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Dünnblech-Laserschneiden Laserbasiertes Wendelschneiden für filigrane Steckverbinder

| Redakteur: Peter Königsreuther

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) in Aachen und Partner haben im Rahmen des Projekts Scancut gezeigt, wie man dünne Bleche per Multistrahltechnik schneiden kann. Das sind die Vorteile:

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Erfolgreich geforscht: Das Projekt Scancut beweist, dass per Laser-Wendelschneiden filigrane Steckerbinder möglich werden, die der Automobilbranche gefallen dürften. Hier ein Blick auf eine Schnittfuge.
Erfolgreich geforscht: Das Projekt Scancut beweist, dass per Laser-Wendelschneiden filigrane Steckerbinder möglich werden, die der Automobilbranche gefallen dürften. Hier ein Blick auf eine Schnittfuge.
(Bild: Fraunhofer-ILT)

Sie sind eher unscheinbar und noch dazu winzig. Und trotzdem steht und fällt die Einsatztauglichkeit eines modernen Fahrzeugs mit ihnen. Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern, die in einem Auto heute verbaut sind. Und über sie fließen alle Signal- und Steuerströme. Bisher wurden solche Teile etwa bei der Kostal Kontakt Systeme GmbH in Lüdenscheid im klassischen Stanz-Biege-Prozess gefertigt. Doch das altbewährte mechanische Verfahren stoße zunehmend an seine dimensionalen Grenzen, weil wegen der gesteigerten Anzahl an Verbindungselementen deutlich kleinere Steckverbinder gefordert seien, deren Kontakteile im Zuge der Miniaturisierung immer filigranere Strukturen aufweisen sollen.

Steckverbinder-Weltvergrößerung mit vielen neuen Möglichkeiten

Aber eine, wie es heißt, entscheidende Ergänzung zum klassischen Stanzen von Kontakten ist nun das Ergebnis der Forschungsarbeiten des vom Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und vom Land NRW geförderten Projekts Scancut. Die Aachener haben dabei zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt. Damit können auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und wirtschaftlich gefertigt werden.

Insbesondere bei der Fertigung von Kontaktierungsbereichen mit mehreren, unabhängig voneinander federnden, Kontaktpunkten auf kleinstem Bauraum, eröffne das Laserschneiden bis dato nicht umsetzbare Designfreiheiten. Dabei stützt die Redundanz der Kontaktpunkte die besonders im Bereich der Signalübertragung trotz kleinster Kontaktsysteme geforderte elektrische Robustheit, sagen die Forscher.

Vielversprechende Basis: Wendelbohren per Laser!

Eine weitere Ergänzung ist das Wendelbohren mit Ultrakurzpulslasern (UKP-Lasern), heißt es. Denn das patentierte Verfahren des Fraunhofer-ILT hat sich bereits bei Präzisionsmikrobohrungen mit großem Aspektverhältnis in Stahl, Glas und Keramik bewährt. Für das Wendelbohren dieser Art spricht die Präzision. Denn der Fokusdurchmesser beträgt nur 25 µm – und das bei einer Rauheit Ra an den Bohrlochwänden von unter 0,5 µm. Die hohe Qualität wird aber nur bei geringer Prozessgeschwindigkeit erreicht, merken die Forscher an.

Das harmonische Zusammenspiel mit Multistrahloptik

Doch lässt sich das bewährte Verfahren auch zum Schneiden von Blechteilen einsetzen? Und wie lässt sich die Prozessgeschwindigkeit erhöhen, damit es auch für die Serienproduktion wirtschaftlich wird? Dies Fragen waren der Hintergrund, zu dem Kostal und das Fraunhofer-ILT mit der Amphos GmbH und der Pulsar Photonics GmbH aus Herzogenrath das Verbundprojekt. „Wir setzten dabei unsere Wendelbohroptik zusammen mit einem Multistrahlmodul der Pulsar Photonics GmbH und einer Highpower-Strahlquelle der Amphos GmbH ein“, erklärt Jan Schnabel, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Gruppe Mikro- und Nanostrukturierung am Fraunhofer-ILT. So ließen sich die Präzision und Qualität des Wendelbohrprozesses mit der Produktivität einer Multistrahlbearbeitung kombinieren, betont Schnabel.

Im vom ERFE geförderten Projekt Scancut wurde das Laser-Wendelschneiden mit einem Multistrahlmodul (hier bei der Arbeit) untersucht. Das Ergebnis eröffnet neue Möglichkeiten für das Schneiden dünner Metallbänder und kann als Ergänzung zum üblichen Stanzen dienen, wie es heißt.
Im vom ERFE geförderten Projekt Scancut wurde das Laser-Wendelschneiden mit einem Multistrahlmodul (hier bei der Arbeit) untersucht. Das Ergebnis eröffnet neue Möglichkeiten für das Schneiden dünner Metallbänder und kann als Ergänzung zum üblichen Stanzen dienen, wie es heißt.
(Bild: Fraunofer-ILT)

Bei der Amphos GmbH wurde dazu eine Highpower-Strahlquelle basierend auf der Innoslab Technologie mit einer Ausgangsleistung von 300 W und einer Pulsenergie von 3 mJ entwickelt. Die hohe Pulsenergie wegen der Aufteilung des Laserstrahls auf bis zu 20 Einzelstrahlen nötig, damit jeder einzelne Strahl noch genug Kraft für die Bearbeitung hat, erklärt Schnabel. Doch zunächst untersuchte man nur zwei- bis sechsfache Strahlteilungen, um zu sehen, ob die Multistrahltidee überhaupt funktioniert.

Weil die Prototypenanlage funktioniert, winkt ein Folgeprojekt

In einem Folgeprojekt wollen die Pulsar Photonics GmbH und das Fraunhofer-ILT jetzt die Wendelschneidtechnologie mit Multistrahlansatz weiterentwickeln. Auch die im Projekt gewonnen Erkenntnisse zur Entwicklung von Highpower-Strahlquellen werden dabei zum Ausbau des Portfolios der Amphos GmbH eingesetzt, heißt es.

Besonderes Augenmerk legen die Projektpartner auch auf die Automatisierbarkeit: „Wir haben elektrisch verstellbare Spiegel- und Optikhalter implementiert, um automatische Strahllagenjustage zu ermöglichen“, so Schnabel. Nun lässt sich mit einer entsprechend programmierten Software-Routine die Einstellung der Wendelbohroptik per Knopfdruck starten, ohne dass jemand eingreifen muss.

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