Forschung & Entwicklung

Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern ermöglicht auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient herzustellen.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im Auto, über die Signal- und Steuerströme fließen. Bisher entstehen diese Kontaktteile zum Beispiel bei Kostal Kontakt Systeme in Lüdenscheid im klassischen Stanz-Biege-Prozess. Das altbewährte mechanische Verfahren stößt jedoch zunehmend an seine Grenzen, denn gefragt sind wegen der gesteigerten Anzahl an Verbindungselementen deutlich kleinere Steckverbinder, deren Kontakteile im Zuge der Miniaturisierung immer filigranere Strukturen aufweisen.

Insbesondere bei der Erzeugung von Kontaktierungsbereichen mit mehreren unabhängig voneinander federnden Kontaktpunkten auf kleinstem Bauraum eröffnet das Laserschneiden bislang nicht zu realisierende Designoptionen. Dabei stützt die Redundanz der Kontaktpunkte die gerade in der Signalübertragung trotz kleinster Kontaktsysteme geforderte elektrische Robustheit.

Eine weitere Ergänzung ist das Wendelbohren mit Ultrakurzpulslasern (UKP-Lasern): Das patentierte Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT hat sich bereits bei Präzisionsmikrobohrungen mit großem Aspektverhältnis in Stahl, Glas und Keramik bewährt. Für das Wendelbohren spricht die Präzision: Der Fokusdurchmesser beträgt 25 µm – bei einer Rauheit Ra an den Bohrlochwänden von weniger als 0,5 µm. Die hohe Qualität wird aber nur bei geringer Prozessgeschwindigkeit erreicht.

Doch lässt sich das bewährte Verfahren auch zum Schneiden von Blechteilen einsetzen? Wie lässt sich die Prozessgeschwindigkeit erhöhen, damit es auch für die Serienproduktion infrage kommt? Unter dieser Fragestellung starteten Kostal und das Fraunhofer ILT mit Amphos und Pulsar Photonics aus Herzogenrath das Verbundprojekt ScanCut, das mit Mitteln des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung EFRE und des Landes NRW gefördert im Februar 2020 abgeschlossen wurde. „Im Projekt setzten wir 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.

Bei Amphos wurde eine HighPower-Strahlquelle basierend auf der InnoSlab Technologie, mit einer Ausgangsleistung von 300 W bei einer Pulsenergie von 3 mJ entwickelt. Die hohe Pulsenergie ist nötig bei einer Teilung des Laserstrahls auf bis zu 20 Einzelstrahlen. Doch zunächst untersuchten die Projektpartner bei Tests mit zwei- bis sechsfacher Strahlteilung, ob der Multistrahlansatz funktioniert.

In einem Folgeprojekt wollen Pulsar Photonics und das Fraunhofer ILT die Wendelschneidtechnologie mit Multistrahlansatz weiterentwickeln, auch die im Projekt gewonnen Erkenntnisse zur Entwicklung von HighPower-Strahlquellen werden zum Ausbau des Portfolios von Amphos eingesetzt.

Besonderes Augenmerk legten die Projektpartner auf die Automatisierbarkeit. „Wir haben elektrisch verstellbare Spiegel- und Optikhalter implementiert, um automatische Strahllagenjustage zu ermöglichen“, sagt Schnabel. Nun ließe sich dank einer programmierten Softwareroutine die Justage der Wendelbohroptik per Knopfdruck starten, ohne dass ein Mitarbeiter anreisen müsse.

von mn

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