Das Projekt "Teilvorhaben: Hocheffiziente Konversion von Diodenlaserstrahlung für die Produktion" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Laserline Gesellschaft für Entwicklung und Vertrieb von Diodenlasern mbH durchgeführt. Das Teilvorhaben soll dem Verbund und darüber hinaus zukünftig dem deutschen Maschinenbau eine neue besonders kosten- und energieeffiziente Strahlquelle für die Materialbearbeitung zur Seite stellen. Dabei soll der Wirkungsgrad der aktuellen Generation von Hochleistungslasern mit 6 kW und guter Strahlqualität von ungefähr 28 % auf Werte von 45% bis 50% angehoben. Ziel ist durch den besonders hochintegrierten Lösungsansatz eine einzigartige Kostenstruktur zu schaffen die ein äußerst nachhaltiges Wirtschaften in Deutschland ermöglicht. Investitionen in Klimaschutz und Energieeffizienz machen Unternehmen zukunfts- und wettbewerbsfähiger für die Produktion von Morgen. Bei erfolgreichen technischen Resultaten und schneller Verwertung kann ein wichtiger Beitrag zum Ausbau der Führungsposition der deutschen Photonik geleistet werden. Die Arbeiten und Ziele des Teilvorhabens der Laserline GmbH sind den Gesamtverbundzielen nahezu gleichgesetzt. Ziel ist die Entwicklung gangbarer Faserdesigns zur Umsetzung von hocheffizienten 6 kW Lasersystemen mit guter Strahlqualität. Ziel ist dabei eine 'kalte' Pumpanordnung die bisher nur brillanten und kostspieligen Lasern vorbehalten war. Sie wird ermöglicht durch die Sintermaterialklasse. Parallel dazu erfolgt die Verbesserung der Laserdioden-Wärmesenke. Hierbei soll durch neue Kühlkonzepte eine Steigerung der Kühlanbindung um 33% erreicht und die Diode auf 70% Effizienz gesteigert werden. Nebenher wird auch eine Optimierung der Netzteileffizienz vorangetrieben. Ziel ist der Aufbau von zwei Versuchsträgern. Der erste Laser wird bereits in Quartal 4, mit zum Teil noch reduzierten Spezifikationen, zur Anwendungserprobung an den Anwender ausgeliefert. Dieser wird dann stufenweise auf den neusten Entwicklungstand gebracht bei Bedarf ausgetauscht. In Quartal 6 steht bereits der Meilensteinlaser zur Auslieferung an. Die Ergebnisse aus den Anwendungen und den Versuchsträgern fließen kontinuierlich in die Faser- und Laserentwicklung ein.
Das Projekt "Teilvorhaben: Realisierung und Erforschung der Materialeigenschaften von passiven und laseraktiven Multimode-Fasern mit großvolumigen Faserkernen für hocheffiziente Konverterlaser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des EKOLAS-Projektes ist die Erforschung eines hocheffizienten Konverterlasers. Das zentrale Element des Lasers ist eine Multimode-Glasfaser mit großem laseraktivem Kernvolumen, eine sogenannte XLMA (Extra Large Mode Area) Faser, die mithilfe eines Diodenlasers angeregt wird. Der laseraktive Kern der Faser besteht aus Yb-dotiertem Bulk-Quarzglas. Das primäre Ziel der Heraeus Quarzglas GmbH & Co. KG im Projekt EKOLAS ist es, die Effizienz der laseraktiven Fasern durch konsequente Reduzierung der Materialstreuung und Absenkung der Materialdämpfung bei gleichzeitig hoher Seltenerddotierung zu steigern. Hierbei sind Grunddämpfungswerte von kleiner als 10 dB/km angestrebt. Weiterhin sollen passive Übertragungsfasern realisiert werden, die im Design auf die laseraktive XLMA-Faser abgestimmt sind, um die Effizienz des Konverterlasers weiter zu steigern und so einen monolithischen Faseraufbau zu gewährleisten. Derzeit gibt es keine kommerziell verfügbare Lösung für derart abgestimmte Faserdesigns. Der dritte Arbeitsschwerpunkt des Teilprojektes befasst sich mit der Materialdiagnostik. Derzeit können die eingesetzten Materialien erst zufriedenstellend am fertigen Endprodukt, nämlich der XLMA-Faser, bestimmt werden. Eine verbesserte Materialcharakterisierung soll es ermöglichen, bereits in frühen Produktionsschritten (wie z.B. im gesinterten Laserglas, in der Laserfaser-Vorform oder in den gezogenen Testfasern) die kritischen Materialparameter wie Grunddämpfung, Geometrie und Defektrate zuverlässig zu bestimmen, um so bereits in frühzeitig wenig erfolgversprechende Materialen auszusortieren. Dies erleichtert und vereinfacht die Erforschung der Materialeigenschaften dotierter Lasergläser und Laserfaservorform deutlich, da das Feedback nach Prozessänderungen schneller erfolgen kann und Projektkosten gespart werden können, die bei der Prozessierung von wenig erfolgversprechenden Materialien anfallen würden. Daher soll in Kooperation mit den Projektpartnern Fraunhofer ILT Aachen und der Firma Fiberware GmbH eine geeignete Prozessdiagnostik erarbeitet und aufgebaut werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Effizienter Konverterlaser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Lasertechnik durchgeführt. Die Entwicklung hocheffizienter, ressourcenschonender Produkte, wie hochbrillante Diodenlaser, gewinnt für die Hersteller von Konsum- und Investitionsgütern zunehmend an Bedeutung. Eine Effizienzsteigerung für die nächsten Produktgenerationen ist anzustreben. Parallel sollen die beträchtlichen Investitionskosten der Laserstrahlquelle reduziert werden. Verbesserungen im Bereich der laufenden Kosten wie auch bei den Investitionskosten steigern die Produktivität und haben eine positive Wirkung auf die Umwelt. Um das Ziel eines kostengünstigen hocheffizienten Konverterlasers zu erreichen, soll im Konsortium die Gesamteffizienz eines vorhandenen, auf XLMA Einzelfasertechnologie basierenden, Konverterlasers von kleiner als 30 % auf größer als 45 % angehoben werden. Hierzu sind Verbesserungen an allen Komponenten, von den Netzteilen, über die Pumpdioden, bis hin zu den aktiven Fasern notwendig. Zum Erreichen des Verbundzieles fokussiert das ILT die Arbeitsschwerpunkte auf die Herstellung und Charakterisierung von ausgewählter Schlüsselkomponenten, wie z.B. Faser-Bragg-Gitter, Bearbeitungsoptik sowie Messtechnik zur Qualitätssicherung und Effizienzsteigerung. AP1 Messtechnik/Diagnostik - Preform / Faserzug AP1.1 Evaluierung unterschiedlicher Messverfahren AP1.1 Aufbau / Entwicklung mind. eines Messverfahrens AP2 Fasergitter AP 2.1 Literaturrecherche - Auswertung eigener und fremder Vorarbeiten AP 2.2 Optikdesign und Konstruktion AP 2.3 Aufbau und Inbetriebnahme der Beschriftungsanlage AP 2.4-2.6 Herstellung von FBG 1.-3. Iteration AP3 Konverterlaser AP3.1 Simulation / Konverterlaserdesign AP3.1.1 Simulation - MOPA - HP Resonator AP3.1.2 Simulation - Einfluss Pumpwellenlängen auf Konverterlaserdesign AP3.2 Aufbau / Entwicklung Teststände AP3.2.1 Messplatz FBGs AP3.2.2 Messplatz aktive Fasern AP3.3 Laboraufbau eff. Konverterlaser AP4 Anwendung AP4.1 Prozessoptik AP4.2 Auslegung AP4.3 Aufbau/Integration.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung und Erprobung einer neuen Laserschweißtechnologie basierend auf Schmelzen und Verpressen der zu fügenden Teile mittels effizientem Konverterlaser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Welser Profile Deutschland GmbH durchgeführt. Ziel des Teilvorhabens ist es, die industrielle Einsatzfähigkeit der im Projekt realisierten, hocheffizienten Strahlquelle in Verbindung mit einer neuartigen Prozessoptik zu demonstrieren. Hierzu soll mit Hilfe des hocheffizienten Konverterlasers die Schweißgeschwindigkeit im Vgl. zum Laserstrahltiefschweißen mit CO2-Lasern, durch den Umstieg von der Wellenlänge 10 Mikro m auf 1 Mikro m (bessere Energieeinkopplung) und die Umsetzung des s-Polarisationsschweißens (keine Dampfkapillare) deutlich gesteigert werden. Die Aufgabenstellungen des Teilvorhabens sind zum einen durch die Entwicklung einer neuartigen Prozessoptik mit steuerbarer Leistungsdichteverteilung und definierter Polarisation bestimmt und zum anderen soll der durch die neuartige Optik aufbereitete Strahl, zur Umsetzung einer neuen Schweißtechnologie eingesetzt werden. Das Aspektverhältnis des Strahlquerschnitts wird auf die Zufuhrgeometrie von Bandkanten angepasst und diese werden tangential angeschmolzen und mittels Bandführungsvorrichtung verpresst. Ziel ist die Steigerung der Schweißgeschwindigkeit um ca. das dreifache und der Energieeffizienz um das 4,5-fache, gegenüber dem aktuellen Stand zum Laserstrahltiefschweißen mit CO2-Lasern. In den anderen Teilvorhaben wird ein neuartiges Lasersystem und dazu eine verfahrensgerechte Bearbeitungsoptik entwickelt. Welser testet diese in Rohr- und Profilschweißanlagen und fügt einen Technologieschritt hinzu. Einflussfaktoren auf die neu entwickelte Laserschweißfügetechnik aus geometrischer, physikalischer oder chemischer Sicht werden gezielt untersucht. Der Lösungsweg besteht in einer gesamtheitlichen Prozessbetrachtung, so dass die spezifischen Anforderungen des Fügeverfahrens, der Werkstück- und Materialbedingungen sowie der Einformung und industriellen Umgebung, berücksichtigt werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Untersuchungen zum Einfluss des Faserziehprozesses auf das Laserverhalten von Dickkernfasern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von fiberware Generalunternehmen für Nachrichtentechnik GmbH durchgeführt. Im Teilvorhaben wird der Einfluss der Faserziehparameter auf die Lasereffizienz der verzogenen XLMA-Dickkernfasern untersucht. Die Vorformen (Preformen) der XLMA-Dickkernfasern werden mit dem neuartigen REPULSIL-Verfahren hergestellt. Gegenüber dem MCVD-Verfahren (schichtweiser Aufbau und Dotierung der Vorform) erlaubt das REPULSIL-Verfahren die Herstellung von Vorformen mit sehr großen Dotierungsquerschnitten. Den geometrischen Abmessungen der Faservorform sind kaum Grenzen gesetzt. Durch die neue REPULSIL-Technologie ist eine andere mikroskopische Struktur gegenüber Lichtwellenleitern, deren Vorform mittels MCVD-Verfahren hergestellt wurde, zu erwarten. Ein Ziel besteht also darin, die Längshomogenität der gezogenen Faser optisch zu prüfen. Für XLMA-Dickkernlaserfaser sind eine Vielzahl von Faserzugparametern (Ziehgeschwindigkeit, Temperatur, Abzugskraft) noch unerforscht und deren Auswirkungen auf die Lasereffizienz noch nicht bekannt. Im geplanten Teilvorhaben werden daher verschiedene, innovative Diagnoseverfahren für den Faserziehprozess entwickelt. Mit dem im Teilvorhaben geplanten Diagnostikverfahren wird erstmalig die Grundlage für einer umfangreiche Datenprotokollierung in Faserziehprozessen gelegt, die wiederum einen wesentlichen Beitrag zur Qualitätssicherung und zur Betriebs- und Produktsicherheit von gezogenen XLMA-Dickkernfaser (Stichwort: Hochleistungslaser!) für nachgeschalteten Prozessketten leistet. Aufbauend auf den Diagnostikverfahren wird eine Screening-Einheit entwickelt und aufgebaut werden mit der Fehler der Faser ortsaufgelöst im Faserzug markiert werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung hocheffizienter Laserbarren für höchste Ausgangsleistung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von OSRAM Opto Semiconductors GmbH durchgeführt. Ziel des TV ist die Demonstration von Halbleiterlaserbarren, welche höchste Effizienzen mit sehr hohen Ausgangsleistungen kombinieren sollen. Mithilfe neuer Simulationsmodule sollen das Verständnis und Lösungsansätze hierfür entwickelt werden, die dem hohen thermischen Übersprechen der einzelnen Emitter von Hochfüllfaktorbarren Rechnung tragen, um so die weltweit beobachtete Effizienzbarriere bei diesen Bedingungen überwinden zu können. Grundlegend für die Arbeiten in diesem TV ist es, das physikalische Verhalten der Laserbarren bei höchsten Leistungen und Leistungsdichten in Simulationsmodulen abbilden zu können, um so die Ansatzpunkte für eine Effizienz- und Divergenzverbesserung herauszuarbeiten. Das Aufsetzen und die iterative Verifizierung und Anpassung einer geeigneten Simulationssoftware anhand von mehreren Generationen an Laserstrukturen ist daher wesentlicher Bestandteil der Arbeitspakete. Für die Steigerung der Effizienz der Laserstrukturen wird der Schichtaufbau des Wellenleiters in mehreren Iterationen signifikant geändert werden müssen, was wiederum Einfluss auf die Leistungsgrenzen des Lasers an der Facette als auch im Bulk-Material hat. Um eine ausreichende Lebensdauer gewährleisten zu können, soll der Einfluss unterschiedlicher Epitaxie-Designs auf die Leistungsgrenzen des Lasers untersucht werden. Das Chipdesign der Laser soll hinsichtlich der Barreneffizienz optimiert werden sowie Elemente zur Strahlformung entwickelt werden, mit deren Hilfe die u.a. thermisch bedingte laterale Strahlaufweitung begrenzt wird, um so die Divergenzanforderungen zu erfüllen. Neben der Bereitstellung der Leistungswerte bei der bisher nicht etablierten Wellenlänge von 1000nm müssen die Ergebnisse auch auf eine Wellenlänge von 1020nm übertragen werden, um die nötigen Gesamtleistungen im Konverterlaser zu ermöglichen.
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