten,<br />
durch eine stark Wert schöpfende Orientierung<br />
in der Forschung und Entwicklung aus.<br />
Dieser Tradition hat sich auch das <strong>Jena</strong>er Günter-<br />
Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung<br />
GmbH verpflichtet. Als gemeinnützige<br />
externe Industrieforschungseinrichtung sieht sich<br />
das <strong>ifw</strong> als Partner der Wirtschaft und insbesondere<br />
des technologieorientierten Mittelstands Thüringens,<br />
ganz gleich ob in traditionellen Branchen wie der<br />
optischen Industrie, der Glas- und Keramikindustrie,<br />
dem Maschinen- und Werkzeugbau, dem Stahl- und<br />
Metallbau oder aber „jungen“ Branchen Thüringens<br />
wie der Kunststoffbranche, der Medizintechnik, der<br />
Mikrotechnik oder der Energie- und Umwelttechnik.<br />
Überall wo fügetechnische Fragestellungen stehen,<br />
suchen die Wissenschaftler und Techniker des <strong>ifw</strong><br />
nach praxisorientierten Lösungen. Dabei stellen sich<br />
die Mitarbeiter ganz bewusst der Herausforderung,<br />
Forschungsergebnisse gemeinsam mit den Partnern<br />
rasch und marktorientiert umzusetzen.<br />
Infolge eines ausgewogenen Mix aus Technologie,<br />
Werkstoff- und Anwendungskompetenz hat sich das<br />
<strong>ifw</strong> <strong>Jena</strong> in den 20 Jahren seines Bestehens zu einem<br />
anerkannten Institut der anwendungsorientierten<br />
Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der<br />
4<br />
Geschäftsführer<br />
Dr.-Ing.<br />
Sabine Sändig<br />
Fügetechnik und Werkstofftechnik entwickelt und ist<br />
heute ein fester Bestandteil der Thüringer Forschungslandschaft.<br />
Kompetenzbereiche des <strong>ifw</strong> sind:<br />
die LASERTECHNIK mit der Ausrichtung auf die Lasermaterialbearbeitung<br />
einschließlich lasergestützter Fügeverfahren<br />
sowie die Wasserstrahl-Trenntechnik,<br />
die FÜGETECHNIK mit den Hauptarbeitsgebieten<br />
Diffusionsschweißen, Löten, Wärmebehandeln und<br />
Kleben,<br />
die MIKROTECHNIK mit den Schwerpunkten Aufbau-<br />
und Verbindungstechnik, Dünnschichttechnik<br />
und Mikrostrukturierung sowie Entwicklung von<br />
Komponenten und Technologien für die IR- und<br />
Drucksensorik,<br />
die SCHWEISSTECHNIK in den Bereichen schweißtechnische<br />
Forschung, Werkstoff- und Bauteilprüfung,<br />
Bauprüfung, Bauüberwachung, Qualitätssicherung<br />
sowie Aus- und Weiterbildung in der Schweißtechnik<br />
nach europäischen und international anerkannten<br />
Richtlinien.<br />
Gerade in der Fügetechnik sind Forschung und Anwendung<br />
aufs Engste miteinander verfl ochten. Sie kann nicht<br />
losgelöst von der Fertigungstechnik und den techno-<br />
logischen Abläufen im Unternehmen betrachtet wer-<br />
den. Das Angebot des <strong>ifw</strong> umfasst daher die unterneh-<br />
mensbezogene Technologie- und Verfahrensberatung,<br />
eine zielorientierte Forschung und Entwicklung, die<br />
Erarbeitung von Anlagenkonzepten und Pilotlösungen<br />
bis hin zu deren Implementierung im Unternehmen
einschließlich der Schulung der Mitarbeiter. Eine der<br />
Stärken ist dabei die gute Vernetzung der verschie-<br />
denen füge- und werkstofftechnischen Disziplinen am<br />
<strong>ifw</strong>, die gerade bei prozess- und branchenübergreifen-<br />
den Aufgabenstellungen zum Tragen kommt.<br />
Auf Wunsch werden ergänzende Dienstleistungen<br />
wie Patentrecherchen, Wettbewerbsvergleiche, die<br />
Vorbereitung von Zulassungsverfahren oder die Be-<br />
gleitung der Produktionseinführung und Serienferti-<br />
gung angeboten. Außerdem hält das <strong>ifw</strong> ein breites<br />
Leistungsspektrum in den Bereichen Analytik, Werk-<br />
stoffprüfung und Qualitäts- und Sicherheitsmanage-<br />
ment vor. So werden im durch das DAP akkreditierten<br />
Prüfl abor neben der Begleitung von Prüfaufgaben für<br />
Forschungsthemen auch Kundenaufträge zur Unter-<br />
suchung von Schadensfällen, zur Bestimmung von<br />
mechanisch-technologischen Parametern, zu analy-<br />
tischen Untersuchungen und zur Zerstörungsfreien<br />
Prüfung durchgeführt. Als korporatives Mitglied des<br />
DVS ZERT® e. V. stellen wir geeignete und qualifi zierte<br />
Mitarbeiter als Auditoren zur Zertifi zierung von Quali-<br />
tätsmanagementsystemen auf der Basis des Normen-<br />
werkes DIN EN ISO 9001:2008 bereit. Gegenwärtig<br />
werden 45 Firmen durch Auditoren des <strong>ifw</strong> betreut.<br />
Wissensvorsprung durch Weiterbildung. Der Unter-<br />
nehmensstrategie des <strong>ifw</strong> liegt die enge Verfl echtung<br />
der Profi llinien Forschung, Dienstleistung sowie Aus-<br />
und Weiterbildung zugrunde. Das <strong>ifw</strong> bietet daher<br />
auch ein umfangreiches Angebot an Aus- und Weiter-<br />
bildungsprogrammen. Diese sind vordergründig da-<br />
rauf gerichtet, aktuelle Kenntnisse aus der Forschung<br />
an die Teilnehmer der Fortbildungsveranstaltungen,<br />
die vornehmlich aus der mittelständischen Industrie<br />
kommen, zu vermitteln. Neben der klassischen Ausund<br />
Weiterbildung von Schweißern und schweißtechnischem<br />
Personal nach den Richtlinien des Deutschen<br />
Verbandes für Schweißen und verwandte Verfahren<br />
e. V. (DVS) und der Europäischen und Internationalen<br />
Verbände (EWF, IIW) werden kundenspezifi sche<br />
Lehrgänge, Seminare und Workshops auf den Spe-<br />
zialgebieten Mikrotechnik, Fügetechnik, Laser- und<br />
Wasserstrahltechnik erarbeitet und angeboten. Unsere<br />
Angebote sind im jährlich aktualisierten Bildungs-<br />
führer zusammengefasst bzw. können auch auf den<br />
Internetseiten des Institutes abgerufen werden.<br />
Ein wichtiges Ziel des <strong>ifw</strong> ist es, einen Beitrag bei der<br />
bedarfsgerechten Aus- und Fortbildung von Fachleuten,<br />
vornehmlich regionaler Unternehmen und<br />
Einrichtungen, zu leisten. Die enge Zusammenarbeit<br />
mit Universitäten und Hochschulen, insbesondere<br />
mit der Friedrich-Schiller-Universität und der Fachhochschule<br />
<strong>Jena</strong>, der größten Fachhochschule des<br />
Freistaates Thüringen, schlägt sich nicht nur in gemeinsamer<br />
Forschungsarbeit nieder, sondern bindet die<br />
Mitarbeiter des <strong>ifw</strong> auch in die Aus- und Weiterbildung<br />
von Studenten ein. Neben der Möglichkeit zur Erstellung<br />
von Diplom-, Bachelor- und Masterarbeiten, der<br />
Durchführung von Praktika bieten wir den Studenten<br />
der FH <strong>Jena</strong> unter anderem die Möglichkeit, begleitend<br />
im Zusatzstudium den Abschluss als Laserstrahlfachkraft<br />
zu erwerben.<br />
Die Anerkennung als An-Institut der Fachhochschule<br />
<strong>Jena</strong> im Jahr 2005 unterstreicht die wissenschaftliche<br />
Kompetenz des Günter-Köhler-Instituts für Fügetechnik<br />
und Werkstoffprüfung GmbH. Über 70% unserer<br />
Mitarbeiter haben eine akademische Ausbildung und<br />
arbeiten aktiv in vielfältigen Fachgremien u.a. des DVS,<br />
der DKG oder der DGZfP. Gegenwärtig engagieren sich<br />
am <strong>ifw</strong> täglich mehr als 50 Ingenieure, Techniker und<br />
Facharbeiter für ein „perfektes“ Zusammenspiel der<br />
Aufgabenfelder Forschung, Applikation / Beratung,<br />
Dienstleistung / Fertigung und Bildung. Vertraulichkeit<br />
und Zuverlässigkeit sind dabei oberste Unternehmensprinzipien.<br />
Mit folgenden Worten von Carl Friedrich von Weizäcker<br />
möchte ich Sie zur Kooperation einladen:<br />
„Die großen Fortschritte in der Wissenschaft beruhen oft,<br />
vielleicht stets, darauf, dass man eine zuvor gestellte Frage<br />
doch, und zwar mit Erfolg, stellt.“ – Denn Forschung<br />
braucht Kooperation. Fordern Sie uns mit Ihren Fragen<br />
heraus. Wir freuen uns darauf, genau Ihre Lösung zu<br />
fi nden.<br />
5<br />
DAS INSTITUTS-PROFIL
DIE FIRMENGESCHICHTE<br />
Das <strong>ifw</strong> – 20 Jahre erfolgreiche Forschung für die Praxis<br />
Chronologie des <strong>ifw</strong> – Meilensteine<br />
Die beiden <strong>ifw</strong>-Firmengebäude in der Lichstadt <strong>Jena</strong>.<br />
Juli 1991<br />
Januar 1992<br />
März 1992<br />
Dezember 1992<br />
Oktober 1995<br />
Juni 1998<br />
August 1998<br />
Juli 2004<br />
April 2005<br />
Oktober 2006<br />
August 2007<br />
Juni 2008<br />
Januar <strong>2010</strong><br />
Dezember <strong>2010</strong><br />
März <strong>2011</strong><br />
Mai <strong>2011</strong><br />
6<br />
Gründung des <strong>ifw</strong> als Außenstelle der<br />
Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt (SLV) Halle des DVS<br />
Gründung des <strong>ifw</strong> als gemeinnützige Gesellschaft (g) GmbH im DVS<br />
Anerkannte Schweißtechnische Bildungsstätte des DVS<br />
Anerkennung als „Stelle für Metallbauten im bauaufsichtlichen Bereich“<br />
Einzug in das neue Firmengebäude in der Otto-Schott-Straße 13<br />
Übernahme des Bauelementelabors der JENOPTIK AG und Integration<br />
als Abteilung<br />
Eröffnung des Applikationszentrums für Mikrotechnik<br />
Erstmalige Akkreditierung des Werkstoffprüfl abors<br />
Fusion mit dem Bildungs- und Innovationszentrum<br />
Meuselwitz (g) GmbH (MBZ)<br />
Unterzeichnung des Kooperationsvertrages zwischen dem <strong>ifw</strong><br />
und der FH <strong>Jena</strong><br />
Festveranstaltung zum 15-jährigen Bestehen und<br />
Verleihung des Namens Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und<br />
Werkstoffprüfung durch die Gesellschafter<br />
Verabschiedung von Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Köhler in den Ruhestand<br />
und Berufung von Dr.-Ing. Sabine Sändig zum Geschäftsführer des <strong>ifw</strong><br />
Gründung der <strong>ifw</strong> optronics GmbH als 100%ige Tochtergesellschaft des <strong>ifw</strong><br />
Gründung der <strong>ifw</strong> MeuselwitzerBildungsZentrum (g)GmbH<br />
als 100%ige Tochtergesellschaft des <strong>ifw</strong><br />
Erweiterung des Leistungsprofi ls um das Technologiefeld<br />
„Laserkurzpulsbearbeitung“<br />
Erweiterung der <strong>ifw</strong> optronics GmbH um das Geschäftsfeld Lasertechnik<br />
und Inbetriebnahme neuer Labor- und Fertigungskapazitäten<br />
Erweiterung des Leistungsprofi ls um das Technologiefeld<br />
„Generative Fertigung – Laserstrahlschmelzen“
20 Jahre <strong>ifw</strong>: Das bedeutet 20 Jahre erfolgreiche an-<br />
gewandte fügetechnische Forschung – Forschung<br />
in Thüringen. Das bedeutet aber auch 20 Jahre ge-<br />
lungener Verknüpfung zwischen Wissenschaft und<br />
Wirtschaft. Damals wie heute hat sich das <strong>ifw</strong> zum Ziel<br />
gesetzt, Ideen und Forschungsergebnisse rasch und<br />
marktorientiert umzusetzen und seinen Kunden indi-<br />
viduelle Lösungen für ganz konkrete fügetechnische<br />
Probleme und Fragestellungen zu bieten. Mit diesem<br />
Anspruch konnte sich das <strong>ifw</strong> seit seiner Gründung<br />
1991 zu einem anerkannten Partner für die mittelstän-<br />
dische Wirtschaft im Freistaat Thüringen und über die<br />
Landesgrenzen hinaus entwickeln. Heute ist das <strong>ifw</strong><br />
die größte wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung<br />
auf dem Gebiet der Fügetechnik / Fertigungstechnik<br />
in Thüringen und ist für Industriepartner nahezu aller<br />
Branchen und Unternehmensgrößen tätig.<br />
20 Jahre <strong>ifw</strong>: Anlass gemeinsam zurückzuschauen.<br />
Das Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung<br />
im Deutschen Verband für Schweißtechnik e. V.<br />
wurde 1991 auf Initiative von Prof. Dr.-Ing. habil.<br />
Günter Köhler gegründet. Die Gründung des damals<br />
noch als Außenstelle der Schweißtechnischen<br />
Lehr- und Versuchsanstalt Halle (ehemals ZIS Halle)<br />
fi rmierenden Institutes fand am 5. Juli 1991 in den<br />
Räumen des Technischen Institutes der Friedrich-<br />
Schiller-Universität <strong>Jena</strong> statt. Sie fi el in eine Zeit<br />
gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Umbrüche.<br />
Die Friedrich-Schiller-Universität <strong>Jena</strong> stellte die<br />
Ausbildung von Diplomingenieuren ein. Damit endete<br />
zunächst die bewährte Wechselwirkung zwischen<br />
Lehre und Forschung und der Industrie in <strong>Jena</strong>. Die<br />
Mitarbeiter des Lehrstuhles Fügetechnik der Sektion<br />
Technologie für den Wissenschaftlichen Gerätebau<br />
waren jedoch überzeugt vom Wiedererstehen der<br />
Traditionen von Zeiss, Schott und Abbe an dem<br />
traditionsreichen Standort und führten die Arbeit<br />
im neu gegründeten Institut fort.<br />
Es zeigte sich schnell, dass für eine solche fachliche<br />
Orientierung am Standort <strong>Jena</strong> eine gute Basis gegeben<br />
war. Die traditionsreiche Industrie der Feinmechanik<br />
/ Optik mit ihrem hervorragenden Potenzial<br />
an Fachkräften bot und bietet noch heute vielfältige<br />
Möglichkeiten der Zusammenarbeit. Aus strukturellen<br />
und inhaltlichen Gründen machte sich die Gründung<br />
einer selbständigen Einheit in Form einer gemeinnützigen<br />
GmbH erforderlich. Beginnend mit 7 Mitarbeitern<br />
im Jahr 1991 sind im <strong>ifw</strong> und seinen beiden<br />
Tochterunternehmen heute rd. 80 vollzeitbeschäftigte<br />
Mitarbeiter tätig und bearbeiten ein breites fachliches<br />
Spektrum.<br />
Seit der Gründung des <strong>ifw</strong> wird von der Geschäftsführung<br />
eine klare Orientierung zur Verwertung der<br />
wissenschaftlichen Ergebnisse und Erfahrungen verfolgt.<br />
So konnten in den vergangenen Jahren mehr<br />
als 300 Forschungsthemen zu Problemen der Füge-<br />
technik erfolgreich bearbeitet werden und rd. 9000<br />
Teilnehmer ihre schweißtechnische Weiterbildung<br />
am <strong>ifw</strong> mit Erfolg abschließen.<br />
Um den Erfordernissen der Fachkräfteentwicklung<br />
Rechnung zu tragen, wurde das inhaltliche Profi l<br />
des <strong>ifw</strong> auf eine stärkere Verknüpfung zwischen For-<br />
schung und Bildung ausgerichtet. Dies fand 2004<br />
seinen Niederschlag in der Verschmelzung mit dem<br />
MBZ Bildungs- und Innovationszentrum Meuselwitz.<br />
Ziel der Zusammenführung beider Einrichtungen<br />
war die Realisierung einer noch engeren Verbindung<br />
von wirtschaftsnaher Forschung und deren zeitna-<br />
her Widerspiegelung in arbeitsmarktorientierten<br />
Angeboten der Aus- und Weiterbildung. Hierbei<br />
konnte eine vertrauensvolle Zusammenarbeit mit<br />
der IHK Industrie- und Handelskammer Ostthüringen<br />
zu Gera, der Handwerkskammer für Ostthüringen<br />
und der Kreishandwerkerschaft Altenburger Land<br />
aufgebaut werden. Der Standort Meuselwitz wurde<br />
als Prüfungswerkstatt der IHK anerkannt und eine<br />
Vielzahl von Mitarbeitern in die Prüfungsausschüsse<br />
der IHK berufen.<br />
Die bestehende enge kooperative Zusammenarbeit<br />
mit der FH <strong>Jena</strong> wurde zielgerichtet ausgebaut und<br />
2005 durch die Verleihung des Status eines An-Institutes<br />
ein wesentlicher Schritt zur weiteren Ausrichtung<br />
des Unternehmens erreicht.<br />
Mit dem erreichten Entwicklungsstand in den Profillinien<br />
Forschung, Dienstleistung, Bildung und<br />
den im nationalen und internationalen Rahmen<br />
7<br />
DIE FIRMENGESCHICHTE
DIE FIRMENGESCHICHTE<br />
realisierten Arbeitsergebnissen gehört das <strong>ifw</strong> heute<br />
zu den anerkannten gemeinnützigen Industriefor-<br />
schungseinrichtungen Deutschlands. Anlässlich der<br />
Festveranstaltung zum 15-jährigen Bestehen am<br />
6. Oktober 2006 wurde das Institut nach dem Grün-<br />
der und langjährigen Geschäftsführenden Direktor<br />
Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Köhler benannt, der<br />
damit durch die Gesellschafter für sein Lebenswerk<br />
geehrt wurde.<br />
Am 1. August 2007 vollzog sich ein Wechsel in der<br />
Geschäftsführung des Institutes. Prof. Dr.-Ing. habil.<br />
Günter Köhler beendete altersbedingt seine erfolg-<br />
reiche Tätigkeit als Geschäftsführender Direktor. Die<br />
Leitung der Einrichtung wurde durch die Gesellschaf-<br />
ter an Frau Dr.-Ing. Sabine Sändig übergeben. In deren<br />
Verantwortung wurde die erfolgreiche, inhaltliche<br />
Arbeit zielstrebig fortgeführt und das Leistungsprofi l<br />
des <strong>ifw</strong> um neue zukunftsträchtige Technologiefelder<br />
erweitert.<br />
Die Kundenorientierung des Instituts zeigt sich nicht<br />
zuletzt in der Ausgründung mehrerer Unternehmen.<br />
So kann das <strong>ifw</strong> in seiner 20-jährigen Firmengeschich-<br />
te bereits auf die Gründung von zehn Firmen mit rund<br />
230 Arbeitsplätzen verweisen.<br />
Jüngste Beispiele sind die beiden 100%-igen Tochter-<br />
unternehmen – die <strong>ifw</strong> optronics GmbH und die im<br />
Januar <strong>2010</strong> gegründete <strong>ifw</strong> MeuselwitzerBildungs-<br />
Zentrum (g) GmbH.<br />
Hauptgeschäftsfeld des im Juni 2008 aus der Abteilung<br />
Bauelemente des Institutes hervorgegangenen<br />
Spin-off-Unternehmens „<strong>ifw</strong> optronics GmbH“ war<br />
zunächst die Entwicklung und Fertigung opto-elektronischer<br />
Sensoren. Aufgabe des Tochterunternehmens<br />
war und ist es, die bisherigen Produkte für das<br />
Institut exklusiv weiterzuentwickeln und weltweit<br />
zu vermarkten. In der konsequenten Folge wurde<br />
das Portfolio der <strong>ifw</strong> optronics GmbH <strong>2011</strong> um das<br />
Geschäftsfeld Lasertechnik erweitert und neue Laborund<br />
Fertigungskapazitäten in Betrieb genommen.<br />
Die Nähe zum Institut und zur Forschung wird zu<br />
beiderseitigem Nutzen aufrechterhalten. So wird das<br />
<strong>ifw</strong> seine Ausgründung als Forschungspartner dabei<br />
8<br />
unterstützen, Markttrends frühzeitig zu identifi zie-<br />
ren, in Entwicklungen aufzugreifen und erfolgreich<br />
im Unternehmen und in seiner Produktpalette zu<br />
integrieren.
Die Leistungsangebote der <strong>ifw</strong>-Abteilungen
ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK<br />
Leistungsangebot Schweißtechnik<br />
Abteilung Schweißtechnik, Herr J. Vester | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-jena.de | jvester@<strong>ifw</strong>-jena.de | Telefon 03641.204103 | Fax 03641.204110<br />
Bild 1: Sinusbogenbrücke in Oberhausen | Bild 2: WIG – Hochstromschweißen | Bild 3: Schweißerausbildung<br />
1. Schweißtechnische Forschung<br />
Verarbeitung höchstfester Feinkornbaustähle<br />
für den Stahl-, Maschinen- und Anlagenbau<br />
Verarbeitung höherfester Stähle für den<br />
Fahrzeugbau<br />
Moderne Fügetechnologien für niedrigund<br />
hochlegierte Stähle<br />
Lichtbogenlöten<br />
Messtechnische Verfahren<br />
Mikroplasmaschweißen<br />
Versuchsschweißungen zur Verfahrens- und<br />
Werkstoffqualifi zierung von manuellen und<br />
vollmechanisierten Schweißprozessen<br />
2. Stelle für Metallbauten im<br />
bauaufsichtlichen Bereich<br />
Erteilung von Herstellerqualifi kationen der<br />
Klassen B bis E nach DIN 18800-7:2008<br />
(Stahlbauten – Ausführung und<br />
Herstellerqualifi kation)<br />
Erteilung von Eignungsnachweisen nach<br />
DIN EN ISO 17660 (Schweißen von Betonstahl)<br />
Beratung und Schulung von Firmen und Schweißaufsichtspersonen<br />
Fremdüberwachung (Fertigung, Montage,<br />
Korrosionsschutz) von baulichen Anlagen<br />
(Stahl- und Metallbau, Stahlbrücken u.a.)<br />
3. Qualitätsmanagement<br />
Zertifi zierung von Qualitätsmanagementsystemen<br />
nach DIN EN ISO 9001:2008 und DIN EN ISO<br />
10<br />
3834:2006 im Auftrag von DVS ZERT® e. V.<br />
Schulung von Personal und Beratung von Firmen<br />
zu Fragen des Qualitätsmanagements<br />
4. Akkreditiertes Werkstoffprüfl abor<br />
Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung<br />
Zerstörende Werkstoffprüfung<br />
Analytik / Strukturuntersuchungen,<br />
physikalische Untersuchungen<br />
Materialuntersuchungen für Schweißverfahrensprüfungen<br />
Schadensfalluntersuchungen, Beschichtungsprüfungen,<br />
Beratungen<br />
Metallographie<br />
Computertomographie in Kooperation mit<br />
Fraunhofer IOF <strong>Jena</strong><br />
5. Schweißtechnische Ausbildung<br />
Durchführung von DVS-Lehrgängen gemäß<br />
Richtlinie DVS / IIW / EWF 1111<br />
Gasschweißen<br />
Lichtbogenhandschweißen<br />
Metall-Schutzgasschweißen Stahl, CrNi-Stahl<br />
und Aluminium<br />
Wolfram-Inertgasschweißen Stahl, CrNi-Stahl<br />
und Aluminium<br />
Verlängerungsprüfungen nach DIN EN 287-1<br />
und DIN EN ISO 9606-2<br />
Internationaler Schweißfachmann mit SLV-Halle<br />
Schulungen in praktischen und theoretischen<br />
Lehrgängen entsprechend Bildungsführer
Headline<br />
Leistungsangebot Werkstoffprüfung DAR-Registriernummer<br />
Werkstoffprüfung, Herr Dr. G. Horn | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-jena.de | ghorn@<strong>ifw</strong>-jena.de | Telefon 03641.204129 | Fax 03641.204110<br />
1. Zerstörende Materialprüfung<br />
Festigkeitsuntersuchungen 5 kN / 500 kN<br />
statisch / zyklisch<br />
Zug-, Druck- und Biegeprüfung<br />
Kerbschlagprüfung (150 J / 300 J)<br />
Härtemessung (Mikro-, Kleinlastund<br />
Makrohärte)<br />
Mobile Härtemessung<br />
Bauteilprüfung<br />
Mechanisch-technologische Prüfungen<br />
2. Zerstörungsfreie Prüfung<br />
Visuelle Prüfung<br />
(mit Endoskop) VT<br />
Farbeindringprüfung PT<br />
Durchstrahlungsprüfung RT<br />
Computertomographie in Kooperation<br />
mit Fraunhofer IOF <strong>Jena</strong><br />
Ultraschallprüfung UT<br />
US-Wanddickenmessung<br />
Hochaufl ösende bildgebende<br />
Ultraschallprüfung<br />
Leck- und Dichtheitsprüfung LT<br />
Schichtdickenmessung<br />
Delta-Ferrit-Messung<br />
Magnetpulverprüfung MT<br />
3. Materialuntersuchungen für<br />
Schweißverfahrensprüfungen<br />
DVS 1702<br />
HP 2 / 1<br />
DIN EN ISO 14555<br />
DIN EN ISO 17660<br />
DIN EN ISO 15613 und DIN EN ISO 15614<br />
4. Beschichtungsprüfung vor und nach<br />
Rekonstruktionsmaßnahmen<br />
5. Nachbewertung von Durchstrahlungsfi<br />
lmbildern<br />
6. Analytik / Strukturuntersuchung<br />
Physikalische Untersuchungen<br />
Gefügeuntersuchungen, Metallographie<br />
Lichtmikroskopie<br />
Rasterelektronenmikroskopie /<br />
energiedispersive Elementanalyse<br />
Optische Emissionsspektroskopie<br />
(Fe-, Al-, Cu-, Mg-, Ni- und Ti-Basis)<br />
Korngrößenbestimmung<br />
Dilatometrie<br />
Differentialthermoanalyse / Thermogravimetrie<br />
Hochtemperaturmikroskopie<br />
Oberfl ächenprüfungen (Rauhigkeit, Topographie)<br />
7. Abnahmeprüfzeugnisse 3.2 nach<br />
DIN EN 10204<br />
8. Schadensfalluntersuchungen<br />
9. Beratung zu Werkstoffeinsatz und<br />
Materialprüfung<br />
DAP-PL-3071.00<br />
Akkreditiertes Werkstoffprüfl abor<br />
DIN EN ISO / IEC 17025:2005*<br />
Bild 1: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme Transkristalliner Bruch | Bild 2: Makroschliff einer Kehlnaht | Bild 3: Mikrogefüge Deltaferrit im<br />
Schweißgut | Bild 4: Spektralanalysegerät SPECTROMAXx<br />
* Anlage zur Akkreditierungsurkunde DAP-PL-3071.00 nach DIN EN ISO / IEC 17025:2005<br />
11<br />
ABTEILUNG ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK<br />
FÜGETECHNIK
ABTEILUNG LASERTECHNIK<br />
Leistungsangebot Lasertechnik<br />
Abteilung Lasertechnik, Herr Dr. H. Müller | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-jena.de | hmueller@<strong>ifw</strong>-jena.de | Telefon 03641.204136 | Fax 03641.204110<br />
Bild1: Laserschweißen von Glas | Bild 2: Glasrohr – 3D-Wasserstrahlbearbeitung<br />
1. Angewandte wirtschaftsnahe Forschung<br />
und Entwicklung<br />
Entwicklung und Anpassung von Laserverfahren<br />
zur Materialbearbeitung von der ersten<br />
Applikation bis zur Umsetzung beim Kunden<br />
Forschungsschwerpunkte:<br />
– Laserbearbeitung nichtmetallischer Werkstoffe<br />
– lasergestützte Fügeverfahren<br />
– Oberfl ächenstrukturierung und -modifi kation<br />
2. Beratung, Erprobung,<br />
Verfahrensentwicklung<br />
Verfahrensentwicklung, Machbarkeitsstudien und<br />
Erprobung von Lasertechnologien<br />
Produktspezifi sche Maschinensystementwicklung<br />
und Integration von Laserverfahren in<br />
bestehende Anlagentechnik<br />
Beratung, Schulung und Praktika zur aktuellen<br />
Lasertechnik, Laserverfahren und Anwendungen<br />
3. Lohnfertigung<br />
Prototypen-, Muster- und Serienfertigung<br />
2D- und 3D-Lasermaterialbearbeitung<br />
Wasserstrahlabrasivschneiden<br />
4. Lasermaterialbearbeitung<br />
Laserschneiden<br />
Laserschweißen und Löten<br />
Präzisionsbohren, Perforieren, Abtragen<br />
Abschmelzen, Absprengen<br />
Beschriften, Markieren<br />
12<br />
Ultrakurzpulsbearbeitung<br />
Mikrostrukturierung<br />
Glasbearbeitung<br />
Feuerpolieren und Umschmelzen<br />
Maschinen- und Steuerungstechnik<br />
5. Wasserstrahlbearbeitung<br />
Wasserstrahlabrasivschneiden bis 140 mm<br />
Dicke von Metallen, Gläsern, Keramiken und<br />
Natursteinen<br />
Wasserstrahlschneiden von Kunststoffen,<br />
Faserverbundstoffen, Elastomeren und Folien<br />
Schneiden von Verbundglasscheiben
Leistungsangebot Fügetechnik<br />
Abteilung Fügetechnik, Herr Dr. S. Jahn | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-jena.de | sjahn@<strong>ifw</strong>-jena.de | Telefon 03641.204151 | Fax 03641.204110<br />
Bild 1+ 2: Hochtemperatur-Vakuumöfen | Bild 3: Mischen hochviskoser Pasten<br />
1. Forschung und Dienstleistung<br />
Durchführung von geförderten<br />
Forschungsvorhaben<br />
Bilaterale Machbarkeitsstudien und<br />
Auftragsforschung<br />
Technologische Beratung und Technologietransfer<br />
Übernahme von Applikationen bis zur<br />
Serienfertigung<br />
2. Fügeverfahren<br />
Diffusionsschweißen (mit und ohne Zwischenschichten)<br />
Maximale Bauteilgröße 400 x 400 x 500 mm³,<br />
Tmax: 1500 °C, Vakuum 10 … 5 mbar<br />
Ofenlöten (mit Hart-, Weich- und Hochtemperaturloten<br />
unter Vakuum, Schutzgas und<br />
normaler Atmosphäre)<br />
Maximale Bauteilgröße 400 x 400 x 500 mm³,<br />
Tmax: 1500 °C, Vakuum 10 … 5 mbar<br />
Kleben (mit organischen und<br />
anorganischen Klebstoffen)<br />
- Modifi zieren von Klebstoffen (u. a. dual<br />
asymmetrischer Zentrifugalmischer)<br />
- Erstellen von Klebstoffeigenschaftsprofi len<br />
- Kleben mit angepassten thermischen<br />
Ausdehnungskoeffi zienten<br />
- Hochtemperaturkleben mit anorganischen<br />
Klebstoffen (Einsatztemperatur > 1000 °C)<br />
3. Wärmebehandlungsverfahren<br />
Wärmebehandlung für Metalle, Gläser und<br />
Glaskeramiken im Vakuum und unter Schutzgas<br />
4. Werkstoffe<br />
Metalle, Gläser, Keramiken, Glaskeramiken,<br />
Kunststoffe<br />
5. Einsatzbereiche<br />
Applikationen für die Luft- und Raumfahrt<br />
Kühlsysteme und Werkzeugbau<br />
Vakuum- und Hochtemperaturtechnik<br />
Optische Komponenten<br />
Bio- und Medizintechnik<br />
Glasbau<br />
Mikro- und Sensorfertigung<br />
6. Qualifi zierung<br />
Praxisseminar Klebtechnik für Industrie und<br />
Handwerk<br />
Seminar Hochtemperaturfügen<br />
(AK Hochtemperaturfügen)<br />
Modul „Kleben von Glas“ DVS Ausbildung –<br />
Klebfachkraft<br />
Weiterbildung auf dem Gebiet der Fügetechnik<br />
Studentische Ausbildung (Praktika und<br />
studentische Arbeiten)<br />
13<br />
ABTEILUNG FÜGETECHNIK
ABTEILUNG MIKROTECHNIK<br />
Leistungsangebot Mikrotechnik<br />
Abteilung Mikrotechnik, Herr Dr. T. Schroeter | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-jena.de | tschroeter@<strong>ifw</strong>-jena.de | Telefon 03641.204113 | Fax 03641.204110<br />
Bild 1: IR-Sensor auf Sockel | Bild 2: TO-Kappe mit Saphir-Fenster | Bild 3: Wafer mit IR-Sensorstrukturen<br />
1. Bearbeitung von Forschungs- und<br />
Entwicklungsprojekten<br />
Entwicklung von Mikrostrukturkomponenten für<br />
die Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik<br />
Dünnschichttechnik und Mikrostrukturierung<br />
Technologieentwicklung auf dem Gebiet<br />
thermisch basierter Substratbondverfahren<br />
Technologieentwicklung auf dem Gebiet des<br />
fl ussmittelfreien Weichlötens zum Verbinden und<br />
hermetischen Verschließen von Komponenten der<br />
Mikrosystemtechnik<br />
2. Fertigung<br />
Beschleunigungssensoren und -schalter<br />
IR-Sensorchips (in Vorbereitung)<br />
Fertigungsschritte zur Herstellung<br />
piezoresistiver Drucksensoren<br />
Beschichtungsdienstleistungen (Sputtern,<br />
Elektronenstrahlbedampfen, LPCVD)<br />
14<br />
Dienstleistungen zum fl ussmittelfreien<br />
Weichlöten<br />
Substratvereinzelung<br />
(Wafersäge)<br />
3. Angewendete Technologien<br />
Anodisches und eutektisches Bonden<br />
Flussmittelfreies Weichlöten<br />
Fügefl ächenvorbehandlung<br />
(chemische Reinigung, mechanisches Polieren)<br />
Dünnschichttechnik<br />
Fotolithographie<br />
Nasschemisches Ätzen und Trockenätzen<br />
4. Dienstleistungen<br />
Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen<br />
zu den genannten Produkten und Technologien<br />
Fertigungsdienstleistungen<br />
Ausbildungskurse zur Mikrosystemtechnik
Leistungsangebot der <strong>ifw</strong> optronics GmbH<br />
Geschäftsfeld Bauelemente Herr P. Eisenhardt | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-optronics.com | pe@<strong>ifw</strong>-optronics.com | Telefon 03641.204117 | Fax 03641.204110<br />
Geschäftsfeld Lasertechnik Herr Dr. H. Müller | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-optronics-lasertechnik.de | hm@<strong>ifw</strong>-optronics.com | Telefon 03641.204136 | Fax 03641.204110<br />
Geschäftsfeld Bauelemente<br />
1. Produkte<br />
Photodioden auf Basis SiC, GaP und Si mit<br />
integrierter optischer und elektronischer Signalaufbereitung<br />
von UV… NIR<br />
Emitterbaugruppen (Verbindungshalbleiter)<br />
zur Informationsdarstellung bzw. mit spezieller<br />
Strahlcharakteristik<br />
Verdrahtungsträger in Dickschichthybridtechnik<br />
2. Produkt- / Verfahrensentwicklung sowie<br />
Dienstleistungen<br />
Entwicklung kundenspezifi scher<br />
optoelektronischer Detektoren<br />
Entwicklung kundenspezifi scher<br />
LED-Module<br />
Entwicklung und Fertigung von Verdrahtungsträgern<br />
in Dickschichthybridtechnik<br />
Aufbau- und Verbindungstechnik<br />
(Chipmontage, Bonden, SMD-Montage,<br />
Welding und Packaging), auch für extreme<br />
Einsatzbedingungen (UV-Strahlung)<br />
Beratung zu Einsatz und Applikation<br />
optoelektronischer Komponenten<br />
Bild 1: Si-Detektoren | Bild 2: Sic-Photodioden | Bild 3: Ultrakurzpulslasersystem<br />
Geschäftsfeld Lasertechnik<br />
1. Lasermaterialbearbeitung<br />
Laserschneiden<br />
Laserschweißen und Löten<br />
Präzisionsbohren, Perforieren, Abtragen<br />
Abschmelzen, Absprengen<br />
Beschriften, Markieren<br />
Ultrakurzpulsbearbeitung<br />
Mikrostrukturierung<br />
Glasbearbeitung<br />
Feuerpolieren und Umschmelzen<br />
Maschinen- und Steuerungstechnik<br />
Prototypen-, Muster- und Serienfertigung<br />
2D- und 3D-Lasermaterialbearbeitung<br />
2. Beratung, Erprobung, Verfahrens- und<br />
Systementwicklung<br />
Verfahrensentwicklung, Machbarkeitsstudien<br />
und Erprobung von Lasertechnologien<br />
Produktspezifi sche Maschinensystementwicklung<br />
und Integration von Laserverfahren<br />
in bestehende Anlagentechnik<br />
Beratung und Schulung zur Lasertechnik,<br />
Laserverfahren und Anwendungen<br />
15<br />
<strong>ifw</strong> OPTRONICS GMBH
Ausgewählte Forschungs- und Entwicklungsergebnisse
ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK<br />
Werkstoff- und fügetechnische Analyse und Optimierung eines<br />
Reformers für Brennstoffzellenanwendungen<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing.(FH) T. Ebersbach, tebersbach@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Projektpartner: Zentrum für Brennstoffzellen Technik GmbH; Karl-Winnacker-Institut der Dechema e. V.<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | AiF | FOSTA e. V.<br />
Projektnummer: 16118BG<br />
Bild 1: Makroschliff einer Laserstrahlschweißverbindung mit Zusatzwerkstoff am 1.4541 | Bild 2: Angepasste Deckelgeometrie mittels<br />
Laserstrahlschweißprozess gefügt für die Untersuchung im Hochtemperaturkorrosionstest | Bild 3: Metallographischer Querschliff am<br />
Grundwerkstoff des 1.4958 (austenitischer Grundwerkstoff mit Carbidausscheidungen)<br />
Aufgabe Ziel war es, die Lebensdauer eines Reformers<br />
durch die Anpassung der Fügetechnologie und des<br />
Werkstoff zu erhöhen. Für die Werkstoffe 1.4541, 1.4841,<br />
1.4958 und 2.4851 wurden die Schweißparameter er-<br />
mittelt und auf deren mechanisch-technologischen Ei-<br />
genschaften hin geprüft. Durch einen abschließenden<br />
Dauerversuch, wurden die getroffenen Maßnahmen<br />
zur Erhöhung der Langzeitbeständigkeit überprüft.<br />
Ergebnisse Anhand von einer Schadensfallanalyse<br />
wurden die spezifi schen Schädigungsmechanismen<br />
eines Reformers bei der Anwendung in einem Brenn-<br />
stoffzellensystem geklärt. Es erfolgte die Bestimmung<br />
der vorliegenden maximalen Temperaturen im Refor-<br />
mer mittels Thermoelementmessung.<br />
Die Herstellung der Standardfügeverbindungen mit<br />
den Schweißverfahren Laserstrahl-, Plasma- und WIG-<br />
Schweißen wurde unter Beachtung der T-t-Führung<br />
durchgeführt. Diese Verbindungen wurden anhand<br />
des statischen Zugversuchs, metallographischen Un-<br />
tersuchungen und REM-Messungen charakterisiert.<br />
Eine weitere Bewertung der Schweißverbindungen<br />
unter realen Prozessbedingungen erfolgte im Hoch-<br />
temperaturkorrosionstest. Die Ergebnisse zeigten, dass<br />
die Brennkammer zu einem verstärkten Korrosions-<br />
angriff infolge der dort vorliegenden Atmosphäre<br />
neigt. Des Weiteren konnte festgestellt werden,<br />
18<br />
dass es nach 1000 h unter zyklischer Belastung zwischen<br />
20 … 1000 °C zu einem deutlichen Korrosionsangriff<br />
an allen Werkstoffen kommt.<br />
Für die weitere Optimierung der Konstruktion wurde<br />
das Verhalten des Reformersystems bei verschiedenen<br />
Temperaturen simuliert und entsprechend den Ergebnissen<br />
erfolgte die Anpassung der Deckelform.<br />
Anwendung Hauptanwendungsgebiet der erzielten<br />
Forschungsergebnisse sind kleine Brennkammersy-<br />
steme, die hohen thermozyklischen Beanspruchungen<br />
ausgesetzt sind. Es können in Zukunft Systeme so kon-<br />
zeptioniert werden, dass ein möglichst hoher ther-<br />
mischer Wirkungsgrad vorliegt.<br />
Das IGF-Vorhaben 16118 BG / 2 der Forschungsver-<br />
einigung Stahlanwendung e. V. – FOSTA, Sohnstraße<br />
65, 40237 Düsseldorf wurde über die AiF im Rahmen<br />
des Programms zur Förderung der industriellen Ge-<br />
meinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom<br />
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie<br />
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes-<br />
tages gefördert.
Thermisches Fügen von dünnwandigen Strukturbauteilen<br />
mit niedrig schmelzenden Zusatzwerkstoffen<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. (FH) T. Ebersbach, tebersbach@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Projektpartner: Hochschule Lausitz (FH), Senftenberg<br />
Zuwendungsgeber: FOSTA e. V. | Stiftung Stahlanwendnungsforschung<br />
Projektnummer: P777 / 05 / 2008 / S24 / 10141 / 07<br />
Bild 1: ZnAl4-Lot im gelöteten Zustand | Bild 2: Makroschliff der Bördelnaht am 1.4509 | Bild 3: Überlappnaht der Verbindung Dx56 + Z mit<br />
Bondal gelötet mit ZnAl4 | Bild 4: Zugproben der VerbindungDX56 + Z + ZnAl4 nach 90 Zyklen im Salzsprühnebeltest<br />
Aufgabe Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand<br />
in der Entwicklung einer Technologie, die es ermög-<br />
licht, dünnwandige Strukturbauteile für die Automo-<br />
bilindustrie durch MIG-Löten mit Zinkbasisloten zu<br />
fügen. Der bei thermischen Fügeprozessen auftretende<br />
Zinkabbrand und der thermische Verzug soll auf ein<br />
Minimum reduziert werden, so dass bei Dünnblech-<br />
verbindungen die Beschichtung erhalten bleibt.<br />
Ergebnisse Die durchgeführten Lötversuche an den<br />
Werkstoffen DX56+Z; Bondal; 1.4301 und 1.4016 wur-<br />
den getestet und beurteilt. Als Zusatzwerkstoffe kamen<br />
Lote aus ZnAl4, ZnAl15 sowie ZnAl4Cu1,5 zur Anwen-<br />
dung. Die Verbindungen wurden als Überlapp- und<br />
als Bördelnähte ausgeführt und beurteilt. Die Füge-<br />
parameter wurden für die Blechstärken s = 0,5 bis 1,5<br />
mm festgelegt.<br />
Im Rahmen der Untersuchungen konnte festgestellt<br />
werden, dass die Lichtbogenausbildung einen signifi -<br />
kanten Einfl uss auf das Benetzungsverhalten hat. Durch<br />
die spezifi sche Regelung des Lichtbogens konnte die<br />
Benetzung auch an den hochlegierten Cr-Ni-Stählen<br />
gewährleistet werden.<br />
Der untersuchte Grundwerkstoff DX56D+Z konnte bis<br />
zu einer Blechdicke s =1,35 mm sicher unter Erhalt der<br />
Zinkschicht mit den Zinkbasisloten gefügt werden.<br />
Metallographische und korrosive Betrachtungen komplettierten<br />
die durchgeführten Untersuchungen. Die<br />
Lötverbindungen an den beschichteten Bauteilen<br />
führten zu keiner korrosiven Beeinträchtigung des<br />
Grundwerkstoffes. Die defi nierten Fügeparameter<br />
wurden zusammenfassend in einem Datenbanksystem<br />
dokumentiert.<br />
Anwendung Die Nutzung der entwickelten Füge-<br />
technologie führt im Automobilbau zu einem gerin-<br />
geren Bauteilverzug sowie zu einer garantierten Kor-<br />
rosionsbeständigkeit. Da artgleiche bzw. artähnliche<br />
Verbindungen hergestellt werden, sind keine Entsor-<br />
gungsprobleme zu erwarten. Durch den Einsatz der<br />
modernen Lichtbogenlöttechnik in Verbindung mit<br />
Zinkbasisloten wird der Mangel an anforderungsge-<br />
rechten Fügetechnologien für elektrolytisch-schmelz-<br />
tauchverzinkten Werkstoffe beseitigt.<br />
Das Forschungsvorhaben P777 wurde von der Hochschule<br />
Lausitz (FH) und dem <strong>ifw</strong> <strong>Jena</strong> mit fachlicher<br />
Begleitung und fi nanzieller Förderung durch die For-<br />
schungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf,<br />
aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung,<br />
Essen, durchgeführt.<br />
19<br />
ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK
ABTEILUNG LASERTECHNIK<br />
Entwicklung und Erprobung von dynamischen und<br />
hochempfi ndlichen Fasergittersensorsystemen<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller + Dipl.-Ing. (FH) J. Kammann, hmueller@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH<br />
Projektnummer: VF081021<br />
Aufgabe Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, welche sich<br />
erst seit ca. 10 Jahren in der Messtechnik etablieren,<br />
bieten gegenüber elektrischen Sensoren eine Reihe<br />
Montiertes FBG-Sensorgehäuse<br />
an Vorteilen, welche die Anwendung in „rauen“ indus-<br />
triellen Umgebungen mit einer signifi kant höheren<br />
Messsicherheit ermöglicht. Mit ihnen können sowohl<br />
Dehnungs- als auch Temperaturmesswerte hochdy-<br />
namisch erfasst werden, ohne dass diese dabei einem<br />
Verschleiß unterliegen. Die Technologie beruht auf<br />
einem optischen Refl exionsgitter, das mit Hilfe eines<br />
UV Laser in die Faser eingeschrieben wird. Das daraus<br />
resultierende Bragg-Gitter stellt in Verbindung mit der<br />
Glasfaser das Sensorelement dar. Zur Auswertung der<br />
Messwerte spielt die Länge der Faser eine untergeord-<br />
nete Rolle. Die hohe Empfi ndlichkeit resultiert aus dem<br />
Abstand und der hohen Anzahl der einzelnen Gitter.<br />
Die vielen Vorteile dieser Technik stehen leider im Ge-<br />
gensatz zum Preis. Momentan gilt ein einmalig applizierter<br />
Sensor nach seiner Verwendung als „verloren“.<br />
Das ist der Tatsache geschuldet, dass diese Sensoren<br />
entweder auf das beanspruchte Bauteil aufgeklebt<br />
oder eingebettet werden. Somit sind schnelle Tests<br />
an sich bewegenden oder schwingenden Anlagenteilen<br />
nur bedingt möglich bzw. werden gar nicht erst in<br />
Betracht gezogen.<br />
Ziel dieses Projektes ist es, mit der empfi ndlichen<br />
Faser eine Sensorbaugruppe zu generieren, die sich<br />
leicht montieren und zerstörungsfrei demontieren<br />
lässt, während die hochdynamischen Eigenschaften<br />
20<br />
nicht verloren gehen und die Vorteile des Sensors voll<br />
ausgeschöpft werden können. Eine Anwendung, die<br />
dabei im Vordergrund steht, ist die Anwendung an<br />
einer Punktschweißzange, wie sie zum Beispiel sehr<br />
häufi g in der Automobilindustrie vorkommt. Um den<br />
Punktschweißprozess zu überwachen oder regeln zu<br />
können, ist es notwendig, die Kraftinformation während<br />
des Fügens zu erfassen. Die Schwierigkeiten liegen vor<br />
allem in den großen hochfrequenten, elektromagnetischen<br />
Feldern, die die Messwerte von elektrischen<br />
Sensoren beeinfl ussen. Hier bieten optische Sensoren<br />
den Vorteil der Unempfi ndlichkeit.<br />
Ergebnisse Im Rahmen dieses Projektes wurde eine<br />
FBG-Sensorbaugruppe entwickelt, die eine einfache<br />
Adaptierung in wenigen Minuten an einem Bauteil<br />
ermöglicht. Auch das Auswechseln oder Umsetzen<br />
der Sensorbaugruppe gestaltet sich einfach und<br />
führt nicht zu einer Zerstörung der Faser oder des<br />
Sensors. Trotzdem kann der Sensor Schwingungen<br />
im Kilohertz-Bereich mit einer hohen Empfi ndlichkeit<br />
erfassen.<br />
Anwendung Die FBG-Sensorbaugruppen eignen sich<br />
überall da, wo starke magnetische Felder die Sensor-<br />
signale oder deren Weiterleitung negativ beeinfl ussen.<br />
Hierzu wurden Versuche an einer Punktschweißzange<br />
mit Schweißströmen von bis zu 7 kA erfolgreich<br />
durchgeführt.<br />
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |<br />
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.
Verbundprojekt: Entwicklung eines Verfahrens zum Laserbohren<br />
von Mikrofunktionsbohrungen für die Aktiventlüftung und<br />
Ausformunterstützung in komplexen Spritzgießwerkzeugen für die<br />
Verarbeitung von Kunststoffen, Keramiken und Verbundwerkstoffen<br />
Teilprojekt: Lasermikrobohren von Spritzgießwerkzeugen mit Nd:YAG-Laser<br />
zur Aktiventlüftung und Ausformunterstützung<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller + Dipl.-Ing. S. Wächter, hmueller@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Zuwenungsgeber: Thüringer Aufbaubank (TAB)<br />
Projekt-Nr.: 2007 FE 9021 | Verbund-Nr.: 2007 VF 0026<br />
Bild 1: Stahl 1.2311, s=4 mm: Strahlaustritt ∅ 60 µm (M 750x) | Bild 2: Stahl 1.2343, s=10 mm: Austritts-∅ 64 ± 3 µm (M 20x) |<br />
Bild 3: Lasergebohrte Einsätze für Spritzguss-Werkzeuge<br />
Aufgabe Ziel des vorliegenden Projektes ist die Er-<br />
zeugung von Durchgangsbohrungen in Werkzeugein-<br />
sätzen aus Metall zum Spritzgießen von Kunststoffen,<br />
Keramiken und Polymerkeramiken mittels Laser zur<br />
Aktiventlüftung und Ausformunterstützung. Gefor-<br />
dert werden Bohrungen mit Durchmessern kleiner<br />
100 µm bei Materialstärken von s ≤ 10 mm und As-<br />
pektverhältnissen von 10:1 bis 100:1. Eine Gratbildung<br />
ist zu vermeiden.Das Verfahren zum Einbringen von<br />
Mikrobohrungen soll sowohl bei der Herstellung von<br />
Spritzgusswerkzeugen, als auch der nachträglichen<br />
Optimierung von bereits im Einsatz befi ndlichen Werk-<br />
zeugen Anwendung fi nden.<br />
Ergebnisse In Absprache mit den Projektpartnern<br />
wurde eine repräsentative Auswahl an Werkstoffen für<br />
die Werkzeugherstellung (verschiedene hochlegierte<br />
Werkzeugstähle und Aluminium-Bronzen) mit ver-<br />
schiedenen Oberfl ächen (erodiert, geschliffen, poliert<br />
und mit Verschleißschutzschichten) untersucht.Mit<br />
einem lampengepumpten Nd:YAG-Laser (Lasag KLS<br />
246) wurden am <strong>ifw</strong> mittels Perkussionsbohren repro-<br />
duzierbare Bohrungen mit Aspektverhältnissen zwi-<br />
schen 60:1 bis 150:1 eingebracht. Die Untersuchungen<br />
konzentrierten sich auf Materialstärken von 2, 4, 6 und<br />
10 mm. Mit Ausnahme der Bronze-Werkstoffe können<br />
ohne einen nennenswerten Einfl uss der Oberfl ächen-<br />
beschaffenheit Bohrungen mit einem Austrittsdurch-<br />
messer von 65 µm (Materialstärken 6 und 10 mm) be-<br />
ziehungsweise 50 µm (Materialstärken 2 und 4 mm)<br />
bei einer Standartabweichung von < 5 % eingebracht<br />
werden. Beim Bohren der Bronze-Werkstoffe liegt auf<br />
Grund der hohen Wärmeleitfähigkeit die Grenze hin-<br />
sichtlich akzeptabler Bohrungsdurchmesser bei 2 mm<br />
Materialstärke. Auch Bohrungen unter einem Winkeln<br />
bis 45 °C zur Senkrechten können bis Materialstärke<br />
s = 4 mm in guter Qualität realisiert werden.<br />
Anwendung Durch die Projektpartner wurden eigens<br />
für Untersuchungen pro aufgeführter Werkstoffklas-<br />
se je ein Spritzgießwerkzeug mit simulierten Entlüf-<br />
tungsproblemen gebaut, mit denen lasergebohrte<br />
Werkzeugeinsätze getestet und die Wirksamkeit der<br />
Aktiventlüftung nachgewiesen werden konnte. Der-<br />
zeit werden im Bau befi ndliche Spritzgießformen be-<br />
ziehungsweise problembehaftete bereits im Einsatz<br />
befi ndliche Spritzgießwerkzeuge mit Laserbohrungen<br />
zur Aktiventlüftung versehen, um den Nutzen im re-<br />
ellen Einsatz nachzuweisen.<br />
Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Freistaates Thürin-<br />
gen und der Europäischen Union (EFRE) gefördert.<br />
21<br />
ABTEILUNG LASERTECHNIK
ABTEILUNG LASERTECHNIK<br />
Laserunterstütztes Fügen von Saphir<br />
Teilprojekt: Laserfügen von Saphirbauteilen<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller + Dipl.-Ing. S. Kasch + Dipl.-Ing. (FH) D. Hubert, hmueller@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | AiF<br />
Projektnummer: KF0131709SU8<br />
Bild 1: Lasergelötete Gehäusebauteile Saphir-Saphir- und Saphir-Al O -Keramik | Bild 2: Lichtmikroskopische Aufnahme Rohr-Platte-Verbindung<br />
2 3<br />
mittels Glaslot | Bild 3: REM-Aufnahme – Querschliff einer Saphirverbindung<br />
Aufgabe Für Hochtemperatursensoren, Reaktionskar-<br />
tuschen in photochemischen Prozessen oder Optiken in<br />
analytischen Prozessen werden rotationssymmetrische<br />
Gehäuse aus Al 2 O 3 -Keramik bzw. Saphir verwendet,<br />
um Funktionsbauteile vor extremen Belastungen bei<br />
hohen Temperaturen und in aggressiven Medien zu<br />
schützen. Die Zielsetzung im Projekt ist die Entwick-<br />
lung einer Verbindungstechnologie mit einer örtlich<br />
begrenzten Wärmeeinfl usszone zur Herstellung von<br />
vakuumdichten und elektrisch isolierenden Gehäusen,<br />
um temperaturempfi ndliche Bauteile einzuschließen<br />
sowie die Vorteile der Werkstoffe wirtschaftlich sinnvoll<br />
zu nutzen. Durch eine material- und funktionsgerechte<br />
Gestaltung der Prozessführung beim Laserlöten mit-<br />
tels Glaslot sollen die Anforderungen erfüllt werden.<br />
Dazu werden einerseits ein Erwärmungskonzept und<br />
geeignete Verfahrensparameter benötigt. Andererseits<br />
sind geeignete Prüfmethoden anzuwenden, um die<br />
Erfüllung der Anforderungen nachzuweisen.<br />
Ergebnisse Im Projekt wurde anhand von rotations-<br />
symmetrischen Teilen aus Al 2 O 3 -Keramik und Saphir<br />
Untersuchungen zum selektiven Hochtemperaturlöten<br />
von Glaslot mittels scannergeführter CO 2 -Lasertech-<br />
nologie mit Laserleistungen bis 150 W durchgeführt.<br />
Für den Laserlötprozess wurde eine Glaslotgrünfolie<br />
(Entwicklungspartner IKTS, Institutsteil Hermsdorf) mit<br />
möglichst geringem Bindemittelanteil entwickelt, um im<br />
Laserprozess die Schwindungswerte der Folie so gering<br />
wie möglich zu halten und die erforderliche Menge an<br />
22<br />
Lotmaterial zur Verbindungsbildung zur Verfügung zu<br />
stellen. Zur Strahlformung und homogenen Energieein-<br />
strahlung am Bauteil fand eine Ringspiegelanordnung<br />
und ein schnellbewegter Laserstrahl Verwendung. Für<br />
Bauteile mit Außendurchmessern bis 12 mm konnten<br />
feste Lotverbindungen mit einer mittleren Zugfestigkeit<br />
von 22,9 MPa hergestellt und die Gasdichtheit mittels<br />
Unterdruckmethode bis 9xE-10 mbar l / s nachgewiesen<br />
werden. Mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie<br />
wurden die Lötverbindungen charakterisiert. Die äußere<br />
Lotkehle beispielsweise zwischen Saphirrohr und Saphir-<br />
ronde ist gleichmäßig ausgebildet. Die Lotzone zwischen<br />
Rohr und Ronde, betrachtet durch die Saphirronde, weist<br />
eine homogene Ausbildung über die Wandungsdicke<br />
des Rohres und darüber hinaus auf. Diese ist durch eine<br />
feinverteilte Porenausbildung gekennzeichnet, die aber<br />
keinen Einfl uss auf die Dichtheit der Verbindung hat.<br />
Ebenso wird dies durch die REM-Aufnahme bestätigt.<br />
Die innere und äußere Lotkehle ist gut ausgebildet und<br />
die Lotschichtdicke beträgt 33 µm.<br />
Anwendung Temperatursensoren für Automotive,<br />
Sicherheitstechnik, Energie- und Umwelttechnik, Ge-<br />
bäudeautomation.<br />
Das Projekt wurde im Rahmen des PROgramms<br />
„Förderung der Erhöhung der INNOvationskompetenz<br />
mittelständischer Unternehmen“ durch die AiF,<br />
als Projektträger des BMWi, fi nanziell gefördert und<br />
begleitet.
Koordinatorstelle<br />
„Anwenderkreis Hochtemperaturfügen“<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. F. Gemse, fgemse@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Zuwendungsgeber: Thüringer Aufbaubank aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF)<br />
Projektnummer: 2009 KN 0093<br />
Bild 1: Blick in den Sitzungssaal | Bild 2: Die Referenten des 1. Anwenderkreises<br />
Bereits seit seiner Gründung arbeitet die Günter-<br />
Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung<br />
GmbH (<strong>ifw</strong>) eng mit Forschern und Anwendern aus<br />
dem Bereich der Fügetechnik zusammen. Mit der In-<br />
vestition in eine Vakuumofenanlage zum Diffusionsfü-<br />
gen, Löten, Wärmebehandeln, Sintern und Entbindern<br />
ist seit Ende 2009 eine auf dem neusten Stand der<br />
Forschung und Entwicklung stehende Anlage am <strong>ifw</strong><br />
vorhanden. Diese ermöglicht es, Bauteile mit Abmes-<br />
sungen bis zu 500 mm bei einer Maximaltemperatur<br />
von 1550 °C und bis zu 60 kN Fügekraft zu fügen. Mit<br />
dieser Investition wurde eine anlagentechnische Basis<br />
geschaffen und das <strong>ifw</strong> in die Lage versetzt, den<br />
gestiegenen Anforderungen an die Fügetechnik auch<br />
in der Zukunft zu meistern.<br />
Aus diesem Grunde wurde am 25. März <strong>2010</strong> am<br />
<strong>ifw</strong> der Anwenderkreis „Hochtemperaturfügen“ –<br />
ein Netzwerk in Thüringen und darüber hinaus –<br />
gegründet. Mit dem Anwenderkreis „Hochtemperaturfügen“<br />
wird das Ziel verfolgt, die Prozesse und<br />
Anwendungsgrenzen, gemeinsam mit den Mitgliedern,<br />
für Metall-, Glas- bzw. Keramikverbindungen<br />
mit- und untereinander signifi kant zu erweitern. Die<br />
angestrebte höhere Produktivität und optimierte<br />
Prozesssicherheit der Fügeverbindungen ist für die<br />
Anwender von großem Nutzen. Vorhandene Erfah-<br />
rungen der Spezialisten werden so umfassend und<br />
zeitnah genutzt. Es ergeben sich sowohl innovative<br />
als auch wirtschaftliche Vorteile bei der Entwicklung<br />
und Überführung von neuen Fügekonzepten in neue<br />
Produkte. Weiterhin dient der Anwenderkreis als Platt-<br />
form zum Technologietransfer aus der Forschung in<br />
die Anwendung und ist gleichzeitig Anlaufstelle für<br />
Beratung und Weiterbildung auf dem Gebiet der Hoch-<br />
temperaturfügeverfahren.<br />
Am 23. September <strong>2010</strong> fand der 1. Workshop „Hochtemperaturfügen<br />
– Anwendung und Grenzen „ statt.<br />
Mitglieder und externe Referenten berichteten über<br />
aktuelle Themen aus Forschung und Praxis. Anschließend<br />
diskutierten die 50 Teilnehmer über zukünftige<br />
Aufgaben und neue Ansätze in der Füge- und Anlagetechnik.<br />
Die Fachveranstaltung wird jährlich fortgesetzt.<br />
Die Anschubfi nanzierung für die Koordinatorstelle<br />
„Anwenderkreis Hochtemperaturfügen“ wurde mög-<br />
lich durch Zuwendungen aus Mitteln des Europäischen<br />
Sozialfonds (ESF) sowie aus Komplementärmitteln des<br />
Freistaates Thüringen.<br />
23<br />
ABTEILUNG FÜGETECHNIK
ABTEILUNG FÜGETECHNIK<br />
Diffusionsfügen von Keramiken<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. Dahms, sdahms@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH<br />
Projektnummer: VF080016<br />
Bild 1: Strukturierte keramische Grünfolien | Bild 2: Keramischer Wärmetauscher | Bild 3: Heizsystem aus keramischen Mischverbindungen<br />
mit einem Regelkreis<br />
Aufgabe Das stoffschlüssige Fügen von unterschied-<br />
lichen Nichtoxidkeramiken ist eine Herausforderung<br />
in der Fügetechnik. Ziel dabei ist es, die vorteilhaften<br />
Eigenschaften in einem keramischen Werkstoffverbund<br />
zu vereinen. Am Beispiel der Nichtoxidkeramiken<br />
SiC, Si3N4 und AlN mit- und untereinander werden<br />
Fügevarianten erarbeitet. Die Verbindungsbildung<br />
erfolgt über keramische Zwischenschichten (LPS-<br />
Keramikfügefolien, Liquid-Phase-Sintering). Das vorgesehene<br />
Fügen im „Baukastenprinzip“ stellt hohe<br />
Anforderungen an die Fügetechnik. Die eingesetzten<br />
keramischen Zwischenschichten haben das Ziel, die<br />
Eigenschaften der zu fügenden Keramiken zu erhalten.<br />
Dazu zählt eine hohe Temperaturbelastbarkeit<br />
über 1200 °C, hohe Festigkeiten und vakuumdichte<br />
Verbindungen.<br />
Ergebnisse Keramische Fügefolien auf der Basis von<br />
Nichtoxidkeramiken mit unterschiedlichen Sinteraddi-<br />
tivgehalten sind wesentliche Bestandteile für die Aus-<br />
bildung eines keramischen Gefüges in der Fügezone.<br />
Beim Diffusionsfügen erfolgt die Verbundausbildung<br />
über den Konzentrationsausgleich der Sinteradditive<br />
zwischen der keramischen Fügefolie und der Kera-<br />
mik. Keramische „green tapes“ besitzen durch ihre<br />
plastische Verformung den Vorteil, dass Oberfl ächen-<br />
rauhigkeiten ausgeglichen werden. Dadurch entfällt<br />
eine keramische Oberfl ächenbearbeitung. Die Folien<br />
können auch mittels Laserbearbeitung strukturiert<br />
werden. Dadurch wird es möglich, zusätzliche Funk-<br />
24<br />
tionen in die Bauteile zu integrieren. Die Fügefolien<br />
besitzen eine an den Keramikwerkstoff angepasste<br />
thermische Ausdehnung, so dass eine spannungsarme<br />
Verbindung gegeben ist. Fügeuntersuchungen bei<br />
1500 °C bis 1750 °C belegen, dass sich in Abhängigkeit<br />
der Fügetemperatur und Fügezeit homogene, rissfreie<br />
und porenarme keramische Fügezonen ausbilden.<br />
Eine hochtemperaturstabile Yttrium-Aluminatphase<br />
im keramischen Gefüge konnte nachgewiesen werden.<br />
Die Verbundeigenschaften entsprechen weitest-<br />
gehend der zu fügenden Keramik. Die Keramikver-<br />
bunde sind hochtemperaturstabil und weisen hohe<br />
Festigkeiten bei den Prüftemperaturen von 20 °C,<br />
1000 °C und 1400 °C auf. Vakuumdichtheiten über<br />
10 -7 mbar x l / s an gefügten Keramikapplikationen<br />
konnten ermittelt werden. Die keramischen Fügever-<br />
bindungen sind somit wasser- und gasdicht.<br />
Anwendung Die Ergebnisse bilden die Basis für ein<br />
Verfahren zur Herstellung von großformatigen und<br />
komplexen Bauteilen aus Segmenten mit multifunk-<br />
tionalen Eigenschaftsprofi len. Beispielsweise sind dies<br />
keramische Wärmetauscher oder Heizsysteme aus<br />
keramischen Mischverbindungen.<br />
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |<br />
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.
GRADIENT – Verfahrensentwicklung zum Diffusionsschweißen von<br />
Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofi len<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. Dahms, sdahms@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH<br />
Projektnummer: IW091046<br />
Bild 1: Schweißhilfsform mit Anodenfi nger | Bild 2: Kupfer-Wolfram-Verbund; Schweißfl äche geneigt (20 °C) | Bild 3: Wärmetransferelement<br />
(Kupfer mit Silber)<br />
Aufgabe Aufgrund der Vielzahl möglicher Misch-<br />
verbindungen hat das Diffusionsschweißen große<br />
Bedeutung für das präzisionsgenaue Fügen erlangt.<br />
Werkstoffverbunde mit graduellen Eigenschaftspro-<br />
fi len besitzen ein hohes Potenzial für Optik-, Laser-<br />
und Messtechnikanwendungen bzw. als Funktions-<br />
oder Konstruktionswerkstoff in der Reaktortechnik.<br />
Diesbezüglich ist ein Bedarf an der Qualifi zierung<br />
von Fügetechnologien zur Herstellung heterogener<br />
Werkstoffverbunde, die ohne Zwischenschichten im<br />
festen Zustand gefügt werden, entstanden. Das Fügen<br />
von heterogenen Werkstoffen ist von werkstofftech-<br />
nischen Eigenschaften abhängig. Unterschiedliche<br />
Schmelztemperaturen, Ausdehnungsverhalten oder<br />
die Bildung von Mischkristallen in den Fügezonen<br />
bestimmen die Qualität und die Festigkeit einer<br />
Mischverbindung. Zur Lösung der Probleme bietet<br />
das Diffusionsschweißen innovative Ansätze. Das Ziel<br />
des Vorhabens bestand deshalb in der Qualifi zierung<br />
von Diffusionsschweißprozessen zum stoffschlüssigen<br />
und spannungsarmen Fügen von Mischverbindungen<br />
mit graduellen Eigenschaftsprofi len. Hierzu wurden<br />
Metall / Metall-Schweißverbindungen aus Rhodium,<br />
Gold Wolfram, Silber mit Kupfer sowie AlMg3 mit<br />
X5CrNi18-10 gefügt und die Verbundeigenschaften<br />
charakterisiert.<br />
Ergebnisse Die Fügeexperimente wurden in einem<br />
Hochtemperatur-Graphitofen mit einer integrierten<br />
Kraftvorrichtung durchgeführt. Hierzu wurden spe-<br />
zielle Schweißhilfsformen aus Graphit entwickelt, die<br />
eine optimale Fügekraft über die gesamte Fügefl äche<br />
gewährleisten. Gefügt wurden zylindrische Bauteile<br />
aus Kupfer im Durchmesser 10 – 15 mm, wobei Folien<br />
aus Gold, Wolfram und Rhodium auf unterschiedlich<br />
geneigten Schweißoberfl ächen gefügt wurden. Die<br />
Aufheiz- und Abkühlraten betrugen 10 K / min in einer<br />
Vorvakuumatmosphäre bei ca. 10 -1 mbar. Als optimale<br />
Fügetemperatur wurde 750 °C ermittelt. Die Fügekraft<br />
lag bei 250 … 750 N. Eine ausreichende Verbundfestig-<br />
keit konnte nachgewiesen werden. Die Formstabili-<br />
tät des Kupfers bleibt bei diesen Fügebedingungen<br />
erhalten. Die Fügezonen sind rissfrei und homogen<br />
ausgebildet. Im Ergebnis der Fügeuntersuchungen<br />
konnte die Eignung des Diffusionsschweißens nach-<br />
gewiesen und optimierte Fügeparameter erarbeitet<br />
werden.<br />
Anwendung Durch die Qualifi zierung von Diffusions-<br />
schweißprozessen zur Herstellung von Mischverbin-<br />
dungen werden neue Technologiefelder für Applika-<br />
tionen in der Luft- und Raumfahrt, beispielsweise für<br />
Wärmetransferelemente, Optoelektronik, Röntgen-<br />
und Reaktortechnik erschlossen.<br />
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |<br />
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.<br />
25<br />
ABTEILUNG FÜGETECHNIK
ABTEILUNG FÜGETECHNIK<br />
Glaskonstruktionselemente<br />
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. (FH) Kay Hermannsdörfer (EAE) | khermannsdoerfer@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Projektpartner: INNOVENT e. V. <strong>Jena</strong> + Technische Universität Dresden, Institut für Baukonstruktion<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH<br />
Projektnummer: IW090143<br />
Aufgabe Im Bereich des konstruktiven Glasbaus<br />
besteht eine wachsende Nachfrage nach erhöhter<br />
Transparenz und Energieeinsparung. Selbst moderne<br />
Glasbauten werden noch mit einem großen Anteil an<br />
Unterkonstruktionen aus Edelstahl hergestellt. Diese<br />
stören die im Bauwesen gewünschte Transparenz. Es ist<br />
also notwendig, die Glaselemente zusätzlich als lasttra-<br />
gende Bauteile der Gesamtkonstruktion auszulegen.<br />
Zur Vermeidung von aufwändigen Unterkonstrukti-<br />
onen aus Stahl, Gewährleistung höherer Designfreiheit<br />
und zur Verringerung von Abschattungen sind neue<br />
Verbundkonzepte gefragt, die erst durch den Einsatz<br />
der modernen Klebtechnik ermöglicht werden. Ziel des<br />
Projektes waren Untersuchungen zur Verbesserung<br />
der Oberfl ächenhaftung und der Medienbeständigkeit<br />
von Konstruktionselementen.<br />
Ergebnisse Die untersuchten Verbindungstypen<br />
beinhalteten sowohl Glas / Glas-Verklebungen als<br />
auch Klebverbindungen bestehend aus Glas und<br />
beschichtetem Stahl. Es wurde zum einen feuerverzinkter<br />
Baustahl als kostengünstige Alternative zum<br />
Edelstahl verwendet. Andererseits wurde auch pulverbeschichteter<br />
Stahl verwendet, der zusätzlich die Designfreiheit<br />
hinsichtlich der farbigen Beschichtungen<br />
erhöht. Für alle Verglasungen im Bauwesen sind in<br />
Deutschland lediglich Silikonklebstoffe zugelassen.<br />
Diese haben sehr niedrige Festigkeiten und bringen<br />
Schwierigkeiten im Verarbeitungsprozess mit sich.<br />
26<br />
Durch die Verwendung höherfester UV-aushärtender<br />
Acrylatklebstoffe kann die effektive Klebfl äche an<br />
punktförmigen Verglasungen verkleinert und somit<br />
die Transparenz des gesamten Bauteils erhöht werden.<br />
Für den Ersatz der Silikonklebstoffe für linienförmige<br />
Verglasungen wurden MS-Polymer-Klebstoffe verwendet,<br />
die eine ähnliche Elastizität besitzen, aber<br />
im Handling unproblematisch sind. Besonders durch<br />
die Oberfl ächenbehandlung mit dem Atmosphären-<br />
druckplasma- und dem Pyrosil®-Verfahren konnte die<br />
Festigkeit der Klebverbindungen weiter gesteigert und<br />
zusätzlich die Medienbeständigkeit erhöht werden.<br />
Auch im Bereich der Ganzglas-Rahmenecken wurde<br />
das Pyrosil®-Verfahren erfolgreich zur Festigkeitsstei-<br />
gerung eingesetzt und trägt ebenso zur Langzeitbeständigkeit<br />
des Klebverbundes bei.<br />
Anwendung Es wurden sowohl punkt- und linienför-<br />
mige Verglasungen sowie Ganzglas-Rahmenecken in<br />
die Untersuchungen an typischen Konstruktionselementen<br />
mit einbezogen. Durch die Verwendung von<br />
bisher noch nicht allgemein zugelassenen höherfesten<br />
Klebstoffen und Oberfl ächenbehandlungsverfahren<br />
werden bisherige Lösungen zum Verbinden von Glas<br />
und anderen Werkstoffen optimiert bzw. neue kleb-<br />
technische Alternativen entwickelt.<br />
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |<br />
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.<br />
Bild 1: Geklebte Ganzglas-Rahmenecke als Konstruktionselement | Bild 2: Zugprüfung von punktförmigen Verglasungselementen
Klebtechnisches Verbinden von Hartstoffschneiden mit<br />
Schneideinsatzträgern für Hochleistungswerkzeuge<br />
Ansprechpartner: Dipl. Chem. R. Luhn, rluhn@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Projektpartner: TU Kaiserslautern, AWOK; GFE e. V. Schmalkalden<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | AiF | FV Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS e. V.<br />
Projektnummer: 16031 BG<br />
Bild 1: Schneideinsatz mit Laserstrukturierung | Bild 2: 3D-Profi l der laserstrukturierten Fügefl äche | Bild 3: Wendeschneidplatte mit eingeklebtem<br />
Schneideinsatz<br />
Aufgabe Im vorliegenden Forschungsprojekt war<br />
eine technisch umsetzbare klebtechnische Lösung<br />
für das Verbinden von Werkzeugschneiden auf Werk-<br />
zeugträgern als Alternative zum Löten zu erarbeiten.<br />
In die Vorgehensweise zum Erzielen von Verbunden<br />
mit hoher Festigkeit zwischen Hartstoffschneiden<br />
und Schneideinsatzträgern waren spezielle Oberfl<br />
ächenvorbehandlungen, die Auswahl geeigneter<br />
Klebstoffe und eine Optimierung des Schneidensitzes<br />
einzubeziehen.<br />
Ergebnisse Für die technische Umsetzung wurde ein<br />
breites Spektrum an Klebstoffen mit unterschiedlichen<br />
thermischen Eigenschaften und Aushärteverfahren<br />
ausgewählt und geprüft. Zur Auswahl geeigneter<br />
Versuchsparameter für die experimentellen Unter-<br />
suchungen wurden die während des Zerspanprozesses<br />
auftretenden Temperatur- und Belastungsprofi le mit-<br />
tels Simulation berechnet und direkt im Bereich der<br />
Werkzeugschneide gemessen. In einem abgestimmten<br />
Versuchsprogramm wurden die Klebstoffe umfassend<br />
charakterisiert. Parallel dazu wurden Simulations-<br />
rechnungen durchgeführt, die eine gute Korrelation<br />
mit den Laborergebnissen aufwiesen. Als Oberfl ä-<br />
chenvorbehandlung kam eine spezielle Lasertechnik<br />
zum Einsatz, bei der die Fügeteiloberfl äche lokal zur<br />
Bildung kleiner Depots, die zur Aufnahme des Kleb-<br />
stoffes dienen, aufgeschmolzen wird. Damit konnte<br />
die Warmfestigkeit von Hartmetallklebeverbindungen,<br />
mit ausgewählten Klebstoffen, deutlich gegenüber<br />
gereinigten unbehandelten Proben gesteigert wer-<br />
den. Für die Prüfung unter Einsatzbedingungen wur-<br />
den Musterwerkzeuge konstruiert und hergestellt.<br />
Dabei wurden möglichst große Klebfl ächen für eine<br />
optimale Kraftverteilung und die Austauschbarkeit<br />
der Schneiden realisiert. Basis für die Konstruktion<br />
bilden Wendeschneidplatten aus Hartmetall, auf de-<br />
nen PKD-Blanks befestigt werden. Dies gewährleistet<br />
gleichzeitig die Austauschbarkeit der Schneiden nach<br />
Verschleiß. Die Ausführung der Hartmetallgrundkörper<br />
zur Aufnahme der Wendeschneidplatten erfolgt dabei<br />
in verschiedenen Varianten.<br />
Anwendung Die Ergebnisse sind Grundlage für<br />
die Herstellung neuer Werkzeuggenerationen und<br />
die Reparatur sowie für die Entwicklung neuartiger<br />
Schneidgeometrien. Darüber hinaus stehen neue<br />
Oberfl ächenbehandlungsverfahren für Hartmetalle<br />
und Schneidkeramiken zur Verfügung.<br />
Das IGF-Vorhaben 16031 BG der Forschungsvereini-<br />
gung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des<br />
DVS e. V., Aachener Straße 172, 40223 Düsseldorf wurde<br />
über die AiF im Rahmen des Programms zur Förde-<br />
rung der industriellen Gemeinschaftsforschung und<br />
-entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirt-<br />
schaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses<br />
des Deutschen Bundestages gefördert.<br />
27<br />
ABTEILUNG FÜGETECHNIK
ABTEILUNG MIKROTECHNIK<br />
Weiterentwicklung eines Infrarotsensors auf Dünnschichtbasis – IRDT<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter, tschroeter@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Projektpartner: Siegert TFT GmbH, Hermsdorf / Thüringen<br />
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH<br />
Projektnummer: IW083007<br />
Bild 1: Bolometerchip mit Mäanderstruktur | Bild 2: Mäanderstruktur vergrößert | Bild 3: Testmuster im TO-Gehäuse<br />
Aufgabe Das Vorhabensziel bestand in der Entwick-<br />
lung eines IR-Detektors nach dem Bolometer-Prinzip<br />
im Wellenlängenbereich von 4 … 7 µm. Um thermische<br />
Quereinfl üsse weitestgehend auszuschließen, wurde<br />
eine nahezu vollständige thermische Entkopplung<br />
der sensitiven Schicht vom Substrat angestrebt. Diese<br />
Entkopplung sollte durch eine völlig frei tragende<br />
Dünnschichtstruktur aus verschiedenen Widerstands-<br />
schichten erreicht werden. Bei einer mäanderförmigen<br />
Struktur, einer Strukturbreite von 20 µm und einer<br />
Strukturhöhe von 30 nm wurde ein Widerstandswert<br />
von einigen 100 Ω angestrebt. Als Sensorstrukturen<br />
waren in Dünnschichttechnik mittels Sputtern mäan-<br />
derförmig abgeschiedene Nickel- bzw. Chromnickel-<br />
schichten vorgesehen.<br />
Ergebnisse Zur technologischen Umsetzung mit der<br />
Zielstellung einer frei tragenden Sensorstruktur wurden<br />
verschiedene innovative Ansätze verfolgt: eine Variante<br />
mit einer Opferschicht und zwei Varianten, bei welchen<br />
frei tragende Strukturen durch Unterätzung entstehen.<br />
Letztere Varianten wurden schließlich favorisiert (Bild<br />
1). Es wurden mehrere technologische Versuchsreihen<br />
zu einzelnen Technologieschritten und zur gesamten<br />
Technologie gefahren und ausgewertet. Auf Basis der<br />
Erkenntnisse aus den technologischen Untersuchungen<br />
wurden schließlich Testmuster und Demonstratoren<br />
aufgebaut (Bild 2). Diese wurden getestet und die<br />
Sensorkennlinien aufgenommen. Dabei konnte der<br />
grundsätzliche Funktionsnachweis erbracht werden.<br />
Schließlich wurden die Sensoren durch Modifi kationen<br />
28<br />
des Sensoraufbaus überarbeitet. Um die Effi zienz der<br />
Strahlungsausbeute zu steigern, wurden Varianten mit<br />
Rückseitenverspiegelung und Schwarzschichten zur<br />
Verbesserung der Absorption entworfen und hergestellt<br />
(Bild 3). Zur Herstellung der Schwarzschichten wurden<br />
3 alternative Varianten untersucht: 1. das Aufdampfen<br />
von Schwarzgold mittels Elektronenstrahlbeschich-<br />
tung, 2. das Aufbringen von carbon black („Nanoruß“,<br />
Nanographit) in AZ-Lack und 3. die Erzeugung einer<br />
Polyfl uorkohlenwasserstoff-Schicht durch Plasma-<br />
polymerisation (PE-CVD). Anschließende Tests erga-<br />
ben eine deutliche Verbesserung der Empfi ndlichkeit,<br />
wobei die Chips mit Schwarzschichten aus PFKW ein<br />
etwas besseres Verhalten als die mit Schwarzgold- bzw.<br />
carbon-black-beschichteten Chips aufwiesen. Im Rah-<br />
men der Überarbeitung wurden auch Sensoren als<br />
Arrays mit 4 bzw. 16 IR-empfi ndlichen Einzelsensoren<br />
entworfen, aufgebaut und getestet.<br />
Anwendung Das entwickelte innovative Produkt bil-<br />
det die Grundlage für die Erschließung einer Reihe<br />
neuer applikationsspezifi scher Anwendungen der<br />
IR-Sensorik in der Umweltmesstechnik, im Anlagen-<br />
bau und der Automobilindustrie. Beispiele sind die<br />
Ölüberwachung in Hydrauliksystemen, die Betriebs-<br />
und Treibstoffanalytik, Schadstoffmessungen in der<br />
Umwelt sowie die Messung von IR-Strahlung im In-<br />
nenraum und im Umfeld von Kraftfahrzeugen.<br />
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |<br />
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.
Laufende Forschungsvorhaben<br />
29
FORSCHUNGSVORHABEN<br />
Projekt<br />
1<br />
2<br />
3<br />
4<br />
5<br />
6<br />
7<br />
8<br />
9<br />
30<br />
Auswahl laufender Forschungsvorhaben<br />
Ansprechpartner Dr.-Ing. H. Müller, Hauptabteilungsleiter Forschung<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller, Dipl.-Ing. FH G. Jacob<br />
Prozesskette zur übergreifenden Integration der metrologischen Computertomographie<br />
in der Kunststoffi ndustrie – mCT gestützte Prozesskette für die Entwicklung und Qualifi zierung<br />
von Fügeverfahren, 2009 FU 9108, Verbund-Nr. 2009 VF 0024<br />
Zuwendungsgeber: Thüringer Aufbaubank (TAB)<br />
Seite 31<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller<br />
Entwicklung des Laser-Quarzglasschweißens mittels automatischer Drahtzufuhr, MF090044<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH<br />
Seite 31<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller<br />
Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zum Laserstrahlpolieren von<br />
strukturierten Quarzglasoberfl ächen; LaPo – Prozessentwicklung zum Laserstrahlpolieren<br />
von Quarzglas mit CO -Laser, KF2252502KF9<br />
2<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / AiF<br />
Seite 32<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller<br />
Entwicklung einer automatisierten Verfahrenstechnologie zur Konfektionierung fl exibler, mehrdimensionaler<br />
und strukturierter Materialien, insbesondere mittels Laserschweißen; Verfahrensentwicklung<br />
zum Laserschweißen von fl exiblen, mehrdimensionalen und strukturierten Lagen<br />
unter Berücksichtigung der gesamten Prozessbedingungen, KF2252501TL9<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / AiF<br />
Seite 32<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. S. Jahn, Dipl.-Ing. S. Dahms<br />
HEGLO – Herstellung von großfl ächigen Glasverbindungen für optische Applikationen,<br />
MF090160<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH<br />
Seite 33<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. S. Jahn, Dipl.-Ing. F. Gemse<br />
METAKER – Fügen von Mischkeramiken mit Metallen, VF100018<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter<br />
IFK – Innovative Fügetechnologien mit kaltgespritzten Loten, MF090045<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter<br />
ABZ – Doppelseitiges Anodisches Bonden mit Zwischenelektroden, MF 090118<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH<br />
Seite 33<br />
Seite 33<br />
Seite 34<br />
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter, Dipl.-Ing. J. Pfeifer<br />
EGASOR – Edelgaseinschluss in Gehäusen der Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik, MF100023<br />
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH<br />
Seite 34
Zerstörungsfreie Prüfung einer Laserlötnaht mittels<br />
3D-Computertomographie<br />
PROJEKT 2 Entwicklung des Laser-Quarzglasschweißens<br />
mittels automatischer Drahtzufuhr,<br />
MF090044<br />
Um Quarzglasteile miteinander zu fügen, gilt es optimale<br />
Bearbeitungs- und Wärmebehandlungsbedingungen<br />
zu erreichen. Deshalb sind zum Laserschweißen<br />
von Quarzglas zwei CO -Laserstrahlen<br />
2<br />
nötig, die über einen optischen Aufbau miteinander<br />
überlagert werden. Für diesen Zweck ist ein spezieller<br />
Laserschweißkopf entwickelt worden. Die Fokussierbedingungen<br />
der beiden Teilstrahlen werden<br />
derart gestaltet, dass man in der Bearbeitungsebene<br />
einen scharf fokussierten Strahlanteil zum Schweißen<br />
und einen defokussierten Strahlanteil für Wärmebehandlungsprozesse<br />
in der Schweißpunktumgebung<br />
vorliegen hat. Die Intensität der beiden Teilstrahlen<br />
kann durch zwei separate Laserstrahlquellen beliebig<br />
geregelt werden. Neben der Koaxialität der Strahlachsen<br />
ist die relative Positionierung vom Wärmebehandlungsstrahl<br />
zu dem feststehenden Schweißstrahl<br />
möglich. Ergänzt wird diese Anordnung durch eine<br />
integrierte automatische Glasstabzuführung, um den<br />
entstehenden Materialabtrag auszugleichen. Mittels<br />
PROJEKT 1 Prozesskette zur übergreifenden Inte-<br />
gration der metrologischen Computertomographie<br />
in der Kunststoffi ndustrie – mCT gestützte Pro-<br />
zesskette für die Entwicklung und Qualifi zierung<br />
von Fügeverfahren, 2009 FU 9108, Verbund-Nr.<br />
2009 VF 0024<br />
Ziel des Verbundprojektes ist, zusammen mit den regionalen<br />
Partnern der Kunststoffi ndustrie, der Aufbau<br />
und die Integration der industriellen Computertomo-<br />
grafi e in die bestehende Prozesskette zur Qualitätssi-<br />
cherung und Weiterentwicklung von deren Erzeugnis-<br />
sen. Anhand der 3D-CT-Messdaten kann eine nahezu<br />
100 Prozent-Prüfung des Kunststoffspritzgussteiles,<br />
einschließlich der Untersuchung auf dessen innere Be-<br />
schaffenheit, Wanddickenanalyse, Prüfung auf Maßhal-<br />
tigkeit und mit dem CAD-Modell eine Soll / Ist-Analyse,<br />
durchgeführt werden. Aus den daraus resultierenden<br />
Erkenntnissen soll ein Beitrag erbracht werden, um<br />
die Qualifi zierung der industriellen CT-Technologie<br />
als zerstörungsfreie Werkstoff- und Bauteilprüfung<br />
voran zu treiben.<br />
Schweißen von 3 mm dickem Quarzglas<br />
dieses Schweißverfahrens kann Quarzglas bis zu<br />
20 mm Dicke vollständig durchgeschweißt werden. Die<br />
Verfahrensoptimierung erfolgt mit der numerischen<br />
Simulation. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, thermische<br />
und mechanische Vorgänge innerhalb des<br />
Glases während des Schweißvorgangs und nach vollständiger<br />
Abkühlung vorhersagen zu können.<br />
31<br />
FORSCHUNGSVORHABEN
FORSCHUNGSVORHABEN<br />
PROJEKT 3 Entwicklung eines neuartigen Verfahrens<br />
zum Laserstrahlpolieren von strukturierten<br />
Quarzglasoberfl ächen; LaPo – Teilprojekt:<br />
Prozessentwicklung zum Laserstrahlpolieren<br />
von Quarzglas mit CO 2 -Laser, KF2252502KF9<br />
Der Anspruch der Untersuchungen besteht darin,<br />
die klassischen Formmaterialien im Werkzeug- und<br />
Formenbau durch Quarzglas teilweise oder vollstän-<br />
dig zu ersetzen. Die werkstofftechnischen Vorzüge des<br />
Materials erfordern dabei anspruchsvolle Bearbei-<br />
tungstechnologien. Zunächst werden in unterschied-<br />
lichen Schleifverfahren Oberfl ächen und Geometrien<br />
auf Quarzglasproben erzeugt. Anschließend erfolgt<br />
die Laserstrahlpolitur (LSP) mit einem schnell scan-<br />
nenden CO 2 -Laserstrahl, welcher auf Grund seiner<br />
Strahleigenschaften hierfür sehr gut geeignet ist.<br />
Der Polierprozess ist ein abtragarmes Verfahren, bei<br />
dem durch den Wärmeeintrag des Laserstrahls die<br />
Glasoberfl äche aufgeschmolzen und poliert wird. Im<br />
vorgestellten Verfahren erfordert dies eine parame-<br />
terorientierte Untersuchung. Die LSP ist ein berüh-<br />
PROJEKT 4 Entwicklung einer automatisierten<br />
Verfahrenstechnologie zur Konfektionierung<br />
fl exibler, mehrdimensionaler und strukturierter<br />
Materialien, insbesondere mittels Laserschweißen;<br />
Verfahrensentwicklung zum Laserschweißen<br />
von flexiblen, mehrdimensionalen und<br />
strukturierten Lagen unter Berücksichtigung der<br />
gesamten Prozessbedingungen, KF2252501TL9<br />
Filteranlagen in der chemischen Industrie, sogenannte<br />
Kolonnen, werden mit Strukturpackungen gefüllt.<br />
Dabei handelt es sich um mehrere übereinandergestapelte<br />
strukturierte Blechlagen, die aufgrund ihrer<br />
großen Oberfl äche als Katalysator wirken. Anstelle<br />
der bisher angewendeten kosten- und materialinten-<br />
siven Verbindung durch Verschraubung der einzelnen<br />
Lagen wurde ein lasergestütztes fl exibles Schweiß-<br />
verfahren entwickelt. Dazu wurden Untersuchungen<br />
mittels Laserstrahl-Remote-Schweißen an dreidimen-<br />
sional strukturierten Cr-Ni-Stahl-, Aluminium- und<br />
Kupferblechen mit Blechdicken von 0,1 bis 0,2 mm<br />
durchgeführt. In Vorversuchen an glatten Blechen<br />
wurden zunächst verfahrensrelevante Parameter, wie<br />
z. B. Fokussierung, Schweißspaltbreite, Laserleistung<br />
oder Schweißgeschwindigkeit untersucht und diese<br />
32<br />
Laserstrahlpolieren eines Formeinsatzes (40x40 mm²)<br />
rungsloses Verfahren mit eng begrenzter Wechselwir-<br />
kungszone, so können beispielweise Mikrogeometrien<br />
bearbeitet werden. Zur Prozessoptimierung, sowohl<br />
der Vorbearbeitung als auch der LSP, erfolgt die Ana-<br />
lyse der Oberfl ächen durch verschiedene Verfahren.<br />
Um die Abformung der im Quarzglas erzeugten Kon-<br />
turen durchzuführen, ist der Aufbau einer geeigneten<br />
Spritzgussform notwendig, die die Quarzglasformein-<br />
sätze zerstörungsfrei aufnehmen kann.<br />
Strukturpackung<br />
anschließend auf die realen Strukturbleche übertra-<br />
gen. Es wurde der Nachweis erbracht, dass mittels<br />
Laserstrahl-Remote-Schweißen Verbindungen mit<br />
ausreichender Festigkeit innerhalb der geforderten<br />
Taktzeit erzielt werden können.
PROJEKT 5 HEGLO – Herstellung von großfl ächigen<br />
Glasverbindungen für optische Applikationen,<br />
MF090160<br />
Derzeit werden Verbindungen in optischen Systemen<br />
mit kraft-, form- und stoffschlüssigen Fügetechniken,<br />
z. B. Klemmen, Ansprengen, Kitten, Kleben und Löten<br />
realisiert. Diese Verbindungstechniken haben die Nach-<br />
teile, dass bei wechselnden Einsatzbedingungen (Tem-<br />
peraturwechsel) mechanisch und thermisch induzierte<br />
Spannungen eine sichere Funktion der gefügten Gläser<br />
nicht ausreichend gewährleisten. Je nach Anwendung<br />
muss aber eine nahezu verlustfreie Strahlqualität über<br />
einen sehr breiten Spektralbereich (von UV bis IR) ge-<br />
PROJEKT 6 METAKER – Fügen von Mischkeramiken<br />
mit Metallen, VF100018<br />
Um das Einsatzfeld von Mischkeramiken wie whis-<br />
kerverstärkem Aluminiumoxid und Sialonkeramiken<br />
zu erweitern, ist es notwendig, Eigenschaften der Ke-<br />
ramiken mit anderen Werkstoffen zu kombinieren.<br />
Hierzu besteht Forschungsbedarf an Fügetechnolo-<br />
gien, die ein funktionelles oder bauteilspezifi sches<br />
Fügen erlauben. Dadurch werden neue Anwendungs-<br />
felder erschlossen, beispielsweise für Schneidkera-<br />
mikapplikationen in der Metallbearbeitung. Ziel<br />
des Forschungsvorhabens sind vergleichende Un-<br />
PROJEKT 7 IFK – Innovative Fügetechnologien mit<br />
kaltgespritzten Loten, MF090045<br />
Zielstellung des Projektes ist es, die Vorteile der Kaltgasspritztechnik<br />
in der Mikrotechnik bei der Herstellung<br />
von optosensorischen Lötbaugruppen an<br />
Musterbaugruppen nachzuweisen. Dafür müssen<br />
spezielle Probleme des Lotauftrages, die sich durch<br />
die Form der Gehäusebauteile, durch die Kleinheit der<br />
Lotfl äche und das Gehäusematerials ergeben, geklärt<br />
werden. Die Aufgaben im Projekt sind, Gehäusebau-<br />
teile wie Ni-Kappen mit ausgewählten Lotpulvern für<br />
den Einsatztemperaturbereich von 150 °C bis 250 °C<br />
mittels dem Kaltgasspritzprozess lokal zu beloten, die<br />
Lötprofi le zu erarbeiten, das Aufschmelzverhalten der<br />
Lotschichten zu untersuchen und Demonstrations-<br />
muster von Lötverbunden anzufertigen.<br />
währleistet werden. Die Zielsetzung des Entwicklungs-<br />
vorhabens ist es, an ausgewählten Gläsern und Glas-<br />
keramiken großfl ächige und qualitativ hochwertige<br />
Glasverbunde herzustellen. Als Fügeverfahren kommt<br />
das Diffusionsschweißen zur Anwendung. Das Fügen<br />
von artgleichen Gläsern und Glaskeramiken wird ohne<br />
Hilfszwischenschichten realisiert. In allen Fällen stehen<br />
der Erhalt der optischen Eigenschaften und die Form-<br />
stabilität der Verbundpartner im Vordergrund. Dazu<br />
werden Lösungsansätze zur werkstofftechnischen<br />
und technologischen Realisierbarkeit erarbeitet. In die<br />
Schweißuntersuchungen werden die optischen Gläser<br />
BK7, S-LAH79 und Borofl oatglas sowie die Glaskera-<br />
miken CERAN und ZERODUR einbezogen.<br />
tersuchungen zum Fügen von whiskerverstärktem<br />
Aluminiumoxid und Sialonkeramik mit rostfreiem<br />
Stahl und Hartmetall. Betrachtet werden die Füge-<br />
verfahren Diffusionsschweißen, Löten und Kleben.<br />
Mit dem Forschungsvorhaben wird der Einsatz der<br />
Fügeverfahren auf neue Werkstoffkombinationen,<br />
die stoffl ich unterschiedlich sind, erweitert. Dabei<br />
werden fl ächig gefügte Mischverbindungen ange-<br />
strebt, die graduelle Eigenschaftsprofi le besitzen.<br />
Entsprechend der Zielstellung sollen die gefügten<br />
Metall / Keramik-Verbunde hohe mechanische Fe-<br />
stigkeiten (spannungsarme Verbundausbildung) und<br />
Temperaturbeständigkeiten über 600 °C aufweisen.<br />
Kaltgasgespritzte und gelötete Fensterkappen<br />
33<br />
FORSCHUNGSVORHABEN
FORSCHUNGSVORHABEN<br />
PROJEKT 8 ABZ – Doppelseitiges Anodisches Bon-<br />
den mit Zwischenelektroden, MF 090118<br />
Das Ziel des Projektes besteht darin, ein Bondver-<br />
fahren zu entwickeln, bei welchem mittels speziell<br />
präparierter Keramiksubstrate Sandwichaufbauten in<br />
der wechselnden Reihenfolge von Silizium und LTCC-<br />
Keramik mit einer defi nierten Anzahl von Schichten<br />
herstellbar sind. Die Präparation der Keramiksubstrate<br />
soll prinzipiell dergestalt erfolgen, dass mittels me-<br />
tallischer Zwischenschichten (z. B. als Gitterstruktur)<br />
eine großfl ächige Kontaktierung und damit eine voll-<br />
fl ächige Ausbreitung der Bondfront gewährleistet<br />
werden kann. Innerhalb des Projektes soll als Appli-<br />
kationsbeispiel eine Analyseküvette für die IR-Analyse<br />
PROJEKT 9 EGASOR – Edelgaseinschluss in Gehäusen<br />
der Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik, MF10002<br />
Der innovative Ansatz des Projektes besteht in der<br />
Entwicklung eines Weichlötregimes mit metallischen<br />
Weichloten, um Inertgase hermetisch dicht in Sensorgehäuse<br />
einzuschließen. Der Prozess soll fl ussmittel-<br />
und bleifrei sein. Bei der Verwendung von Flussmitteln<br />
ist mit Rückständen zu rechnen, welche die optischen<br />
Eigenschaften beeinträchtigen können. Die Bleifrei-<br />
heit ergibt sich aus der EG-Richtlinie 2002 / 95 / EG<br />
zur Beschränkung der Verwendung bestimmter ge-<br />
fährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten<br />
34<br />
Anodisches Bonden<br />
von Betriebsstoffen bearbeitet werden. Diese soll als<br />
dreilagiger anodisch gebondeter Schichtaufbau in der<br />
Reihenfolge Si – LTCC – Si realisiert werden.<br />
(RoHS). Der Gehäuseverschluss soll im Gegensatz zu<br />
herkömmlichen Verfahren in einer programmierbaren<br />
Inertgaslötanlage mit Vakuumsystem erfolgen. Als<br />
Anwendungsbeispiel ist der Verschluss von Infrarot-<br />
Sensorbaugruppen in hermetischen Gehäusen mit<br />
unterschiedlichen Inertgas-Füllungen vorgesehen.<br />
Als Materialien der zu fügenden Komponenten sind<br />
die für Mikrosysteme und Mikrosensoren üblichen<br />
Gehäuse- und Substratmaterialien, wie Metalle<br />
(z. B. für TO-Gehäuse) und Keramik für die Häusung<br />
sowie Silizium und Saphir als Fenstermaterialien geplant.
Kontakte und Ansprechpartner<br />
Ansprechpartner Telefon / Fax E-Mail<br />
Dr.-Ing. Sabine Sändig<br />
Geschäftsführer 03641.204-100 / -110 ssaendig@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Rosemarie Winter<br />
Sekretariat 03641.204-100 / -110 info@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dr.-Ing. Wolfram Rodeck<br />
Hauptabteilungsleiter Verwaltung |<br />
Abteilungsleiter Vertragsrecht & Controlling |<br />
Prokurist 03641.204-109 / -110 wrodeck@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dipl.-Ing. Uwe Kordts<br />
Abteilungsleiter Technische Dienste 03641.204-104 / -110 ukordts@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dr.-Ing. Hartmut Müller<br />
Hauptabteilungsleiter Forschung |<br />
Abteilungsleiter Lasertechnik 03641.204-136 / -178 hmueller@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dr.-Ing. Simon Jahn<br />
Abteilungsleiter Fügetechnik 03641.204-151 / -110 sjahn@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dr.-Ing. Thomas Schroeter<br />
Abteilungsleiter<br />
Applikationszentrum Mikrotechnik (amt) 03641.204-113 / -110 tschroeter@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dipl.-Ing., SFI (EWE) Jürgen Vester<br />
Abteilungsleiter Schweißtechnik 03641.204-103 / -110 jvester@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dr.-Ing., SFI (EWE) Hans-Peter Lindner<br />
Leiter Schweißtechnische Ausbildung 03641.204-112 / -175 hplindner@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dr.-Ing., SFI (EWE) Thomas Körner<br />
Leiter Bauprüfung | Leitender Auditor 03641.204-111 / -175 tkoerner@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dr.-Ing. Gunthard Horn<br />
Leiter Akkreditiertes Werkstoffprüfl abor 03641.204-129 / -110 ghorn@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
Dipl.-Ing. Kerstin Walter<br />
Leitende Auditorin von DVS-Zert e. V., QMB |<br />
Beauftragte der Geschäftsführung<br />
für Qualitätsmanagement 03641.204-127 / -110 kwalter@<strong>ifw</strong>-jena.de<br />
35<br />
KONTAKTE AM <strong>ifw</strong>
Otto-Schott-Straße 13 | 07745 <strong>Jena</strong><br />
www.<strong>ifw</strong>-jena.de | info@<strong>ifw</strong>-jena.de