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Laseranwendungen

Laseranwendungen Aus den Eigenschaften der Laserstrahlung ergeben sich die verschiedensten Anwendungsmöglichkeiten: Anwendungen in der Technik Anwendungen im Alltag Anwendungen in der Technik Fertigungstechnik In der Fertigungstechnik macht man sich beim Bearbeiten verschiedener Materialien vor allem die hohe Leistungsdichte und die sehr starke Bündelung des Laserstrahls zunutze. Damit wird ein punktgenaues Bearbeiten der Werkstücke zum Beispiel beim Schweißen, Schneiden, Bohren, Löten oder Abtragen möglich. Eingesetzt werden dafür Laser mit Leistungen bis in den Kilowattbereich. Messtechnik In der Messtechnik werden Laser geringer Leistung für hochpräzises berührungsfreies Messen eingesetzt. Die Anwendungsgebiete sind sehr vielfältig: Messung von Entfernungen, Geschwindigkeiten, Materialdicken, Oberflächenprofilen, Abweichungen von vorgegebenen Führungslinien (zum Beispiel beim Tunnelbau) und so weiter. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Kohärenz der verwendeten Strahlung . Spektroskopie Eine sehr spezielle Anwendung in der Forschung und in der chemischen Analytik ist die Spektroskopie. Dabei werden Stoffe und Stoffgemische aufgrund ihrer unterschiedlichen Strahlungsabsorption charakterisiert und bestimmt. Hierfür werden bevorzugt Farbstofflaser eingesetzt. Diese enthalten in Alkohol oder Wasser gelöste organische Farbstoffe. Sie sind je nach verwendetem Farbstoff in einem größeren Wellenlängenbereich "durchstimmbar". Mit unterschiedlichen Farbstoffen kann dabei ein Wellenlängenbereich von 300 bis 1200 Nanometer (das heißt vom UV -Bereich über das sichtbare Licht bis in den Infrarotbereich) abgedeckt werden. Hologramme Für die Herstellung von Hologrammen mit Hilfe von Laserstrahlung spielt die hohe Kohärenz des Laserlichts die wichtigste Rolle. Hologramme findet man auf EC- und Kreditkarten, aber auch als Aufkleber, Postkarten et cetera. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass beim Betrachten ein dreidimensionales Bild zu sehen ist, das sich je nach Betrachtungswinkel verändert. Die bedeutendere Anwendung der Holographie findet sich in der Messtechnik und in der Datenverarbeitung. Anwendungen im Alltag Informations- und Kommunikationstechnik Am bekanntesten ist die Verwendung von Laserstrahlung in Laserdruckern, in CD-, beziehungsweise DVD-Laufwerken oder in Laserscannern, zum Bespiel bei der Warenerfassung an Kassen. In diesem Bereich werden häufig Halbleiterlaser, auch als Diodenlaser bezeichnet, eingesetzt. Die besonderen Vorteile der Halbleiterlaser bestehen in der direkten Anregung des Lasermediums durch elektrischen Strom, der guten Modulierbarkeit (das heißt man kann mit dem Laserstrahl sehr gut und sehr schnell Daten übertragen), einem relativ hohen Wirkungsgrad (das heißt die eingesetzte Energie wird zu einem relativ hohen Prozentsatz in Laserlicht umgesetzt extrem geringen Abmessungen, Robustheit und relativ langer Lebensdauer. Bei der Datenübertragung macht man sich neben der guten Modulierbarkeit der Laserstrahlung die Tatsache zunutze, dass die Strahlung sehr gut in Glasfaserkabeln weiterzuleiten ist. Laserpointer Laserpointer sind allgegenwärtig als handlicher optischer Zeigestab bei Präsentationen. Handelsübliche Laserpointer emittieren in den meisten Fällen sichtbares Licht der Farben Rot (Wellenlängen 630 nm – 780 nm), Grün (meist 532 nm) oder Blau (Wellenlängen 400 – 490 nm). Laserpointer als Verbraucherprodukte gehören in der Regel den niedrigen Laserklassen 1 oder 2 an. Auf entsprechende Kennzeichnung sollte geachtet werden. Auch für diese Laser gilt jedoch: Den Strahl nicht auf die Augen richten, beziehungsweise nicht in den Strahl schauen! Lasershow Lasershows erfreuen sich großer Beliebtheit in der Werbung und in der Unterhaltungsbranche. Mit Lasern können bewegte Muster und Bilder auf Wände projiziert werden. In Diskotheken werden bei Lasershows Laserstrahlen in den Raum projiziert und dadurch faszinierende Effekte erzeugt. Um die Besucher nicht zu gefährden, ist die Einhaltung der Sicherheitsvorschriften (siehe Schutzmaßnahmen ) besonders wichtig. Stand: 14.03.2024

DECOR: Der Einfluss der Dynamik auf die Zusammensetzung und den Transport von klimarelevanten Spurenstoffen in der extratropischen oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Das Projekt "DECOR: Der Einfluss der Dynamik auf die Zusammensetzung und den Transport von klimarelevanten Spurenstoffen in der extratropischen oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. durchgeführt. Die Quantifizierung der Effekte von Transport, Mischung und chemischer Prozessierung von klimarelevanten Spurengasen in der extratropischen oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) ist von großer Bedeutung für das Verständnis des Strahlungsbudgets der Atmosphäre. Dynamische Systeme wie der Jetstream, der Asiatische Monsun, Schwere- und Rossbywellen verändern die Verteilung und den Transport von Spurenstoffen in der UTLS und beeinflussen dadurch das Klima. Ziel des Projektes ist es die Veränderung der Zusammensetzung und des Transports in der UTLS durch diese dynamischen Systeme zu untersuchen. Ein spezifischer Fokus liegt hierbei auf den Spurengasen H2O, O3, Stickoxid- und Halogenverbindungen sowie Zirren. Zu diesem Zweck wird das Atmosphärische chemische Ionisations-Massenspektrometer AIMS und das durchstimmbare Diodenlaser Hygrometer WARAN bei WISE eingesetzt. Erfolgreiche erste Messungen wurden bereits während der Kampagnen TACTS/ESMVal, ML-CIRRUS und POLSTRACC/GW-Cycle/SALSA durchgeführt. Der Nachweis mit dem Reagenzien SF5- wurde bislang zur Messung der Spurengase HCl, HNO3, SO2 und HONO verwendet. In diesem Projekt schlagen wir den quantitativen Nachweis von ClONO2 und HBr mit AIMS als Weiterentwicklung vor. Im Rahmen der WISE Mission liegt der Fokus auf der quantitativen Bestimmung der Beiträge von stratosphärischem O3 und HNO3 in der UTLS abgeleitet aus dem stratosphärischen Tracer HCl. Transportprozesse und ihr Einfluss auf die Inversionsschicht der Tropopause (TIL) werden in Abhängigkeit von Breite und dynamischer Situation untersucht . Tracer-Tracer Korrelationen in der extratropischen Tropopausen Schicht werden eingesetzt um den Mischungszustand in und oberhalb dieser Schicht zu charakterisieren. Unsere in-situ Messungen werden zur Validierung der Fernerkundungsinstrumente GLORIA (HNO3, ClONO2, H2O und SO2), DOAS (HONO, Bry) und WALES (H2O) herangezogen. Der Einfluss von Eiswolken und kaltem Aerosol auf die Spurengaszusammen in der polaren UTLS wird mit Daten der Mission POLSTRACC bestimmt. Die Aufnahme von HNO3 in Eis und die Bildung von kondensierten Salpetersäure/Wasser Kondensaten ist bei tiefen Temperaturen unzureichend verstanden. Diese Fragestellungen werden aus Messungen von Wasser, gasförmiger HNO3 und HNO3 in Eispartikeln beantwortet. Tracer-tracer Korrelationen der Chlor- und Stickoxidverbindungen werden benutzt um die Verteilung von Chloraktivierung und De- und Nitrifizierung zu bestimmen. Unsere Messungen dienen dazu das Verständnis des Einflusses dynamischer und heterogener chemischer Prozesse auf die Verteilung klimarelevanter Spurengase in der UTLS zu verbessern.

Strahlformung und Prozesskontrolle blauer Diodenlaser im kW Leistungsbereich für das Lasersintern von keramischen Materialien zur Herstellung von Festkörper-Batteriezellen

Das Projekt "Strahlformung und Prozesskontrolle blauer Diodenlaser im kW Leistungsbereich für das Lasersintern von keramischen Materialien zur Herstellung von Festkörper-Batteriezellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DILAS Diodenlaser GmbH durchgeführt. In diesem Teilvorhaben der Dilas GmbH sollen (fasergekoppelte) Diodenlaser-Strahlquellen im Bereich 450nm auf Barrenbasis in zwei Leistungsklassen entwickelt und realisiert werden. Diese werden dann beim Projektpartner ILT in einem skalierbaren Lasersinterprozess zur Herstellung von Festkörperbatteriezellen eingesetzt. Der Schwerpunkt der F&E Tätigkeiten im Teilvorhaben liegt neben der Anpassung eines bestehenden Laserdesigns an neu verfügbare, verbesserte Barrenstrukturen, dessen Skalierung in den Kilowatt Leistungsbereich sowie der Erhöhung des TRL des Gesamtsystems auf TRL6, in der Integration eines Monitoring- und Kontrollsystems in die Bearbeitungsoptik. Für die beiden Lasersysteme wird eine (motorgesteuerte Zoom-) Strahlformungsoptik für 450nm realisiert, um eine variable, an die Applikation angepasste, homogenisierte Linie von ca. 20-80 mm zu erzeugen. In einer ersten Stufe wird ein 500W cw System (Halbzeitmeilenstein 3 in Monat 18) mit Strahlformungsoptik (Erzeugung der homogenen Linie) für erste Versuche bei den Partnern zur Verfügung gestellt. Die zweite Ausbaustufe ist für Monat 30 (Meilenstein 5) vorgesehen mit der Übergabe eines Lasersystem größer als 1kW und integrierter Sensorik von Partner NIT und Bearbeitungsoptik geplant. Die Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der blauen Diodenlaserstrahlquellen inkl. der Glasfaser, sowie eine Steigerung der Gesamteffizienz durch Arbeiten nahe am Effizienzmaximum (Reduktion des CO2 footprint) sind weitere Schwerpunkte im Vorhaben.

LASIBAT- Strahlformung und Prozesskontrolle blauer Diodenlaser im kW Leistungsbereich für das Lasersintern von keramischen Materialien zur Herstellung von Festkörper-Batteriezellen

Das Projekt "LASIBAT- Strahlformung und Prozesskontrolle blauer Diodenlaser im kW Leistungsbereich für das Lasersintern von keramischen Materialien zur Herstellung von Festkörper-Batteriezellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DILAS Diodenlaser GmbH durchgeführt. In diesem Teilvorhaben der Dilas GmbH sollen (fasergekoppelte) Diodenlaser-Strahlquellen im Bereich 450nm auf Barrenbasis in zwei Leistungsklassen entwickelt und realisiert werden. Diese werden dann beim Projektpartner ILT in einem skalierbaren Lasersinterprozess zur Herstellung von Festkörperbatteriezellen eingesetzt. Der Schwerpunkt der F&E Tätigkeiten im Teilvorhaben liegt neben der Anpassung eines bestehenden Laserdesigns an neu verfügbare, verbesserte Barrenstrukturen, dessen Skalierung in den Kilowatt Leistungsbereich sowie der Erhöhung des TRL des Gesamtsystems auf TRL6, in der Integration eines Monitoring- und Kontrollsystems in die Bearbeitungsoptik. Für die beiden Lasersysteme wird eine (motorgesteuerte Zoom-) Strahlformungsoptik für 450nm realisiert, um eine variable, an die Applikation angepasste, homogenisierte Linie von ca. 20-80 mm zu erzeugen. In einer ersten Stufe wird ein 500W cw System (Halbzeitmeilenstein 3 in Monat 18) mit Strahlformungsoptik (Erzeugung der homogenen Linie) für erste Versuche bei den Partnern zur Verfügung gestellt. Die zweite Ausbaustufe ist für Monat 30 (Meilenstein 5) vorgesehen mit der Übergabe eines Lasersystem größer als 1kW und integrierter Sensorik von Partner NIT und Bearbeitungsoptik geplant. Die Erhöhung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit der blauen Diodenlaserstrahlquellen inkl. der Glasfaser, sowie eine Steigerung der Gesamteffizienz durch Arbeiten nahe am Effizienzmaximum (Reduktion des CO2 footprint) sind weitere Schwerpunkte im Vorhaben.

Teilvorhaben: Erforschung und Realisierung eines wirkungsgradoptimierten 2kW Diodenlasersystems bei 880nm zur Bearbeitung von Al Werkstoffen

Das Projekt "Teilvorhaben: Erforschung und Realisierung eines wirkungsgradoptimierten 2kW Diodenlasersystems bei 880nm zur Bearbeitung von Al Werkstoffen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DILAS Diodenlaser GmbH durchgeführt. Das im Rahmen des vom BMWK geförderten Technologietransfer-Programms Leichtbau beantragte Verbundprojekt RESILIENT bündelt Kompetenzen aus den Bereichen Software, Design, Anlagenbau, Umweltbilanzierung und Fertigungstechnologie, um automatisiert ressourcenschonende Fertigungsrouten zu entwickeln. Das konsequente Sichtbarmachen, Bewerten und Anpassen von Prozesspfaden ermöglicht das Neudenken der Konstruktion und Fertigung von Bauteilen für den ressourcenschonenden Leichtbau. In Leichtbauanwendungen wird häufig Aluminium genutzt, da in vielen Fällen das Verhältnis von Gewicht zu mechanischen Eigenschaften im Vergleich zu Stahl besser ist und die Bearbeitung von Aluminium weniger Energie benötigt. Noch größere Einsparungen bei den Bauteilmassen und den für die Fertigung aufgewendeten Ressourcen, Energien und Emissionen werden möglich, wenn die spezifischen Anforderungen bereits im Design- und Konstruktionsprozess definiert und berücksichtigt werden. Dazu gehört die Kenntnis über die vorhandenen Technologien und ihre Umweltwirkungen, nicht zuletzt auch bei den Konstrukteuren in der Industrie. Die Nutzung laserbasierter Fertigungsverfahren senkt maßgeblich den Energie- und Ressourcenbedarf sowie die Emissionen entlang der gesamten Wertschöpfungskette von Bauteilen und reduziert gleichzeitig das Bauteilgewicht. Im Projekt werden die konventionellen Prozessketten hinsichtlich ihres Ressourcenverbrauchs und ihres Energiebedarfs sowie CO2-Fußabdrucks ganzheitlich ausgewertet und laserbasierte Technologien wie das Laserschneiden, -schweißen und -auftragschweißen integriert. Durch die Anordnung der Technologien in einem Prozessnetz und die Berücksichtigung von umweltrelevanten Kennzahlen wird ein softwarebasiertes Auswahltool geschaffen, das Konstrukteure bereits bei der Bauteilentwicklung im Transfer neuer Technologien unterstützt. Neue Konstruktionsrichtlinien gestatten in Zukunft eine bewusstere Abwägung zwischen Kosten und nachhaltigem Design.

Vorhaben: Modularer Dioden-Linienlaser im blauen Spektralbereich mit 4 kW Ausgangsleistung zur Fouling-Entfernung unter Wasser

Das Projekt "Vorhaben: Modularer Dioden-Linienlaser im blauen Spektralbereich mit 4 kW Ausgangsleistung zur Fouling-Entfernung unter Wasser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH durchgeführt. Nach wie vor wird in der Seeschifffahrt dringend nach Verfahren zur Foulingbekämpfung gesucht. Blaue Laserstrahlung bietet die Möglichkeit, durch die letale Schädigung der Organismen in marinem Bewuchs eine Option für diese Aufgabe zu sein. Nachdem die prinzipielle Wirksamkeit einer Bestrahlung von Fouling unter Wasser durch blaue Laserstrahlung zur Fouling Entfernung im Forschungsvorhaben 'FoulLas' belegt wurde, wird mit dem Folgevorhaben 'FoulLas²' das Ziel verfolgt, die gewonnenen Erkenntnisse vom Labormaßstab in ein anwendungsfähiges System zu überführen. Die Schlüsselaufgaben in diesem Forschungsvorhaben liegen in der Kombination der Strahlquelle mit einer mobilen Plattform, wobei die Strahlquelle bezüglich Bestrahlungsbreite und Laserleistung auf ausreichend hohe Flächenleistungen skalierbar ist. Im Teilvorhaben Modularer Dioden-Linienlaser im blauen Spektralbereich mit 4 kW Ausgangsleistung zur Fouling-Entfernung unter Wasser wird daher ein modularer Linienlaser entwickelt und aufgebaut. Dieser Linienlaser wird kein fasergekoppelter Diodenlaser, sondern ein Direktstrahler. Das Laserlicht aus den Diodenlasern wird durch geeignete Optiken direkt auf die zu bestrahlende Fläche geführt. Die Diodenlaser selbst werden in den Modulen so angeordnet, dass sich ein linienförmiger Fokus ergibt. Jedes Modul bestrahlt eine Breite von 200 mm und liefert eine optische Leistung bis zu 4 kW. Durch die Ausgestaltung von Gehäuse und den Anschlüssen der Versorgungsleitungen können Module zu großen Linienlängen kombiniert werden, wobei sich der linienförmige Fokus nahtlos fortsetzt. Dieses Konzept ermöglicht eine Skalierung von Linienbreite und Laserleistung ohne die Einschränkungen, die ein fasergekoppelter Aufbau hat. Neben der Entwicklung des eigentlichen Direktstrahlermoduls sind die Integration dieses Moduls in die erforderliche Systemtechnik, wie Steuerung und Versorgung, sowie die Adaption an die Handhabungseinheit Hauptaktivitäten in diesem Teilvorhaben.

Untersuchung von organischer Bodensubstanz und Bodengasen mit laserspektroskopischer in-situ Meßtechnik

Das Projekt "Untersuchung von organischer Bodensubstanz und Bodengasen mit laserspektroskopischer in-situ Meßtechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Potsdam, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie durchgeführt. In dem geplanten Vorhaben werden vorrangig drei Ziele verfolgt: 1. Aufbau und Inbetriebnahme einer Anlage zur Untersuchung von Böden mit einem laserspektroskopischen Meßsystem zur optischen Charakterisierung der organischen Bodensubstanz und zur isotopenselektiven Bodengas-Bestimmung mit durch stimmbaren Diodenlasern im Nahinfrarot Spektralbereich. 2. Untersuchung der Humus-Eigenschaften und dem Einfluß variierender CO2-Konzentrationen in der Bodenluft. Dazu werden CO2-Inkubationsexperimente in einer Bodenkammer durchgeführt und die Humus-Stabilität unter Berücksichtigung chemischer, mikrobiologischer und pflanzlicher Gegebenheiten untersucht. 3. Im Rahmen interdisziplinärer Kooperationsvorhaben mit Arbeitsgruppen innerhalb und außerhalb des Schwerpunktprogramms werden Bodenproben untersucht, die z.B. aus Freilandexperimenten mit erhöhten atmosphärischen CO2-Konzentrationen stammen. Der Humus/Bodengas-Monitor als leistungsfähiges Meßsystem zur Humus-Charakterisierung wird in das Schwerpunktprogramm eingebracht, weiterentwickelt und auch anderen Arbeitsgruppen für Labor- und Freilandexperimente zur Verfügung gestellt.

LASIBAT- Strahlformung und Prozesskontrolle blauer Diodenlaser im kW Leistungsbereich für das Lasersintern von keramischen Materialien zur Herstellung von Festkörper-Batteriezellen

Das Projekt "LASIBAT- Strahlformung und Prozesskontrolle blauer Diodenlaser im kW Leistungsbereich für das Lasersintern von keramischen Materialien zur Herstellung von Festkörper-Batteriezellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Lasertechnik durchgeführt. Das übergeordnete Ziel des Teilvorhabens ist die signifikante Steigerung der Energiedichte, der Zelleffizienz sowie der Anzahl der Ladezyklen von oxidbasierten Festkörperbatterien durch innovative, laserbasierte Herstellungsverfahren in der Batterietechnologie. Der Ansatz beruht auf der Entwicklung von Laserverfahren für die thermische Funktionalisierung der Mischkathode und des keramischen Festelektrolyten unter Nutzung blauer Laserstrahlung. Durch die tiefenselektive Sinterung können neuartige Materialkombinationen realisiert werden, welche nicht nur das Potential zu einer signifikanten Leistungssteigerung der Batteriezelle bieten, sondern auch mit klassischen Herstellungsverfahren nicht hergestellt werden können.

Teilprojekt C: Raman-Messsystem zur ortsspezifischen Bodenanalytik

Das Projekt "Teilprojekt C: Raman-Messsystem zur ortsspezifischen Bodenanalytik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik im Forschungsverbund Berlin e.V. durchgeführt. Das Vorhaben Raman Messsystem zur ortsspezifischen Bodenanalytik (RaMBo3) zielt in der dritten Projektphase auf die Anwendung eines in den vorhergehenden Projektphasen entwickelten feldtauglichen, portablen und robusten Diodenlaser-basierten Shifted Excitation Raman Difference Spectroscopy (SERDS)-Messsystems ab. Dieses wird unter realen Umweltbedingungen getestet und in ein integriertes Gesamtmesssystem zum ortsspezifischen Management der Bodenfruchtbarkeit (Gesamtprojekt I4S) eingesetzt. Es werden unter Feldbedingungen Vor-Ort Raman-Messungen durchgeführt.

Teilvorhaben: Prozesssystemtechnik

Das Projekt "Teilvorhaben: Prozesssystemtechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH durchgeführt. Ein effizienter Umgang mit Ressourcen bildet aufgrund von steigenden Rohstoff- und Energiekosten die Grundlage für nachhaltiges erfolgreiches Wirtschaften. Da energiesparende Produkte und Prozesse häufig mit Mehrkosten bei den Investitionen verbunden sind, liegt die Schwierigkeit für darin wirtschaftliche Anforderungen und den Einsatz energieeffizienter Lösungen in Einklang zu bringen. Hauptansatzpunkte zur Steigerung der Effizienz ist die Erarbeitung eines hybriden flexiblen robotergestützten 3D-Multiprozess-Fertigungssystem (3D-MFS) mit niedrigerem Energiebedarf für die endkonturnahe Fertigung und Beschichtung von komplexen Bauteilen. Hierzu sollen seitens Laserline verschiedene Einsparpotentiale durch folgende innovative Lösungsansätze genutzt und ergänzt werden: - Auslegung und Effizienzsteigerung der Laserstrahlquelle (u.a. Strahlqualität, Optische Materialien, Konzept Strahlerzeugung) für den Prozess des Laser-Draht-Auftragschweißen (LDA) - Integrierbarkeit in eine Roboterzelle (Anpassung der Prozesssystemtechnik an die Umgebungsbedingungen, Sicherstellung der notwendigen Robustheit und Langzeitstabilität) - Steigerung der Aufbaurate und der Prozesseffizienz durch Einsatz des koaxialen Laser-Draht-Auftragschweißen (LDA) mit Heißdraht.

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