Problemmüll in Griff Laserschweißen schafft für Batteriemüll sichere Container aus Glas

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Am Laser Zentrum Hannover (LZH) weiß man, dass der zunehmende Einsatz von Elektrofahrzeugen auch die Menge der zu entsorgenden Batteriematerialien ansteigen lässt. Das kann man aber per Laser managen ...

Mit zunehmender Elektromobilität wächst auch der Bedarf nach sicherer und dauerhafter Lagerung von Batteriematerialien und chemischen Industrieabfällen, sagen die Laserexperten aus Hannover. Bestimmte Abfälle erforderten dabei auch die Endlagerung in sogenannten Kategorie-IV-Deponien, weil jene besonders hohen Anforderungen an Behälter genügten. Diese müssen dabei nicht zuletzt Umweltschutz, sichere Handhabung und Langzeitstabilität gleichermaßen gewährleisten. Glas ist dafür ein vielversprechender Werkstoff, heißt es weiter. Denn es ist außergewöhnlich chemisch resistent und eignet sich auch als dickwandiger Container besonders gut dafür, gefährliche Substanzen sicher aufzubewahren. Besonders interessant seien Glascontainer auch für mögliche neue Recyclingmethoden der Zukunft. Denn weil die eingelagerten Reststoffe mit dem Containermaterial nicht reagieren, können sie aus diesen einfach herausgeholt und zurückgewonnen werden, wie man betont.

Kontinuierliche Schweißnaht ohne Mikrospalte erreicht

Bisher jedoch werden diese Glascontainer hauptsächlich über thermische Gasverfahren hergestellt. Unkontrollierter Wärmeeintrag, hohe Eigenspannungen und eingeschränkte Automatisierbarkeit begrenzen jedoch die Tauglichkeit dieser üblichen Methode. Aber das Laserschweißen stehe für hohe Verarbeitungsgeschwindigkeiten und habe ausgezeichnetes Potenzial für die Automatisierung. Dafür setzten die Forscher nun einen CO₂-Laser als primäre Laserquelle ein. Normalerweise hat dieser eine Wellenlänge von 10,6 Mikrometer, was eine geringe optische Eindringtiefe von wenigen Mikrometern ergibt. In Kombination mit der niedrigen Wärmeleitfähigkeit von Silikatglas führe das üblicherweise dazu, dass das Glasteil unvollständig durchgeschweißt werde. Wie man aber zeigen konnte, ist es mit einer einzigen CO₂-Laserquelle möglich, beide Schweißpartner gleichzeitig zu erwärmen, um geschlossene Glascontainer herzustellen. Dabei erreichte man eine kontinuierliche Schweißnaht ohne Mikrospalte oder Hohlräume über die gesamte Dicke des fünf Millimeter dicken Flachglases.

Glascontainerherstellung ohne komplexe Handlingsysteme

Außerdem bleibe trotz der Wärme des Laserstrahls die mechanische Festigkeit erhalten, was Spannungstests an den Proben nach zweiwöchiger Lagerung bewiesen hätten. Das Verfahren ist einzigartig, denn der Deckel des Containers sinkt während der Bearbeitung durch die Schwerkraft von allein auf die richtige Position. Komplexe Handlingsysteme oder Spannvorrichtungen werden dadurch überflüssig, wie die Forscher betonen. Die Wissenschaftler arbeiten nun an einer weiteren Anpassung der Kantengeometrien der Flachgläser. Sie wollen beispielsweise die Reibung während des Schweißprozesses weiter reduzieren und die Bildung von Ausstülpungen und Kerben an der Verbindungsstelle minimieren, wie man abschließend erfährt.

Das zugrunde liegende Projekt mit dem Titel „Neuartige Fertigungstechnologie zur Herstellung laserverschweißter Glashohlkörper zur Reststofflagerung“ („LasGlaReLa“) wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unter dem Förderkennzeichen VN-KK5111715 unterstützt. Projektpartner waren die TU Bergakademie Freiberg und die Glasbiegerei Pfaltz e.K..

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