Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchungen zur Schweißnahtsensorik und Aufbau eines intelligenten Prozesskontrollsystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dr. Mergenthaler GmbH & Co. KG durchgeführt. Wir erforschen eine spezielle Sensorik zur Regelung und Überwachung des Schweißprozesses an metallischen Verbundwerkstoffen. Dabei wird mit einer Optik das bei der Schweißung vom Material emittierte Licht gesammelt und über eine Glasfaser einer Auswerteeinheit zugeführt. Da der Schweißprozess hochdynamisch verläuft, werden wir eine Sensorik erstellen, die eine Zugriffszeit von nur 67Mikro s hat. Eine weitere Besonderheit ist, dass nicht nur der direkte Bereich des Auftreffens des Laserstrahls für die Auswertung herangezogen wird, sondern über einen zweiten Messkanal das Umfeld um den Bereich des Auftreffens des Laserstrahls beobachtet wird. So kann zum Beispiel eine Verfahreinheit dieses Signal nutzen, damit der Laserstrahl mit optimaler Geschwindigkeit über das Werkstück bewegt wird. Es wird zudem untersucht, inwiefern durch örtliche und zeitliche Modulation des Laserstrahls eine Verbesserung der Schweißqualität erreicht werden kann. Die Regeleinheit soll dafür entsprechende Signale an das Lasersystem bereitstellen. Es wird untersucht, inwiefern die Modulation das Regelergebnis beeinflusst. AP1 beinhaltet die Erforschung und Bereitstellung eines mehrkanaligen Messsystems zur Unterstützung der Inbetriebnahme der Schweißanlage. Im AP2 wird die Sensorik modifiziert und der Prozess geregelt. Im AP3 wird mittels der Erkenntnisse aus AP2 ein Kompaktsystem erarbeitet. In AP4 wird das Gesamtsystem getestet, optimiert und der Einfluss auf die Qualität der Schweißung untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Bereitstellung von Lasergläsern, -vorformen und -fasern für eine leistungsmodulierte Faserlaser-Strahlquelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG durchgeführt. Ein Themenschwerpunkt des REMILAS-Projektes ist die Konzeptionierung einer leistungsmodulierten Faserlaser-Strahlquelle mit einer Ausgangsleistung von 8 kW, die in Kooperation mit den Projektpartnern Laserline und dem Institut für Photonische Technologien (IPHT) in Jena realisiert werden soll. Dabei liegt der Aufgabenschwerpunkt der Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG in der Realisierung der dazu nötigen Laserfasern. Diese Fasern basieren auf Yb-dotiertem Kernquarzglas, das im Reaktiv-Pulver-Sinterverfahren hergestellt wird. Mit diesem neuartigen und einzigartigen Verfahren ist es erstmalig möglich, großvolumige seltenerddotierte Gläser zu realisieren, die neue Faserkonzepte ermöglichen. So wurden auf Basis dieser dotierten Gläser bereits 5 kW cw-Laserleistung aus einer Einzelfaser demonstriert. Um die angestrebten 8 kW cw-Ausgangsleistung aus einer Einzelfaser zu verwirklichen, reicht es nach aktuellen Stand der Forschung nicht aus, die Dimensionen der Faser zu skalieren. Vielmehr ist es nötig, die Grunddämpfung des Glases von derzeit ca. 20 40 dB/km auf einen Wert von maximal 15 dB/km zu senken und gleichzeitig den Yb-Gehalt der Faser anzuheben. Dabei soll insbesondere auch bei höher Yb-dotierten Gläsern (größer als 0.1 mol% Yb2O3) parallel die Alterungsbeständigkeit der Gläser so eingestellt werden, dass die Materialdegradation (Photodarkening) und damit der Leistungsabfall im Laserbetrieb maximal 1% pro 1000 h beträgt. Weiterhin soll die Numerische Apertur (NA) der Laserfaser auf einen vordefinierten Wert eingestellt werden. Dazu ist es nötig die Brechzahl des Yb-dotierten Quarzglases über geeignete Kodotanden anzupassen und/oder die NA durch die Einführung sogenannter brechzahlangepasster Zwischenschichten zwischen dem Kern und dem Pumpcladding zu kontrollieren. Die Herausforderung ist hierbei, die Brechzahl der Zwischenschicht auf die des Kernmaterials abzustimmen, so dass die gewünschte Faser-NA erzielt wird. Weiterhin soll das Faserdesign so angepasst werden, dass die angestrebten 8 KW cw-Laserstrahlung aus einer Einzelfaser möglich sind. Die im Rahmen des Projektes umgesetzten Laserfaser-Vorformen sollen zu sogenannten Extra-Large-Mode-Area-Laserfasern (XLMA) gezogen werden, die einen Faserdurchmesser von mindestens 1000 Mikro m aufweisen. Im Rahmen des Projektes sollen die grundlegenden Einflüsse auf die optischen Material- und Fasereigenschaften untersucht werden, um die 8 kW Laserfasern realisieren zu können.
Das Projekt "Teilvorhaben: High Power single fiber-Faserlaser mit integrierter Prozesssensorik für Mischverbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH durchgeführt. Ziel ist die Realisierung einer 'rückreflexionsharten', hocheffizienten 8kW Strahlquelle mit einer Modulierbarkeit von größer 10 kHz für das Fügen von Mischverbindungen. Der Anwender erhält ein breites Parameterfeld zur Manipulation der Phasenausbildung und eine integrierte Prozessüberwachung. Gemeinsam mit den Projektpartnern werden anfangs erste gangbare, 8 kW Faserdesigns erarbeitet. Parallel dazu erfolgt der Aufbau von zwei Versuchsträgern. Der erste wird mit reduzierten Spezifikationen zur Anwendungserprobung ausgeliefert und dann stufenweise aufgewertet. Die weiteren Forschungsarbeiten finden zeitgleich am zweiten Versuchsträger statt, um so Verzögerungen bei den Anwendern zu vermeiden. Zudem finden Untersuchungen zur Stabilität der neuen Faser- und Resonatordesigns statt, die dann in neue Fasergenerationen eingehen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Grundlagen zum Remotefügen von Mischverbindungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) durchgeführt. Dieses Teilvorhaben soll die Grundlagen schaffen, Mischverbindungen mit dem Laser remote fügen zu können, so dass sie die geforderten Eigenschaften erreichen. Bei den Aluminium-Kupfer Verbindungen ist dies vor allem der elektrische Widerstand. Bei den Aluminium-Stahl Verbindung ist eine genügende mechanische Festigkeit für die Unterstützung einer Klebeverbindung zu erreichen. Teilziele sind Ausbau und Verbesserung der X-Ray Diagnostik, kalibrierte, zeitaufgelöste Modellierung und Demonstrieren der kontrollierten, physikalischen Beeinflussung des Kornwachstums sowie schlussendlich Erstellen von Demonstratorteilen für die Verbundpartner. Um dieses Ziel zu erreichen umfasst der Lösungsweg im Wesentlichen drei Schritte: 1. Umfassende Diagnostik der Vorgänge während des Prozesses unter Verwendung der X-Ray-Technik, Polarisationsoptik und Spektrometer. 2. Verständnis der lokalen, absorbierten Intensitätsverteilung und des zeitlichen Verhaltens der Temperaturfelder, insbesondere der Gradienten, durch Modellierung, welche mit Experimenten kalibriert wird, sowie 3. Erarbeiten der korrekten Prozessführung, besonders bezüglich Leistungsmodulation. Gegen Projektmitte und Projektende werden dann jeweils Proben gemäß den Anforderungen der Verbundpartner erstellt und bei diesen analysiert.
Das Projekt "Teilvorhaben: Remotelaserfügen mit hochdynamischer Prozessführung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Scansonic MI GmbH durchgeführt. Hauptziel ist der Aufbau einer remotefähigen Laserbearbeitungsoptik für das Fügen von artungleichen Mischverbindungen, die eine integrierte Prozessregelung, eine hochgenaue und schnelle Positionierung mit einer hochfrequenten Leistungsmodulation vereint. Ziel ist die Demonstration einer geeigneten Systemtechnik, die so ausgerichtet ist, dass die Forschungsergebnisse nach der Projektlaufzeit in ein wirtschaftliches und industrietaugliches Produkt einfließen können. Das Teilvorhaben unterteilt sich in 5 Arbeitspakete. In dem ersten Arbeitspaket werden die allgemeinen Anforderungen an das System aufgenommen und anschließend spezifiziert, so dass am Ende ein erstes Gesamtgerätekonzept steht. Im zweiten Arbeitspaket werden die Ergebnisse aufgegriffen, die Spezifikationen des Scannersystems daraus abgeleitet und in einem ersten Bearbeitungssystem umgesetzt. Im dritten Arbeitspaket erfolgt die Umsetzung der Soft- und Hardwareplattform des Gesamtsystems um die Integration der Prozessüberwachung im Arbeitspaket vier realisieren zu können. Arbeitspaket fünf beschäftigt sich zum Ende des Vorhabens mit der Umsetzung und Anwendung der Regelstrategie insbesondere an Demonstratorbauteilen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Remotefügen mittels Lasertechnik von Mischbauverbindungen im Automobilbau" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AUDI AG durchgeführt. Das Ziel der AUDI AG zu diesem Vorhaben ist die Erforschung der Fügetechnik zur Ermöglichung des Einsatzes von leichtbaurelevanten Mischverbindungen für den Automobilbau. Mischverbindungen, bei denen unterschiedliche Werkstoffe miteinander gefügt werden, haben im Bereich des automobilen Leichtbaus zukünftig eine große Bedeutung. Insbesondere in den elektrifizierten Antriebssystemen wird diese Verbindungsform eine wichtige Rolle einnehmen. Die Herausforderung liegt dabei in der Erforschung der Fügeverfahren für einen großserientauglichen Einsatz. Arbeitspaket 1: Laserstrahlvermessung und -diagnostik des eingesetzten Lasersystems mit dem jeweiligen optischen Bearbeitungssystems zur Sicherstellung der prozessualen Randbedingungen und Qualität der Fügeverbindungen. Arbeitspaket 2: Materialbereitstellung und Erstellung der Probengeometrie für die Remoteschweißversuche. Die Verifizierung der erarbeiteten Ergebnisse wird an Untersuchungen an komplexen 3D-Geometiren durchgeführt. Arbeitspaket 3: Grundlagenuntersuchung zur Schweißbarkeit von Mischbauverbindungen. Hierbei werden schwerpunktmäßig Aluminium-Kupfer-Verbindungen für die Batteriesysteme und Aluminium-Stahl-Verbindungen zur Bauteilfixierung untersucht. Arbeitspaket 4: Durchführung von Prüf- und Beurteilungsprogramm der Mischverbindungen, insbesondere die Betrachtung von Übergangswiderständen der Aluminium-Kupferverbindungen und der Verbindungsfestigkeit der Aluminium-Stahlverbindung. Arbeitspaket 5: Verbundkoordination.
Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung hochleistungsstabiler dotierter Quarzgläser und Fasern auf Basis der Pulver-Sinter-Technologie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Photonische Technologien e.V. durchgeführt. 1. Vorhabensziel: Für die speziellen Anforderungen des Leichtbaus sollen Laserfasern auf der Basis alternativer Erstellungsverfahren, vorrangig der Pulver-Sinter-Technologie (REPUSIL-Technologie) und gegebenenfalls der MCVD-Gasphasentechnologie, mit definiertem Eigenschaftsprofil realisiert werden. Diese neuartigen Fasern lassen sich mit etablierten Verfahren wie der MCVD-Technologie nicht, bzw. nur mit eingeschränktem Eigenschaftsprofil erstellen. Das neue Eigenschaftsprofil umfasst Fasern mit bis zu 100 Mikro m Kerndurchmesser, geringer Numerischer Apertur (0.06), höchster Kernhomogenität (Delta n 0,2-10-4), definierter Brechzahlstruktur, niedriger Dämpfung und nicht zuletzt einer hohen Langzeitstabilität bis in den Leistungsbereich von 8 kW. Diese grundlegenden Untersuchungen sollen direkt an den Industriepartner Heraeus überführt werden, welcher dann im industrierelevanten Maßstab diese Fasern verfügbar macht. 2. Arbeitsplanung: Nach der Simulation der Faserparameter schließt sich die Untersuchung der verschiedenen Materialtypen, vorrangig nach dem Pulver-Sinter- Verfahren (REPUSIL-Technologie), für die Realisierung von zwei Varianten von Laserfasern an. Aus diesen Materialien werden Laserfasern erstellt und umfassend in Bezug auf Dämpfung, Brechzahl, Brechzahlhomogenität, mechanische Spannung und Photodarkening /Degradation untersucht. Schließlich werden spezielle Fasercoatings appliziert, welche eine bessere Wärmeleitung erwarten lassen.
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