Forschungsbericht 2010 | 2011 - ifw Jena

Forschungsbericht 2010 | 2011

Impressum:
Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik
und Werkstoffprüfung GmbH
Verantwortlich für den Inhalt: Dr.-Ing. Sabine Sändig
Konzept & Umsetzung: Liebscher GbR, Jena
Druck: blau Druck, Gera

Forschungsbericht 2010 | 2011 Die Inhalte
Forschung braucht Kooperation 4
Das ifw – 20 Jahre erfolgreiche Forschung in der Praxis 6
Leistungsangebote der ifw-Abteilungen 9
Ausgewählte Forschungs- und Entwicklungsergebnisse 17
Laufende Forschungsvorhaben 29
Kontakte und Ansprechpartner 35
3

DAS INSTITUTS-PROFIL
Forschung braucht Kooperation
„Wissenschaft braucht Zusammenarbeit, in der sich das Wissen des einen
durch die Entdeckung des anderen bereichert.“
Diese Überzeugung des Philosophen José Ortega
y Gasset gilt heute mehr denn je. Standorte wie
der Wirtschafts- und Wissenschaftsstandort Jena
bieten ideale Voraussetzungen für interdisziplinäre
Kooperationen. In Thüringen wird Grundlagen- und
angewandte Forschung auf Spitzenniveau betrieben;
besteht ein reger Austausch zwischen Wissenschaft
und Wirtschaft. Regionale Netzwerke bieten überdurchschnittlich
viele Kontakte und Partner, um an
Herausforderungen unterschiedlichster Art heranzugehen
und auf der Basis neuester Forschungsergebnisse
gemeinsam marktfähige Produkte zu entwickeln.
Dabei zeichnet sich der Standort Jena spätestens seit
der erfolgreichen Zusammenarbeit von Ernst Abbe,
Carl Zeiss und Otto Schott, die gemeinsam die Fertigung
optischer Gläser und Instrumente revolutionierten
und damit wiederum bahnbrechende Forschungen
in der Biologie und der Medizin ermöglichten,
durch eine stark Wert schöpfende Orientierung
in der Forschung und Entwicklung aus.
Dieser Tradition hat sich auch das Jenaer Günter-
Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung
GmbH verpflichtet. Als gemeinnützige
externe Industrieforschungseinrichtung sieht sich
das ifw als Partner der Wirtschaft und insbesondere
des technologieorientierten Mittelstands Thüringens,
ganz gleich ob in traditionellen Branchen wie der
optischen Industrie, der Glas- und Keramikindustrie,
dem Maschinen- und Werkzeugbau, dem Stahl- und
Metallbau oder aber „jungen“ Branchen Thüringens
wie der Kunststoffbranche, der Medizintechnik, der
Mikrotechnik oder der Energie- und Umwelttechnik.
Überall wo fügetechnische Fragestellungen stehen,
suchen die Wissenschaftler und Techniker des ifw
nach praxisorientierten Lösungen. Dabei stellen sich
die Mitarbeiter ganz bewusst der Herausforderung,
Forschungsergebnisse gemeinsam mit den Partnern
rasch und marktorientiert umzusetzen.
Infolge eines ausgewogenen Mix aus Technologie,
Werkstoff- und Anwendungskompetenz hat sich das
ifw Jena in den 20 Jahren seines Bestehens zu einem
anerkannten Institut der anwendungsorientierten
Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der
4
Geschäftsführer
Dr.-Ing.
Sabine Sändig
Fügetechnik und Werkstofftechnik entwickelt und ist
heute ein fester Bestandteil der Thüringer Forschungslandschaft.
Kompetenzbereiche des ifw sind:
die LASERTECHNIK mit der Ausrichtung auf die Lasermaterialbearbeitung
einschließlich lasergestützter Fügeverfahren
sowie die Wasserstrahl-Trenntechnik,
die FÜGETECHNIK mit den Hauptarbeitsgebieten
Diffusionsschweißen, Löten, Wärmebehandeln und
Kleben,
die MIKROTECHNIK mit den Schwerpunkten Aufbau-
und Verbindungstechnik, Dünnschichttechnik
und Mikrostrukturierung sowie Entwicklung von
Komponenten und Technologien für die IR- und
Drucksensorik,
die SCHWEISSTECHNIK in den Bereichen schweißtechnische
Forschung, Werkstoff- und Bauteilprüfung,
Bauprüfung, Bauüberwachung, Qualitätssicherung
sowie Aus- und Weiterbildung in der Schweißtechnik
nach europäischen und international anerkannten
Richtlinien.
Gerade in der Fügetechnik sind Forschung und Anwendung
aufs Engste miteinander verfl ochten. Sie kann nicht
losgelöst von der Fertigungstechnik und den techno-
logischen Abläufen im Unternehmen betrachtet wer-
den. Das Angebot des ifw umfasst daher die unterneh-
mensbezogene Technologie- und Verfahrensberatung,
eine zielorientierte Forschung und Entwicklung, die
Erarbeitung von Anlagenkonzepten und Pilotlösungen
bis hin zu deren Implementierung im Unternehmen

einschließlich der Schulung der Mitarbeiter. Eine der
Stärken ist dabei die gute Vernetzung der verschie-
denen füge- und werkstofftechnischen Disziplinen am
ifw, die gerade bei prozess- und branchenübergreifen-
den Aufgabenstellungen zum Tragen kommt.
Auf Wunsch werden ergänzende Dienstleistungen
wie Patentrecherchen, Wettbewerbsvergleiche, die
Vorbereitung von Zulassungsverfahren oder die Be-
gleitung der Produktionseinführung und Serienferti-
gung angeboten. Außerdem hält das ifw ein breites
Leistungsspektrum in den Bereichen Analytik, Werk-
stoffprüfung und Qualitäts- und Sicherheitsmanage-
ment vor. So werden im durch das DAP akkreditierten
Prüfl abor neben der Begleitung von Prüfaufgaben für
Forschungsthemen auch Kundenaufträge zur Unter-
suchung von Schadensfällen, zur Bestimmung von
mechanisch-technologischen Parametern, zu analy-
tischen Untersuchungen und zur Zerstörungsfreien
Prüfung durchgeführt. Als korporatives Mitglied des
DVS ZERT® e. V. stellen wir geeignete und qualifi zierte
Mitarbeiter als Auditoren zur Zertifi zierung von Quali-
tätsmanagementsystemen auf der Basis des Normen-
werkes DIN EN ISO 9001:2008 bereit. Gegenwärtig
werden 45 Firmen durch Auditoren des ifw betreut.
Wissensvorsprung durch Weiterbildung. Der Unter-
nehmensstrategie des ifw liegt die enge Verfl echtung
der Profi llinien Forschung, Dienstleistung sowie Aus-
und Weiterbildung zugrunde. Das ifw bietet daher
auch ein umfangreiches Angebot an Aus- und Weiter-
bildungsprogrammen. Diese sind vordergründig da-
rauf gerichtet, aktuelle Kenntnisse aus der Forschung
an die Teilnehmer der Fortbildungsveranstaltungen,
die vornehmlich aus der mittelständischen Industrie
kommen, zu vermitteln. Neben der klassischen Ausund
Weiterbildung von Schweißern und schweißtechnischem
Personal nach den Richtlinien des Deutschen
Verbandes für Schweißen und verwandte Verfahren
e. V. (DVS) und der Europäischen und Internationalen
Verbände (EWF, IIW) werden kundenspezifi sche
Lehrgänge, Seminare und Workshops auf den Spe-
zialgebieten Mikrotechnik, Fügetechnik, Laser- und
Wasserstrahltechnik erarbeitet und angeboten. Unsere
Angebote sind im jährlich aktualisierten Bildungs-
führer zusammengefasst bzw. können auch auf den
Internetseiten des Institutes abgerufen werden.
Ein wichtiges Ziel des ifw ist es, einen Beitrag bei der
bedarfsgerechten Aus- und Fortbildung von Fachleuten,
vornehmlich regionaler Unternehmen und
Einrichtungen, zu leisten. Die enge Zusammenarbeit
mit Universitäten und Hochschulen, insbesondere
mit der Friedrich-Schiller-Universität und der Fachhochschule
Jena, der größten Fachhochschule des
Freistaates Thüringen, schlägt sich nicht nur in gemeinsamer
Forschungsarbeit nieder, sondern bindet die
Mitarbeiter des ifw auch in die Aus- und Weiterbildung
von Studenten ein. Neben der Möglichkeit zur Erstellung
von Diplom-, Bachelor- und Masterarbeiten, der
Durchführung von Praktika bieten wir den Studenten
der FH Jena unter anderem die Möglichkeit, begleitend
im Zusatzstudium den Abschluss als Laserstrahlfachkraft
zu erwerben.
Die Anerkennung als An-Institut der Fachhochschule
Jena im Jahr 2005 unterstreicht die wissenschaftliche
Kompetenz des Günter-Köhler-Instituts für Fügetechnik
und Werkstoffprüfung GmbH. Über 70% unserer
Mitarbeiter haben eine akademische Ausbildung und
arbeiten aktiv in vielfältigen Fachgremien u.a. des DVS,
der DKG oder der DGZfP. Gegenwärtig engagieren sich
am ifw täglich mehr als 50 Ingenieure, Techniker und
Facharbeiter für ein „perfektes“ Zusammenspiel der
Aufgabenfelder Forschung, Applikation / Beratung,
Dienstleistung / Fertigung und Bildung. Vertraulichkeit
und Zuverlässigkeit sind dabei oberste Unternehmensprinzipien.
Mit folgenden Worten von Carl Friedrich von Weizäcker
möchte ich Sie zur Kooperation einladen:
„Die großen Fortschritte in der Wissenschaft beruhen oft,
vielleicht stets, darauf, dass man eine zuvor gestellte Frage
doch, und zwar mit Erfolg, stellt.“ – Denn Forschung
braucht Kooperation. Fordern Sie uns mit Ihren Fragen
heraus. Wir freuen uns darauf, genau Ihre Lösung zu
fi nden.
5
DAS INSTITUTS-PROFIL

DIE FIRMENGESCHICHTE
Das ifw – 20 Jahre erfolgreiche Forschung für die Praxis
Chronologie des ifw – Meilensteine
Die beiden ifw-Firmengebäude in der Lichstadt Jena.
Juli 1991
Januar 1992
März 1992
Dezember 1992
Oktober 1995
Juni 1998
August 1998
Juli 2004
April 2005
Oktober 2006
August 2007
Juni 2008
Januar 2010
Dezember 2010
März 2011
Mai 2011
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Gründung des ifw als Außenstelle der
Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt (SLV) Halle des DVS
Gründung des ifw als gemeinnützige Gesellschaft (g) GmbH im DVS
Anerkannte Schweißtechnische Bildungsstätte des DVS
Anerkennung als „Stelle für Metallbauten im bauaufsichtlichen Bereich“
Einzug in das neue Firmengebäude in der Otto-Schott-Straße 13
Übernahme des Bauelementelabors der JENOPTIK AG und Integration
als Abteilung
Eröffnung des Applikationszentrums für Mikrotechnik
Erstmalige Akkreditierung des Werkstoffprüfl abors
Fusion mit dem Bildungs- und Innovationszentrum
Meuselwitz (g) GmbH (MBZ)
Unterzeichnung des Kooperationsvertrages zwischen dem ifw
und der FH Jena
Festveranstaltung zum 15-jährigen Bestehen und
Verleihung des Namens Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und
Werkstoffprüfung durch die Gesellschafter
Verabschiedung von Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Köhler in den Ruhestand
und Berufung von Dr.-Ing. Sabine Sändig zum Geschäftsführer des ifw
Gründung der ifw optronics GmbH als 100%ige Tochtergesellschaft des ifw
Gründung der ifw MeuselwitzerBildungsZentrum (g)GmbH
als 100%ige Tochtergesellschaft des ifw
Erweiterung des Leistungsprofi ls um das Technologiefeld
„Laserkurzpulsbearbeitung“
Erweiterung der ifw optronics GmbH um das Geschäftsfeld Lasertechnik
und Inbetriebnahme neuer Labor- und Fertigungskapazitäten
Erweiterung des Leistungsprofi ls um das Technologiefeld
„Generative Fertigung – Laserstrahlschmelzen“

20 Jahre ifw: Das bedeutet 20 Jahre erfolgreiche an-
gewandte fügetechnische Forschung – Forschung
in Thüringen. Das bedeutet aber auch 20 Jahre ge-
lungener Verknüpfung zwischen Wissenschaft und
Wirtschaft. Damals wie heute hat sich das ifw zum Ziel
gesetzt, Ideen und Forschungsergebnisse rasch und
marktorientiert umzusetzen und seinen Kunden indi-
viduelle Lösungen für ganz konkrete fügetechnische
Probleme und Fragestellungen zu bieten. Mit diesem
Anspruch konnte sich das ifw seit seiner Gründung
1991 zu einem anerkannten Partner für die mittelstän-
dische Wirtschaft im Freistaat Thüringen und über die
Landesgrenzen hinaus entwickeln. Heute ist das ifw
die größte wirtschaftsnahe Forschungseinrichtung
auf dem Gebiet der Fügetechnik / Fertigungstechnik
in Thüringen und ist für Industriepartner nahezu aller
Branchen und Unternehmensgrößen tätig.
20 Jahre ifw: Anlass gemeinsam zurückzuschauen.
Das Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung
im Deutschen Verband für Schweißtechnik e. V.
wurde 1991 auf Initiative von Prof. Dr.-Ing. habil.
Günter Köhler gegründet. Die Gründung des damals
noch als Außenstelle der Schweißtechnischen
Lehr- und Versuchsanstalt Halle (ehemals ZIS Halle)
fi rmierenden Institutes fand am 5. Juli 1991 in den
Räumen des Technischen Institutes der Friedrich-
Schiller-Universität Jena statt. Sie fi el in eine Zeit
gesellschaftlicher und wirtschaftlicher Umbrüche.
Die Friedrich-Schiller-Universität Jena stellte die
Ausbildung von Diplomingenieuren ein. Damit endete
zunächst die bewährte Wechselwirkung zwischen
Lehre und Forschung und der Industrie in Jena. Die
Mitarbeiter des Lehrstuhles Fügetechnik der Sektion
Technologie für den Wissenschaftlichen Gerätebau
waren jedoch überzeugt vom Wiedererstehen der
Traditionen von Zeiss, Schott und Abbe an dem
traditionsreichen Standort und führten die Arbeit
im neu gegründeten Institut fort.
Es zeigte sich schnell, dass für eine solche fachliche
Orientierung am Standort Jena eine gute Basis gegeben
war. Die traditionsreiche Industrie der Feinmechanik
/ Optik mit ihrem hervorragenden Potenzial
an Fachkräften bot und bietet noch heute vielfältige
Möglichkeiten der Zusammenarbeit. Aus strukturellen
und inhaltlichen Gründen machte sich die Gründung
einer selbständigen Einheit in Form einer gemeinnützigen
GmbH erforderlich. Beginnend mit 7 Mitarbeitern
im Jahr 1991 sind im ifw und seinen beiden
Tochterunternehmen heute rd. 80 vollzeitbeschäftigte
Mitarbeiter tätig und bearbeiten ein breites fachliches
Spektrum.
Seit der Gründung des ifw wird von der Geschäftsführung
eine klare Orientierung zur Verwertung der
wissenschaftlichen Ergebnisse und Erfahrungen verfolgt.
So konnten in den vergangenen Jahren mehr
als 300 Forschungsthemen zu Problemen der Füge-
technik erfolgreich bearbeitet werden und rd. 9000
Teilnehmer ihre schweißtechnische Weiterbildung
am ifw mit Erfolg abschließen.
Um den Erfordernissen der Fachkräfteentwicklung
Rechnung zu tragen, wurde das inhaltliche Profi l
des ifw auf eine stärkere Verknüpfung zwischen For-
schung und Bildung ausgerichtet. Dies fand 2004
seinen Niederschlag in der Verschmelzung mit dem
MBZ Bildungs- und Innovationszentrum Meuselwitz.
Ziel der Zusammenführung beider Einrichtungen
war die Realisierung einer noch engeren Verbindung
von wirtschaftsnaher Forschung und deren zeitna-
her Widerspiegelung in arbeitsmarktorientierten
Angeboten der Aus- und Weiterbildung. Hierbei
konnte eine vertrauensvolle Zusammenarbeit mit
der IHK Industrie- und Handelskammer Ostthüringen
zu Gera, der Handwerkskammer für Ostthüringen
und der Kreishandwerkerschaft Altenburger Land
aufgebaut werden. Der Standort Meuselwitz wurde
als Prüfungswerkstatt der IHK anerkannt und eine
Vielzahl von Mitarbeitern in die Prüfungsausschüsse
der IHK berufen.
Die bestehende enge kooperative Zusammenarbeit
mit der FH Jena wurde zielgerichtet ausgebaut und
2005 durch die Verleihung des Status eines An-Institutes
ein wesentlicher Schritt zur weiteren Ausrichtung
des Unternehmens erreicht.
Mit dem erreichten Entwicklungsstand in den Profillinien
Forschung, Dienstleistung, Bildung und
den im nationalen und internationalen Rahmen
7
DIE FIRMENGESCHICHTE

DIE FIRMENGESCHICHTE
realisierten Arbeitsergebnissen gehört das ifw heute
zu den anerkannten gemeinnützigen Industriefor-
schungseinrichtungen Deutschlands. Anlässlich der
Festveranstaltung zum 15-jährigen Bestehen am
6. Oktober 2006 wurde das Institut nach dem Grün-
der und langjährigen Geschäftsführenden Direktor
Herrn Prof. Dr.-Ing. habil. Günter Köhler benannt, der
damit durch die Gesellschafter für sein Lebenswerk
geehrt wurde.
Am 1. August 2007 vollzog sich ein Wechsel in der
Geschäftsführung des Institutes. Prof. Dr.-Ing. habil.
Günter Köhler beendete altersbedingt seine erfolg-
reiche Tätigkeit als Geschäftsführender Direktor. Die
Leitung der Einrichtung wurde durch die Gesellschaf-
ter an Frau Dr.-Ing. Sabine Sändig übergeben. In deren
Verantwortung wurde die erfolgreiche, inhaltliche
Arbeit zielstrebig fortgeführt und das Leistungsprofi l
des ifw um neue zukunftsträchtige Technologiefelder
erweitert.
Die Kundenorientierung des Instituts zeigt sich nicht
zuletzt in der Ausgründung mehrerer Unternehmen.
So kann das ifw in seiner 20-jährigen Firmengeschich-
te bereits auf die Gründung von zehn Firmen mit rund
230 Arbeitsplätzen verweisen.
Jüngste Beispiele sind die beiden 100%-igen Tochter-
unternehmen – die ifw optronics GmbH und die im
Januar 2010 gegründete ifw MeuselwitzerBildungs-
Zentrum (g) GmbH.
Hauptgeschäftsfeld des im Juni 2008 aus der Abteilung
Bauelemente des Institutes hervorgegangenen
Spin-off-Unternehmens „ifw optronics GmbH“ war
zunächst die Entwicklung und Fertigung opto-elektronischer
Sensoren. Aufgabe des Tochterunternehmens
war und ist es, die bisherigen Produkte für das
Institut exklusiv weiterzuentwickeln und weltweit
zu vermarkten. In der konsequenten Folge wurde
das Portfolio der ifw optronics GmbH 2011 um das
Geschäftsfeld Lasertechnik erweitert und neue Laborund
Fertigungskapazitäten in Betrieb genommen.
Die Nähe zum Institut und zur Forschung wird zu
beiderseitigem Nutzen aufrechterhalten. So wird das
ifw seine Ausgründung als Forschungspartner dabei
8
unterstützen, Markttrends frühzeitig zu identifi zie-
ren, in Entwicklungen aufzugreifen und erfolgreich
im Unternehmen und in seiner Produktpalette zu
integrieren.

Die Leistungsangebote der ifw-Abteilungen

ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK
Leistungsangebot Schweißtechnik
Abteilung Schweißtechnik, Herr J. Vester | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 Jena
www.ifw-jena.de | jvester@ifw-jena.de | Telefon 03641.204103 | Fax 03641.204110
Bild 1: Sinusbogenbrücke in Oberhausen | Bild 2: WIG – Hochstromschweißen | Bild 3: Schweißerausbildung
1. Schweißtechnische Forschung
Verarbeitung höchstfester Feinkornbaustähle
für den Stahl-, Maschinen- und Anlagenbau
Verarbeitung höherfester Stähle für den
Fahrzeugbau
Moderne Fügetechnologien für niedrigund
hochlegierte Stähle
Lichtbogenlöten
Messtechnische Verfahren
Mikroplasmaschweißen
Versuchsschweißungen zur Verfahrens- und
Werkstoffqualifi zierung von manuellen und
vollmechanisierten Schweißprozessen
2. Stelle für Metallbauten im
bauaufsichtlichen Bereich
Erteilung von Herstellerqualifi kationen der
Klassen B bis E nach DIN 18800-7:2008
(Stahlbauten – Ausführung und
Herstellerqualifi kation)
Erteilung von Eignungsnachweisen nach
DIN EN ISO 17660 (Schweißen von Betonstahl)
Beratung und Schulung von Firmen und Schweißaufsichtspersonen
Fremdüberwachung (Fertigung, Montage,
Korrosionsschutz) von baulichen Anlagen
(Stahl- und Metallbau, Stahlbrücken u.a.)
3. Qualitätsmanagement
Zertifi zierung von Qualitätsmanagementsystemen
nach DIN EN ISO 9001:2008 und DIN EN ISO
10
3834:2006 im Auftrag von DVS ZERT® e. V.
Schulung von Personal und Beratung von Firmen
zu Fragen des Qualitätsmanagements
4. Akkreditiertes Werkstoffprüfl abor
Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung
Zerstörende Werkstoffprüfung
Analytik / Strukturuntersuchungen,
physikalische Untersuchungen
Materialuntersuchungen für Schweißverfahrensprüfungen
Schadensfalluntersuchungen, Beschichtungsprüfungen,
Beratungen
Metallographie
Computertomographie in Kooperation mit
Fraunhofer IOF Jena
5. Schweißtechnische Ausbildung
Durchführung von DVS-Lehrgängen gemäß
Richtlinie DVS / IIW / EWF 1111
Gasschweißen
Lichtbogenhandschweißen
Metall-Schutzgasschweißen Stahl, CrNi-Stahl
und Aluminium
Wolfram-Inertgasschweißen Stahl, CrNi-Stahl
und Aluminium
Verlängerungsprüfungen nach DIN EN 287-1
und DIN EN ISO 9606-2
Internationaler Schweißfachmann mit SLV-Halle
Schulungen in praktischen und theoretischen
Lehrgängen entsprechend Bildungsführer

Headline
Leistungsangebot Werkstoffprüfung DAR-Registriernummer
Werkstoffprüfung, Herr Dr. G. Horn | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 Jena
www.ifw-jena.de | ghorn@ifw-jena.de | Telefon 03641.204129 | Fax 03641.204110
1. Zerstörende Materialprüfung
Festigkeitsuntersuchungen 5 kN / 500 kN
statisch / zyklisch
Zug-, Druck- und Biegeprüfung
Kerbschlagprüfung (150 J / 300 J)
Härtemessung (Mikro-, Kleinlastund
Makrohärte)
Mobile Härtemessung
Bauteilprüfung
Mechanisch-technologische Prüfungen
2. Zerstörungsfreie Prüfung
Visuelle Prüfung
(mit Endoskop) VT
Farbeindringprüfung PT
Durchstrahlungsprüfung RT
Computertomographie in Kooperation
mit Fraunhofer IOF Jena
Ultraschallprüfung UT
US-Wanddickenmessung
Hochaufl ösende bildgebende
Ultraschallprüfung
Leck- und Dichtheitsprüfung LT
Schichtdickenmessung
Delta-Ferrit-Messung
Magnetpulverprüfung MT
3. Materialuntersuchungen für
Schweißverfahrensprüfungen
DVS 1702
HP 2 / 1
DIN EN ISO 14555
DIN EN ISO 17660
DIN EN ISO 15613 und DIN EN ISO 15614
4. Beschichtungsprüfung vor und nach
Rekonstruktionsmaßnahmen
5. Nachbewertung von Durchstrahlungsfi
lmbildern
6. Analytik / Strukturuntersuchung
Physikalische Untersuchungen
Gefügeuntersuchungen, Metallographie
Lichtmikroskopie
Rasterelektronenmikroskopie /
energiedispersive Elementanalyse
Optische Emissionsspektroskopie
(Fe-, Al-, Cu-, Mg-, Ni- und Ti-Basis)
Korngrößenbestimmung
Dilatometrie
Differentialthermoanalyse / Thermogravimetrie
Hochtemperaturmikroskopie
Oberfl ächenprüfungen (Rauhigkeit, Topographie)
7. Abnahmeprüfzeugnisse 3.2 nach
DIN EN 10204
8. Schadensfalluntersuchungen
9. Beratung zu Werkstoffeinsatz und
Materialprüfung
DAP-PL-3071.00
Akkreditiertes Werkstoffprüfl abor
DIN EN ISO / IEC 17025:2005*
Bild 1: Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme Transkristalliner Bruch | Bild 2: Makroschliff einer Kehlnaht | Bild 3: Mikrogefüge Deltaferrit im
Schweißgut | Bild 4: Spektralanalysegerät SPECTROMAXx
* Anlage zur Akkreditierungsurkunde DAP-PL-3071.00 nach DIN EN ISO / IEC 17025:2005
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ABTEILUNG ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK
FÜGETECHNIK

ABTEILUNG LASERTECHNIK
Leistungsangebot Lasertechnik
Abteilung Lasertechnik, Herr Dr. H. Müller | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 Jena
www.ifw-jena.de | hmueller@ifw-jena.de | Telefon 03641.204136 | Fax 03641.204110
Bild1: Laserschweißen von Glas | Bild 2: Glasrohr – 3D-Wasserstrahlbearbeitung
1. Angewandte wirtschaftsnahe Forschung
und Entwicklung
Entwicklung und Anpassung von Laserverfahren
zur Materialbearbeitung von der ersten
Applikation bis zur Umsetzung beim Kunden
Forschungsschwerpunkte:
– Laserbearbeitung nichtmetallischer Werkstoffe
– lasergestützte Fügeverfahren
– Oberfl ächenstrukturierung und -modifi kation
2. Beratung, Erprobung,
Verfahrensentwicklung
Verfahrensentwicklung, Machbarkeitsstudien und
Erprobung von Lasertechnologien
Produktspezifi sche Maschinensystementwicklung
und Integration von Laserverfahren in
bestehende Anlagentechnik
Beratung, Schulung und Praktika zur aktuellen
Lasertechnik, Laserverfahren und Anwendungen
3. Lohnfertigung
Prototypen-, Muster- und Serienfertigung
2D- und 3D-Lasermaterialbearbeitung
Wasserstrahlabrasivschneiden
4. Lasermaterialbearbeitung
Laserschneiden
Laserschweißen und Löten
Präzisionsbohren, Perforieren, Abtragen
Abschmelzen, Absprengen
Beschriften, Markieren
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Ultrakurzpulsbearbeitung
Mikrostrukturierung
Glasbearbeitung
Feuerpolieren und Umschmelzen
Maschinen- und Steuerungstechnik
5. Wasserstrahlbearbeitung
Wasserstrahlabrasivschneiden bis 140 mm
Dicke von Metallen, Gläsern, Keramiken und
Natursteinen
Wasserstrahlschneiden von Kunststoffen,
Faserverbundstoffen, Elastomeren und Folien
Schneiden von Verbundglasscheiben

Leistungsangebot Fügetechnik
Abteilung Fügetechnik, Herr Dr. S. Jahn | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 Jena
www.ifw-jena.de | sjahn@ifw-jena.de | Telefon 03641.204151 | Fax 03641.204110
Bild 1+ 2: Hochtemperatur-Vakuumöfen | Bild 3: Mischen hochviskoser Pasten
1. Forschung und Dienstleistung
Durchführung von geförderten
Forschungsvorhaben
Bilaterale Machbarkeitsstudien und
Auftragsforschung
Technologische Beratung und Technologietransfer
Übernahme von Applikationen bis zur
Serienfertigung
2. Fügeverfahren
Diffusionsschweißen (mit und ohne Zwischenschichten)
Maximale Bauteilgröße 400 x 400 x 500 mm³,
Tmax: 1500 °C, Vakuum 10 … 5 mbar
Ofenlöten (mit Hart-, Weich- und Hochtemperaturloten
unter Vakuum, Schutzgas und
normaler Atmosphäre)
Maximale Bauteilgröße 400 x 400 x 500 mm³,
Tmax: 1500 °C, Vakuum 10 … 5 mbar
Kleben (mit organischen und
anorganischen Klebstoffen)
- Modifi zieren von Klebstoffen (u. a. dual
asymmetrischer Zentrifugalmischer)
- Erstellen von Klebstoffeigenschaftsprofi len
- Kleben mit angepassten thermischen
Ausdehnungskoeffi zienten
- Hochtemperaturkleben mit anorganischen
Klebstoffen (Einsatztemperatur > 1000 °C)
3. Wärmebehandlungsverfahren
Wärmebehandlung für Metalle, Gläser und
Glaskeramiken im Vakuum und unter Schutzgas
4. Werkstoffe
Metalle, Gläser, Keramiken, Glaskeramiken,
Kunststoffe
5. Einsatzbereiche
Applikationen für die Luft- und Raumfahrt
Kühlsysteme und Werkzeugbau
Vakuum- und Hochtemperaturtechnik
Optische Komponenten
Bio- und Medizintechnik
Glasbau
Mikro- und Sensorfertigung
6. Qualifi zierung
Praxisseminar Klebtechnik für Industrie und
Handwerk
Seminar Hochtemperaturfügen
(AK Hochtemperaturfügen)
Modul „Kleben von Glas“ DVS Ausbildung –
Klebfachkraft
Weiterbildung auf dem Gebiet der Fügetechnik
Studentische Ausbildung (Praktika und
studentische Arbeiten)
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ABTEILUNG FÜGETECHNIK

ABTEILUNG MIKROTECHNIK
Leistungsangebot Mikrotechnik
Abteilung Mikrotechnik, Herr Dr. T. Schroeter | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 Jena
www.ifw-jena.de | tschroeter@ifw-jena.de | Telefon 03641.204113 | Fax 03641.204110
Bild 1: IR-Sensor auf Sockel | Bild 2: TO-Kappe mit Saphir-Fenster | Bild 3: Wafer mit IR-Sensorstrukturen
1. Bearbeitung von Forschungs- und
Entwicklungsprojekten
Entwicklung von Mikrostrukturkomponenten für
die Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik
Dünnschichttechnik und Mikrostrukturierung
Technologieentwicklung auf dem Gebiet
thermisch basierter Substratbondverfahren
Technologieentwicklung auf dem Gebiet des
fl ussmittelfreien Weichlötens zum Verbinden und
hermetischen Verschließen von Komponenten der
Mikrosystemtechnik
2. Fertigung
Beschleunigungssensoren und -schalter
IR-Sensorchips (in Vorbereitung)
Fertigungsschritte zur Herstellung
piezoresistiver Drucksensoren
Beschichtungsdienstleistungen (Sputtern,
Elektronenstrahlbedampfen, LPCVD)
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Dienstleistungen zum fl ussmittelfreien
Weichlöten
Substratvereinzelung
(Wafersäge)
3. Angewendete Technologien
Anodisches und eutektisches Bonden
Flussmittelfreies Weichlöten
Fügefl ächenvorbehandlung
(chemische Reinigung, mechanisches Polieren)
Dünnschichttechnik
Fotolithographie
Nasschemisches Ätzen und Trockenätzen
4. Dienstleistungen
Forschungs- und Entwicklungsdienstleistungen
zu den genannten Produkten und Technologien
Fertigungsdienstleistungen
Ausbildungskurse zur Mikrosystemtechnik

Leistungsangebot der ifw optronics GmbH
Geschäftsfeld Bauelemente Herr P. Eisenhardt | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 Jena
www.ifw-optronics.com | pe@ifw-optronics.com | Telefon 03641.204117 | Fax 03641.204110
Geschäftsfeld Lasertechnik Herr Dr. H. Müller | Otto-Schott-Str. 13 | 07745 Jena
www.ifw-optronics-lasertechnik.de | hm@ifw-optronics.com | Telefon 03641.204136 | Fax 03641.204110
Geschäftsfeld Bauelemente
1. Produkte
Photodioden auf Basis SiC, GaP und Si mit
integrierter optischer und elektronischer Signalaufbereitung
von UV… NIR
Emitterbaugruppen (Verbindungshalbleiter)
zur Informationsdarstellung bzw. mit spezieller
Strahlcharakteristik
Verdrahtungsträger in Dickschichthybridtechnik
2. Produkt- / Verfahrensentwicklung sowie
Dienstleistungen
Entwicklung kundenspezifi scher
optoelektronischer Detektoren
Entwicklung kundenspezifi scher
LED-Module
Entwicklung und Fertigung von Verdrahtungsträgern
in Dickschichthybridtechnik
Aufbau- und Verbindungstechnik
(Chipmontage, Bonden, SMD-Montage,
Welding und Packaging), auch für extreme
Einsatzbedingungen (UV-Strahlung)
Beratung zu Einsatz und Applikation
optoelektronischer Komponenten
Bild 1: Si-Detektoren | Bild 2: Sic-Photodioden | Bild 3: Ultrakurzpulslasersystem
Geschäftsfeld Lasertechnik
1. Lasermaterialbearbeitung
Laserschneiden
Laserschweißen und Löten
Präzisionsbohren, Perforieren, Abtragen
Abschmelzen, Absprengen
Beschriften, Markieren
Ultrakurzpulsbearbeitung
Mikrostrukturierung
Glasbearbeitung
Feuerpolieren und Umschmelzen
Maschinen- und Steuerungstechnik
Prototypen-, Muster- und Serienfertigung
2D- und 3D-Lasermaterialbearbeitung
2. Beratung, Erprobung, Verfahrens- und
Systementwicklung
Verfahrensentwicklung, Machbarkeitsstudien
und Erprobung von Lasertechnologien
Produktspezifi sche Maschinensystementwicklung
und Integration von Laserverfahren
in bestehende Anlagentechnik
Beratung und Schulung zur Lasertechnik,
Laserverfahren und Anwendungen
15
ifw OPTRONICS GMBH

Ausgewählte Forschungs- und Entwicklungsergebnisse

ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK
Werkstoff- und fügetechnische Analyse und Optimierung eines
Reformers für Brennstoffzellenanwendungen
Ansprechpartner: Dipl.-Ing.(FH) T. Ebersbach, tebersbach@ifw-jena.de
Projektpartner: Zentrum für Brennstoffzellen Technik GmbH; Karl-Winnacker-Institut der Dechema e. V.
Zuwendungsgeber: BMWi | AiF | FOSTA e. V.
Projektnummer: 16118BG
Bild 1: Makroschliff einer Laserstrahlschweißverbindung mit Zusatzwerkstoff am 1.4541 | Bild 2: Angepasste Deckelgeometrie mittels
Laserstrahlschweißprozess gefügt für die Untersuchung im Hochtemperaturkorrosionstest | Bild 3: Metallographischer Querschliff am
Grundwerkstoff des 1.4958 (austenitischer Grundwerkstoff mit Carbidausscheidungen)
Aufgabe Ziel war es, die Lebensdauer eines Reformers
durch die Anpassung der Fügetechnologie und des
Werkstoff zu erhöhen. Für die Werkstoffe 1.4541, 1.4841,
1.4958 und 2.4851 wurden die Schweißparameter er-
mittelt und auf deren mechanisch-technologischen Ei-
genschaften hin geprüft. Durch einen abschließenden
Dauerversuch, wurden die getroffenen Maßnahmen
zur Erhöhung der Langzeitbeständigkeit überprüft.
Ergebnisse Anhand von einer Schadensfallanalyse
wurden die spezifi schen Schädigungsmechanismen
eines Reformers bei der Anwendung in einem Brenn-
stoffzellensystem geklärt. Es erfolgte die Bestimmung
der vorliegenden maximalen Temperaturen im Refor-
mer mittels Thermoelementmessung.
Die Herstellung der Standardfügeverbindungen mit
den Schweißverfahren Laserstrahl-, Plasma- und WIG-
Schweißen wurde unter Beachtung der T-t-Führung
durchgeführt. Diese Verbindungen wurden anhand
des statischen Zugversuchs, metallographischen Un-
tersuchungen und REM-Messungen charakterisiert.
Eine weitere Bewertung der Schweißverbindungen
unter realen Prozessbedingungen erfolgte im Hoch-
temperaturkorrosionstest. Die Ergebnisse zeigten, dass
die Brennkammer zu einem verstärkten Korrosions-
angriff infolge der dort vorliegenden Atmosphäre
neigt. Des Weiteren konnte festgestellt werden,
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dass es nach 1000 h unter zyklischer Belastung zwischen
20 … 1000 °C zu einem deutlichen Korrosionsangriff
an allen Werkstoffen kommt.
Für die weitere Optimierung der Konstruktion wurde
das Verhalten des Reformersystems bei verschiedenen
Temperaturen simuliert und entsprechend den Ergebnissen
erfolgte die Anpassung der Deckelform.
Anwendung Hauptanwendungsgebiet der erzielten
Forschungsergebnisse sind kleine Brennkammersy-
steme, die hohen thermozyklischen Beanspruchungen
ausgesetzt sind. Es können in Zukunft Systeme so kon-
zeptioniert werden, dass ein möglichst hoher ther-
mischer Wirkungsgrad vorliegt.
Das IGF-Vorhaben 16118 BG / 2 der Forschungsver-
einigung Stahlanwendung e. V. – FOSTA, Sohnstraße
65, 40237 Düsseldorf wurde über die AiF im Rahmen
des Programms zur Förderung der industriellen Ge-
meinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom
Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie
aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundes-
tages gefördert.

Thermisches Fügen von dünnwandigen Strukturbauteilen
mit niedrig schmelzenden Zusatzwerkstoffen
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. (FH) T. Ebersbach, tebersbach@ifw-jena.de
Projektpartner: Hochschule Lausitz (FH), Senftenberg
Zuwendungsgeber: FOSTA e. V. | Stiftung Stahlanwendnungsforschung
Projektnummer: P777 / 05 / 2008 / S24 / 10141 / 07
Bild 1: ZnAl4-Lot im gelöteten Zustand | Bild 2: Makroschliff der Bördelnaht am 1.4509 | Bild 3: Überlappnaht der Verbindung Dx56 + Z mit
Bondal gelötet mit ZnAl4 | Bild 4: Zugproben der VerbindungDX56 + Z + ZnAl4 nach 90 Zyklen im Salzsprühnebeltest
Aufgabe Das Ziel des Forschungsvorhabens bestand
in der Entwicklung einer Technologie, die es ermög-
licht, dünnwandige Strukturbauteile für die Automo-
bilindustrie durch MIG-Löten mit Zinkbasisloten zu
fügen. Der bei thermischen Fügeprozessen auftretende
Zinkabbrand und der thermische Verzug soll auf ein
Minimum reduziert werden, so dass bei Dünnblech-
verbindungen die Beschichtung erhalten bleibt.
Ergebnisse Die durchgeführten Lötversuche an den
Werkstoffen DX56+Z; Bondal; 1.4301 und 1.4016 wur-
den getestet und beurteilt. Als Zusatzwerkstoffe kamen
Lote aus ZnAl4, ZnAl15 sowie ZnAl4Cu1,5 zur Anwen-
dung. Die Verbindungen wurden als Überlapp- und
als Bördelnähte ausgeführt und beurteilt. Die Füge-
parameter wurden für die Blechstärken s = 0,5 bis 1,5
mm festgelegt.
Im Rahmen der Untersuchungen konnte festgestellt
werden, dass die Lichtbogenausbildung einen signifi -
kanten Einfl uss auf das Benetzungsverhalten hat. Durch
die spezifi sche Regelung des Lichtbogens konnte die
Benetzung auch an den hochlegierten Cr-Ni-Stählen
gewährleistet werden.
Der untersuchte Grundwerkstoff DX56D+Z konnte bis
zu einer Blechdicke s =1,35 mm sicher unter Erhalt der
Zinkschicht mit den Zinkbasisloten gefügt werden.
Metallographische und korrosive Betrachtungen komplettierten
die durchgeführten Untersuchungen. Die
Lötverbindungen an den beschichteten Bauteilen
führten zu keiner korrosiven Beeinträchtigung des
Grundwerkstoffes. Die defi nierten Fügeparameter
wurden zusammenfassend in einem Datenbanksystem
dokumentiert.
Anwendung Die Nutzung der entwickelten Füge-
technologie führt im Automobilbau zu einem gerin-
geren Bauteilverzug sowie zu einer garantierten Kor-
rosionsbeständigkeit. Da artgleiche bzw. artähnliche
Verbindungen hergestellt werden, sind keine Entsor-
gungsprobleme zu erwarten. Durch den Einsatz der
modernen Lichtbogenlöttechnik in Verbindung mit
Zinkbasisloten wird der Mangel an anforderungsge-
rechten Fügetechnologien für elektrolytisch-schmelz-
tauchverzinkten Werkstoffe beseitigt.
Das Forschungsvorhaben P777 wurde von der Hochschule
Lausitz (FH) und dem ifw Jena mit fachlicher
Begleitung und fi nanzieller Förderung durch die For-
schungsvereinigung Stahlanwendung e. V., Düsseldorf,
aus Mitteln der Stiftung Stahlanwendungsforschung,
Essen, durchgeführt.
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ABTEILUNG SCHWEISSTECHNIK

ABTEILUNG LASERTECHNIK
Entwicklung und Erprobung von dynamischen und
hochempfi ndlichen Fasergittersensorsystemen
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller + Dipl.-Ing. (FH) J. Kammann, hmueller@ifw-jena.de
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH
Projektnummer: VF081021
Aufgabe Faser-Bragg-Gitter-Sensoren, welche sich
erst seit ca. 10 Jahren in der Messtechnik etablieren,
bieten gegenüber elektrischen Sensoren eine Reihe
Montiertes FBG-Sensorgehäuse
an Vorteilen, welche die Anwendung in „rauen“ indus-
triellen Umgebungen mit einer signifi kant höheren
Messsicherheit ermöglicht. Mit ihnen können sowohl
Dehnungs- als auch Temperaturmesswerte hochdy-
namisch erfasst werden, ohne dass diese dabei einem
Verschleiß unterliegen. Die Technologie beruht auf
einem optischen Refl exionsgitter, das mit Hilfe eines
UV Laser in die Faser eingeschrieben wird. Das daraus
resultierende Bragg-Gitter stellt in Verbindung mit der
Glasfaser das Sensorelement dar. Zur Auswertung der
Messwerte spielt die Länge der Faser eine untergeord-
nete Rolle. Die hohe Empfi ndlichkeit resultiert aus dem
Abstand und der hohen Anzahl der einzelnen Gitter.
Die vielen Vorteile dieser Technik stehen leider im Ge-
gensatz zum Preis. Momentan gilt ein einmalig applizierter
Sensor nach seiner Verwendung als „verloren“.
Das ist der Tatsache geschuldet, dass diese Sensoren
entweder auf das beanspruchte Bauteil aufgeklebt
oder eingebettet werden. Somit sind schnelle Tests
an sich bewegenden oder schwingenden Anlagenteilen
nur bedingt möglich bzw. werden gar nicht erst in
Betracht gezogen.
Ziel dieses Projektes ist es, mit der empfi ndlichen
Faser eine Sensorbaugruppe zu generieren, die sich
leicht montieren und zerstörungsfrei demontieren
lässt, während die hochdynamischen Eigenschaften
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nicht verloren gehen und die Vorteile des Sensors voll
ausgeschöpft werden können. Eine Anwendung, die
dabei im Vordergrund steht, ist die Anwendung an
einer Punktschweißzange, wie sie zum Beispiel sehr
häufi g in der Automobilindustrie vorkommt. Um den
Punktschweißprozess zu überwachen oder regeln zu
können, ist es notwendig, die Kraftinformation während
des Fügens zu erfassen. Die Schwierigkeiten liegen vor
allem in den großen hochfrequenten, elektromagnetischen
Feldern, die die Messwerte von elektrischen
Sensoren beeinfl ussen. Hier bieten optische Sensoren
den Vorteil der Unempfi ndlichkeit.
Ergebnisse Im Rahmen dieses Projektes wurde eine
FBG-Sensorbaugruppe entwickelt, die eine einfache
Adaptierung in wenigen Minuten an einem Bauteil
ermöglicht. Auch das Auswechseln oder Umsetzen
der Sensorbaugruppe gestaltet sich einfach und
führt nicht zu einer Zerstörung der Faser oder des
Sensors. Trotzdem kann der Sensor Schwingungen
im Kilohertz-Bereich mit einer hohen Empfi ndlichkeit
erfassen.
Anwendung Die FBG-Sensorbaugruppen eignen sich
überall da, wo starke magnetische Felder die Sensor-
signale oder deren Weiterleitung negativ beeinfl ussen.
Hierzu wurden Versuche an einer Punktschweißzange
mit Schweißströmen von bis zu 7 kA erfolgreich
durchgeführt.
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.

Verbundprojekt: Entwicklung eines Verfahrens zum Laserbohren
von Mikrofunktionsbohrungen für die Aktiventlüftung und
Ausformunterstützung in komplexen Spritzgießwerkzeugen für die
Verarbeitung von Kunststoffen, Keramiken und Verbundwerkstoffen
Teilprojekt: Lasermikrobohren von Spritzgießwerkzeugen mit Nd:YAG-Laser
zur Aktiventlüftung und Ausformunterstützung
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller + Dipl.-Ing. S. Wächter, hmueller@ifw-jena.de
Zuwenungsgeber: Thüringer Aufbaubank (TAB)
Projekt-Nr.: 2007 FE 9021 | Verbund-Nr.: 2007 VF 0026
Bild 1: Stahl 1.2311, s=4 mm: Strahlaustritt ∅ 60 µm (M 750x) | Bild 2: Stahl 1.2343, s=10 mm: Austritts-∅ 64 ± 3 µm (M 20x) |
Bild 3: Lasergebohrte Einsätze für Spritzguss-Werkzeuge
Aufgabe Ziel des vorliegenden Projektes ist die Er-
zeugung von Durchgangsbohrungen in Werkzeugein-
sätzen aus Metall zum Spritzgießen von Kunststoffen,
Keramiken und Polymerkeramiken mittels Laser zur
Aktiventlüftung und Ausformunterstützung. Gefor-
dert werden Bohrungen mit Durchmessern kleiner
100 µm bei Materialstärken von s ≤ 10 mm und As-
pektverhältnissen von 10:1 bis 100:1. Eine Gratbildung
ist zu vermeiden.Das Verfahren zum Einbringen von
Mikrobohrungen soll sowohl bei der Herstellung von
Spritzgusswerkzeugen, als auch der nachträglichen
Optimierung von bereits im Einsatz befi ndlichen Werk-
zeugen Anwendung fi nden.
Ergebnisse In Absprache mit den Projektpartnern
wurde eine repräsentative Auswahl an Werkstoffen für
die Werkzeugherstellung (verschiedene hochlegierte
Werkzeugstähle und Aluminium-Bronzen) mit ver-
schiedenen Oberfl ächen (erodiert, geschliffen, poliert
und mit Verschleißschutzschichten) untersucht.Mit
einem lampengepumpten Nd:YAG-Laser (Lasag KLS
246) wurden am ifw mittels Perkussionsbohren repro-
duzierbare Bohrungen mit Aspektverhältnissen zwi-
schen 60:1 bis 150:1 eingebracht. Die Untersuchungen
konzentrierten sich auf Materialstärken von 2, 4, 6 und
10 mm. Mit Ausnahme der Bronze-Werkstoffe können
ohne einen nennenswerten Einfl uss der Oberfl ächen-
beschaffenheit Bohrungen mit einem Austrittsdurch-
messer von 65 µm (Materialstärken 6 und 10 mm) be-
ziehungsweise 50 µm (Materialstärken 2 und 4 mm)
bei einer Standartabweichung von < 5 % eingebracht
werden. Beim Bohren der Bronze-Werkstoffe liegt auf
Grund der hohen Wärmeleitfähigkeit die Grenze hin-
sichtlich akzeptabler Bohrungsdurchmesser bei 2 mm
Materialstärke. Auch Bohrungen unter einem Winkeln
bis 45 °C zur Senkrechten können bis Materialstärke
s = 4 mm in guter Qualität realisiert werden.
Anwendung Durch die Projektpartner wurden eigens
für Untersuchungen pro aufgeführter Werkstoffklas-
se je ein Spritzgießwerkzeug mit simulierten Entlüf-
tungsproblemen gebaut, mit denen lasergebohrte
Werkzeugeinsätze getestet und die Wirksamkeit der
Aktiventlüftung nachgewiesen werden konnte. Der-
zeit werden im Bau befi ndliche Spritzgießformen be-
ziehungsweise problembehaftete bereits im Einsatz
befi ndliche Spritzgießwerkzeuge mit Laserbohrungen
zur Aktiventlüftung versehen, um den Nutzen im re-
ellen Einsatz nachzuweisen.
Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Freistaates Thürin-
gen und der Europäischen Union (EFRE) gefördert.
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ABTEILUNG LASERTECHNIK

ABTEILUNG LASERTECHNIK
Laserunterstütztes Fügen von Saphir
Teilprojekt: Laserfügen von Saphirbauteilen
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller + Dipl.-Ing. S. Kasch + Dipl.-Ing. (FH) D. Hubert, hmueller@ifw-jena.de
Zuwendungsgeber: BMWi | AiF
Projektnummer: KF0131709SU8
Bild 1: Lasergelötete Gehäusebauteile Saphir-Saphir- und Saphir-Al O -Keramik | Bild 2: Lichtmikroskopische Aufnahme Rohr-Platte-Verbindung
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mittels Glaslot | Bild 3: REM-Aufnahme – Querschliff einer Saphirverbindung
Aufgabe Für Hochtemperatursensoren, Reaktionskar-
tuschen in photochemischen Prozessen oder Optiken in
analytischen Prozessen werden rotationssymmetrische
Gehäuse aus Al 2 O 3 -Keramik bzw. Saphir verwendet,
um Funktionsbauteile vor extremen Belastungen bei
hohen Temperaturen und in aggressiven Medien zu
schützen. Die Zielsetzung im Projekt ist die Entwick-
lung einer Verbindungstechnologie mit einer örtlich
begrenzten Wärmeeinfl usszone zur Herstellung von
vakuumdichten und elektrisch isolierenden Gehäusen,
um temperaturempfi ndliche Bauteile einzuschließen
sowie die Vorteile der Werkstoffe wirtschaftlich sinnvoll
zu nutzen. Durch eine material- und funktionsgerechte
Gestaltung der Prozessführung beim Laserlöten mit-
tels Glaslot sollen die Anforderungen erfüllt werden.
Dazu werden einerseits ein Erwärmungskonzept und
geeignete Verfahrensparameter benötigt. Andererseits
sind geeignete Prüfmethoden anzuwenden, um die
Erfüllung der Anforderungen nachzuweisen.
Ergebnisse Im Projekt wurde anhand von rotations-
symmetrischen Teilen aus Al 2 O 3 -Keramik und Saphir
Untersuchungen zum selektiven Hochtemperaturlöten
von Glaslot mittels scannergeführter CO 2 -Lasertech-
nologie mit Laserleistungen bis 150 W durchgeführt.
Für den Laserlötprozess wurde eine Glaslotgrünfolie
(Entwicklungspartner IKTS, Institutsteil Hermsdorf) mit
möglichst geringem Bindemittelanteil entwickelt, um im
Laserprozess die Schwindungswerte der Folie so gering
wie möglich zu halten und die erforderliche Menge an
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Lotmaterial zur Verbindungsbildung zur Verfügung zu
stellen. Zur Strahlformung und homogenen Energieein-
strahlung am Bauteil fand eine Ringspiegelanordnung
und ein schnellbewegter Laserstrahl Verwendung. Für
Bauteile mit Außendurchmessern bis 12 mm konnten
feste Lotverbindungen mit einer mittleren Zugfestigkeit
von 22,9 MPa hergestellt und die Gasdichtheit mittels
Unterdruckmethode bis 9xE-10 mbar l / s nachgewiesen
werden. Mittels Licht- und Rasterelektronenmikroskopie
wurden die Lötverbindungen charakterisiert. Die äußere
Lotkehle beispielsweise zwischen Saphirrohr und Saphir-
ronde ist gleichmäßig ausgebildet. Die Lotzone zwischen
Rohr und Ronde, betrachtet durch die Saphirronde, weist
eine homogene Ausbildung über die Wandungsdicke
des Rohres und darüber hinaus auf. Diese ist durch eine
feinverteilte Porenausbildung gekennzeichnet, die aber
keinen Einfl uss auf die Dichtheit der Verbindung hat.
Ebenso wird dies durch die REM-Aufnahme bestätigt.
Die innere und äußere Lotkehle ist gut ausgebildet und
die Lotschichtdicke beträgt 33 µm.
Anwendung Temperatursensoren für Automotive,
Sicherheitstechnik, Energie- und Umwelttechnik, Ge-
bäudeautomation.
Das Projekt wurde im Rahmen des PROgramms
„Förderung der Erhöhung der INNOvationskompetenz
mittelständischer Unternehmen“ durch die AiF,
als Projektträger des BMWi, fi nanziell gefördert und
begleitet.

Koordinatorstelle
„Anwenderkreis Hochtemperaturfügen“
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. F. Gemse, fgemse@ifw-jena.de
Zuwendungsgeber: Thüringer Aufbaubank aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds (ESF)
Projektnummer: 2009 KN 0093
Bild 1: Blick in den Sitzungssaal | Bild 2: Die Referenten des 1. Anwenderkreises
Bereits seit seiner Gründung arbeitet die Günter-
Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung
GmbH (ifw) eng mit Forschern und Anwendern aus
dem Bereich der Fügetechnik zusammen. Mit der In-
vestition in eine Vakuumofenanlage zum Diffusionsfü-
gen, Löten, Wärmebehandeln, Sintern und Entbindern
ist seit Ende 2009 eine auf dem neusten Stand der
Forschung und Entwicklung stehende Anlage am ifw
vorhanden. Diese ermöglicht es, Bauteile mit Abmes-
sungen bis zu 500 mm bei einer Maximaltemperatur
von 1550 °C und bis zu 60 kN Fügekraft zu fügen. Mit
dieser Investition wurde eine anlagentechnische Basis
geschaffen und das ifw in die Lage versetzt, den
gestiegenen Anforderungen an die Fügetechnik auch
in der Zukunft zu meistern.
Aus diesem Grunde wurde am 25. März 2010 am
ifw der Anwenderkreis „Hochtemperaturfügen“ –
ein Netzwerk in Thüringen und darüber hinaus –
gegründet. Mit dem Anwenderkreis „Hochtemperaturfügen“
wird das Ziel verfolgt, die Prozesse und
Anwendungsgrenzen, gemeinsam mit den Mitgliedern,
für Metall-, Glas- bzw. Keramikverbindungen
mit- und untereinander signifi kant zu erweitern. Die
angestrebte höhere Produktivität und optimierte
Prozesssicherheit der Fügeverbindungen ist für die
Anwender von großem Nutzen. Vorhandene Erfah-
rungen der Spezialisten werden so umfassend und
zeitnah genutzt. Es ergeben sich sowohl innovative
als auch wirtschaftliche Vorteile bei der Entwicklung
und Überführung von neuen Fügekonzepten in neue
Produkte. Weiterhin dient der Anwenderkreis als Platt-
form zum Technologietransfer aus der Forschung in
die Anwendung und ist gleichzeitig Anlaufstelle für
Beratung und Weiterbildung auf dem Gebiet der Hoch-
temperaturfügeverfahren.
Am 23. September 2010 fand der 1. Workshop „Hochtemperaturfügen
– Anwendung und Grenzen „ statt.
Mitglieder und externe Referenten berichteten über
aktuelle Themen aus Forschung und Praxis. Anschließend
diskutierten die 50 Teilnehmer über zukünftige
Aufgaben und neue Ansätze in der Füge- und Anlagetechnik.
Die Fachveranstaltung wird jährlich fortgesetzt.
Die Anschubfi nanzierung für die Koordinatorstelle
„Anwenderkreis Hochtemperaturfügen“ wurde mög-
lich durch Zuwendungen aus Mitteln des Europäischen
Sozialfonds (ESF) sowie aus Komplementärmitteln des
Freistaates Thüringen.
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ABTEILUNG FÜGETECHNIK

ABTEILUNG FÜGETECHNIK
Diffusionsfügen von Keramiken
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. Dahms, sdahms@ifw-jena.de
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH
Projektnummer: VF080016
Bild 1: Strukturierte keramische Grünfolien | Bild 2: Keramischer Wärmetauscher | Bild 3: Heizsystem aus keramischen Mischverbindungen
mit einem Regelkreis
Aufgabe Das stoffschlüssige Fügen von unterschied-
lichen Nichtoxidkeramiken ist eine Herausforderung
in der Fügetechnik. Ziel dabei ist es, die vorteilhaften
Eigenschaften in einem keramischen Werkstoffverbund
zu vereinen. Am Beispiel der Nichtoxidkeramiken
SiC, Si3N4 und AlN mit- und untereinander werden
Fügevarianten erarbeitet. Die Verbindungsbildung
erfolgt über keramische Zwischenschichten (LPS-
Keramikfügefolien, Liquid-Phase-Sintering). Das vorgesehene
Fügen im „Baukastenprinzip“ stellt hohe
Anforderungen an die Fügetechnik. Die eingesetzten
keramischen Zwischenschichten haben das Ziel, die
Eigenschaften der zu fügenden Keramiken zu erhalten.
Dazu zählt eine hohe Temperaturbelastbarkeit
über 1200 °C, hohe Festigkeiten und vakuumdichte
Verbindungen.
Ergebnisse Keramische Fügefolien auf der Basis von
Nichtoxidkeramiken mit unterschiedlichen Sinteraddi-
tivgehalten sind wesentliche Bestandteile für die Aus-
bildung eines keramischen Gefüges in der Fügezone.
Beim Diffusionsfügen erfolgt die Verbundausbildung
über den Konzentrationsausgleich der Sinteradditive
zwischen der keramischen Fügefolie und der Kera-
mik. Keramische „green tapes“ besitzen durch ihre
plastische Verformung den Vorteil, dass Oberfl ächen-
rauhigkeiten ausgeglichen werden. Dadurch entfällt
eine keramische Oberfl ächenbearbeitung. Die Folien
können auch mittels Laserbearbeitung strukturiert
werden. Dadurch wird es möglich, zusätzliche Funk-
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tionen in die Bauteile zu integrieren. Die Fügefolien
besitzen eine an den Keramikwerkstoff angepasste
thermische Ausdehnung, so dass eine spannungsarme
Verbindung gegeben ist. Fügeuntersuchungen bei
1500 °C bis 1750 °C belegen, dass sich in Abhängigkeit
der Fügetemperatur und Fügezeit homogene, rissfreie
und porenarme keramische Fügezonen ausbilden.
Eine hochtemperaturstabile Yttrium-Aluminatphase
im keramischen Gefüge konnte nachgewiesen werden.
Die Verbundeigenschaften entsprechen weitest-
gehend der zu fügenden Keramik. Die Keramikver-
bunde sind hochtemperaturstabil und weisen hohe
Festigkeiten bei den Prüftemperaturen von 20 °C,
1000 °C und 1400 °C auf. Vakuumdichtheiten über
10 -7 mbar x l / s an gefügten Keramikapplikationen
konnten ermittelt werden. Die keramischen Fügever-
bindungen sind somit wasser- und gasdicht.
Anwendung Die Ergebnisse bilden die Basis für ein
Verfahren zur Herstellung von großformatigen und
komplexen Bauteilen aus Segmenten mit multifunk-
tionalen Eigenschaftsprofi len. Beispielsweise sind dies
keramische Wärmetauscher oder Heizsysteme aus
keramischen Mischverbindungen.
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.

GRADIENT – Verfahrensentwicklung zum Diffusionsschweißen von
Werkstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaftsprofi len
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. S. Dahms, sdahms@ifw-jena.de
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH
Projektnummer: IW091046
Bild 1: Schweißhilfsform mit Anodenfi nger | Bild 2: Kupfer-Wolfram-Verbund; Schweißfl äche geneigt (20 °C) | Bild 3: Wärmetransferelement
(Kupfer mit Silber)
Aufgabe Aufgrund der Vielzahl möglicher Misch-
verbindungen hat das Diffusionsschweißen große
Bedeutung für das präzisionsgenaue Fügen erlangt.
Werkstoffverbunde mit graduellen Eigenschaftspro-
fi len besitzen ein hohes Potenzial für Optik-, Laser-
und Messtechnikanwendungen bzw. als Funktions-
oder Konstruktionswerkstoff in der Reaktortechnik.
Diesbezüglich ist ein Bedarf an der Qualifi zierung
von Fügetechnologien zur Herstellung heterogener
Werkstoffverbunde, die ohne Zwischenschichten im
festen Zustand gefügt werden, entstanden. Das Fügen
von heterogenen Werkstoffen ist von werkstofftech-
nischen Eigenschaften abhängig. Unterschiedliche
Schmelztemperaturen, Ausdehnungsverhalten oder
die Bildung von Mischkristallen in den Fügezonen
bestimmen die Qualität und die Festigkeit einer
Mischverbindung. Zur Lösung der Probleme bietet
das Diffusionsschweißen innovative Ansätze. Das Ziel
des Vorhabens bestand deshalb in der Qualifi zierung
von Diffusionsschweißprozessen zum stoffschlüssigen
und spannungsarmen Fügen von Mischverbindungen
mit graduellen Eigenschaftsprofi len. Hierzu wurden
Metall / Metall-Schweißverbindungen aus Rhodium,
Gold Wolfram, Silber mit Kupfer sowie AlMg3 mit
X5CrNi18-10 gefügt und die Verbundeigenschaften
charakterisiert.
Ergebnisse Die Fügeexperimente wurden in einem
Hochtemperatur-Graphitofen mit einer integrierten
Kraftvorrichtung durchgeführt. Hierzu wurden spe-
zielle Schweißhilfsformen aus Graphit entwickelt, die
eine optimale Fügekraft über die gesamte Fügefl äche
gewährleisten. Gefügt wurden zylindrische Bauteile
aus Kupfer im Durchmesser 10 – 15 mm, wobei Folien
aus Gold, Wolfram und Rhodium auf unterschiedlich
geneigten Schweißoberfl ächen gefügt wurden. Die
Aufheiz- und Abkühlraten betrugen 10 K / min in einer
Vorvakuumatmosphäre bei ca. 10 -1 mbar. Als optimale
Fügetemperatur wurde 750 °C ermittelt. Die Fügekraft
lag bei 250 … 750 N. Eine ausreichende Verbundfestig-
keit konnte nachgewiesen werden. Die Formstabili-
tät des Kupfers bleibt bei diesen Fügebedingungen
erhalten. Die Fügezonen sind rissfrei und homogen
ausgebildet. Im Ergebnis der Fügeuntersuchungen
konnte die Eignung des Diffusionsschweißens nach-
gewiesen und optimierte Fügeparameter erarbeitet
werden.
Anwendung Durch die Qualifi zierung von Diffusions-
schweißprozessen zur Herstellung von Mischverbin-
dungen werden neue Technologiefelder für Applika-
tionen in der Luft- und Raumfahrt, beispielsweise für
Wärmetransferelemente, Optoelektronik, Röntgen-
und Reaktortechnik erschlossen.
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.
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ABTEILUNG FÜGETECHNIK

ABTEILUNG FÜGETECHNIK
Glaskonstruktionselemente
Ansprechpartner: Dipl.-Ing. (FH) Kay Hermannsdörfer (EAE) | khermannsdoerfer@ifw-jena.de
Projektpartner: INNOVENT e. V. Jena + Technische Universität Dresden, Institut für Baukonstruktion
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH
Projektnummer: IW090143
Aufgabe Im Bereich des konstruktiven Glasbaus
besteht eine wachsende Nachfrage nach erhöhter
Transparenz und Energieeinsparung. Selbst moderne
Glasbauten werden noch mit einem großen Anteil an
Unterkonstruktionen aus Edelstahl hergestellt. Diese
stören die im Bauwesen gewünschte Transparenz. Es ist
also notwendig, die Glaselemente zusätzlich als lasttra-
gende Bauteile der Gesamtkonstruktion auszulegen.
Zur Vermeidung von aufwändigen Unterkonstrukti-
onen aus Stahl, Gewährleistung höherer Designfreiheit
und zur Verringerung von Abschattungen sind neue
Verbundkonzepte gefragt, die erst durch den Einsatz
der modernen Klebtechnik ermöglicht werden. Ziel des
Projektes waren Untersuchungen zur Verbesserung
der Oberfl ächenhaftung und der Medienbeständigkeit
von Konstruktionselementen.
Ergebnisse Die untersuchten Verbindungstypen
beinhalteten sowohl Glas / Glas-Verklebungen als
auch Klebverbindungen bestehend aus Glas und
beschichtetem Stahl. Es wurde zum einen feuerverzinkter
Baustahl als kostengünstige Alternative zum
Edelstahl verwendet. Andererseits wurde auch pulverbeschichteter
Stahl verwendet, der zusätzlich die Designfreiheit
hinsichtlich der farbigen Beschichtungen
erhöht. Für alle Verglasungen im Bauwesen sind in
Deutschland lediglich Silikonklebstoffe zugelassen.
Diese haben sehr niedrige Festigkeiten und bringen
Schwierigkeiten im Verarbeitungsprozess mit sich.
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Durch die Verwendung höherfester UV-aushärtender
Acrylatklebstoffe kann die effektive Klebfl äche an
punktförmigen Verglasungen verkleinert und somit
die Transparenz des gesamten Bauteils erhöht werden.
Für den Ersatz der Silikonklebstoffe für linienförmige
Verglasungen wurden MS-Polymer-Klebstoffe verwendet,
die eine ähnliche Elastizität besitzen, aber
im Handling unproblematisch sind. Besonders durch
die Oberfl ächenbehandlung mit dem Atmosphären-
druckplasma- und dem Pyrosil®-Verfahren konnte die
Festigkeit der Klebverbindungen weiter gesteigert und
zusätzlich die Medienbeständigkeit erhöht werden.
Auch im Bereich der Ganzglas-Rahmenecken wurde
das Pyrosil®-Verfahren erfolgreich zur Festigkeitsstei-
gerung eingesetzt und trägt ebenso zur Langzeitbeständigkeit
des Klebverbundes bei.
Anwendung Es wurden sowohl punkt- und linienför-
mige Verglasungen sowie Ganzglas-Rahmenecken in
die Untersuchungen an typischen Konstruktionselementen
mit einbezogen. Durch die Verwendung von
bisher noch nicht allgemein zugelassenen höherfesten
Klebstoffen und Oberfl ächenbehandlungsverfahren
werden bisherige Lösungen zum Verbinden von Glas
und anderen Werkstoffen optimiert bzw. neue kleb-
technische Alternativen entwickelt.
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.
Bild 1: Geklebte Ganzglas-Rahmenecke als Konstruktionselement | Bild 2: Zugprüfung von punktförmigen Verglasungselementen

Klebtechnisches Verbinden von Hartstoffschneiden mit
Schneideinsatzträgern für Hochleistungswerkzeuge
Ansprechpartner: Dipl. Chem. R. Luhn, rluhn@ifw-jena.de
Projektpartner: TU Kaiserslautern, AWOK; GFE e. V. Schmalkalden
Zuwendungsgeber: BMWi | AiF | FV Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS e. V.
Projektnummer: 16031 BG
Bild 1: Schneideinsatz mit Laserstrukturierung | Bild 2: 3D-Profi l der laserstrukturierten Fügefl äche | Bild 3: Wendeschneidplatte mit eingeklebtem
Schneideinsatz
Aufgabe Im vorliegenden Forschungsprojekt war
eine technisch umsetzbare klebtechnische Lösung
für das Verbinden von Werkzeugschneiden auf Werk-
zeugträgern als Alternative zum Löten zu erarbeiten.
In die Vorgehensweise zum Erzielen von Verbunden
mit hoher Festigkeit zwischen Hartstoffschneiden
und Schneideinsatzträgern waren spezielle Oberfl
ächenvorbehandlungen, die Auswahl geeigneter
Klebstoffe und eine Optimierung des Schneidensitzes
einzubeziehen.
Ergebnisse Für die technische Umsetzung wurde ein
breites Spektrum an Klebstoffen mit unterschiedlichen
thermischen Eigenschaften und Aushärteverfahren
ausgewählt und geprüft. Zur Auswahl geeigneter
Versuchsparameter für die experimentellen Unter-
suchungen wurden die während des Zerspanprozesses
auftretenden Temperatur- und Belastungsprofi le mit-
tels Simulation berechnet und direkt im Bereich der
Werkzeugschneide gemessen. In einem abgestimmten
Versuchsprogramm wurden die Klebstoffe umfassend
charakterisiert. Parallel dazu wurden Simulations-
rechnungen durchgeführt, die eine gute Korrelation
mit den Laborergebnissen aufwiesen. Als Oberfl ä-
chenvorbehandlung kam eine spezielle Lasertechnik
zum Einsatz, bei der die Fügeteiloberfl äche lokal zur
Bildung kleiner Depots, die zur Aufnahme des Kleb-
stoffes dienen, aufgeschmolzen wird. Damit konnte
die Warmfestigkeit von Hartmetallklebeverbindungen,
mit ausgewählten Klebstoffen, deutlich gegenüber
gereinigten unbehandelten Proben gesteigert wer-
den. Für die Prüfung unter Einsatzbedingungen wur-
den Musterwerkzeuge konstruiert und hergestellt.
Dabei wurden möglichst große Klebfl ächen für eine
optimale Kraftverteilung und die Austauschbarkeit
der Schneiden realisiert. Basis für die Konstruktion
bilden Wendeschneidplatten aus Hartmetall, auf de-
nen PKD-Blanks befestigt werden. Dies gewährleistet
gleichzeitig die Austauschbarkeit der Schneiden nach
Verschleiß. Die Ausführung der Hartmetallgrundkörper
zur Aufnahme der Wendeschneidplatten erfolgt dabei
in verschiedenen Varianten.
Anwendung Die Ergebnisse sind Grundlage für
die Herstellung neuer Werkzeuggenerationen und
die Reparatur sowie für die Entwicklung neuartiger
Schneidgeometrien. Darüber hinaus stehen neue
Oberfl ächenbehandlungsverfahren für Hartmetalle
und Schneidkeramiken zur Verfügung.
Das IGF-Vorhaben 16031 BG der Forschungsvereini-
gung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des
DVS e. V., Aachener Straße 172, 40223 Düsseldorf wurde
über die AiF im Rahmen des Programms zur Förde-
rung der industriellen Gemeinschaftsforschung und
-entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirt-
schaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses
des Deutschen Bundestages gefördert.
27
ABTEILUNG FÜGETECHNIK

ABTEILUNG MIKROTECHNIK
Weiterentwicklung eines Infrarotsensors auf Dünnschichtbasis – IRDT
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter, tschroeter@ifw-jena.de
Projektpartner: Siegert TFT GmbH, Hermsdorf / Thüringen
Zuwendungsgeber: BMWi | EuroNorm GmbH
Projektnummer: IW083007
Bild 1: Bolometerchip mit Mäanderstruktur | Bild 2: Mäanderstruktur vergrößert | Bild 3: Testmuster im TO-Gehäuse
Aufgabe Das Vorhabensziel bestand in der Entwick-
lung eines IR-Detektors nach dem Bolometer-Prinzip
im Wellenlängenbereich von 4 … 7 µm. Um thermische
Quereinfl üsse weitestgehend auszuschließen, wurde
eine nahezu vollständige thermische Entkopplung
der sensitiven Schicht vom Substrat angestrebt. Diese
Entkopplung sollte durch eine völlig frei tragende
Dünnschichtstruktur aus verschiedenen Widerstands-
schichten erreicht werden. Bei einer mäanderförmigen
Struktur, einer Strukturbreite von 20 µm und einer
Strukturhöhe von 30 nm wurde ein Widerstandswert
von einigen 100 Ω angestrebt. Als Sensorstrukturen
waren in Dünnschichttechnik mittels Sputtern mäan-
derförmig abgeschiedene Nickel- bzw. Chromnickel-
schichten vorgesehen.
Ergebnisse Zur technologischen Umsetzung mit der
Zielstellung einer frei tragenden Sensorstruktur wurden
verschiedene innovative Ansätze verfolgt: eine Variante
mit einer Opferschicht und zwei Varianten, bei welchen
frei tragende Strukturen durch Unterätzung entstehen.
Letztere Varianten wurden schließlich favorisiert (Bild
1). Es wurden mehrere technologische Versuchsreihen
zu einzelnen Technologieschritten und zur gesamten
Technologie gefahren und ausgewertet. Auf Basis der
Erkenntnisse aus den technologischen Untersuchungen
wurden schließlich Testmuster und Demonstratoren
aufgebaut (Bild 2). Diese wurden getestet und die
Sensorkennlinien aufgenommen. Dabei konnte der
grundsätzliche Funktionsnachweis erbracht werden.
Schließlich wurden die Sensoren durch Modifi kationen
28
des Sensoraufbaus überarbeitet. Um die Effi zienz der
Strahlungsausbeute zu steigern, wurden Varianten mit
Rückseitenverspiegelung und Schwarzschichten zur
Verbesserung der Absorption entworfen und hergestellt
(Bild 3). Zur Herstellung der Schwarzschichten wurden
3 alternative Varianten untersucht: 1. das Aufdampfen
von Schwarzgold mittels Elektronenstrahlbeschich-
tung, 2. das Aufbringen von carbon black („Nanoruß“,
Nanographit) in AZ-Lack und 3. die Erzeugung einer
Polyfl uorkohlenwasserstoff-Schicht durch Plasma-
polymerisation (PE-CVD). Anschließende Tests erga-
ben eine deutliche Verbesserung der Empfi ndlichkeit,
wobei die Chips mit Schwarzschichten aus PFKW ein
etwas besseres Verhalten als die mit Schwarzgold- bzw.
carbon-black-beschichteten Chips aufwiesen. Im Rah-
men der Überarbeitung wurden auch Sensoren als
Arrays mit 4 bzw. 16 IR-empfi ndlichen Einzelsensoren
entworfen, aufgebaut und getestet.
Anwendung Das entwickelte innovative Produkt bil-
det die Grundlage für die Erschließung einer Reihe
neuer applikationsspezifi scher Anwendungen der
IR-Sensorik in der Umweltmesstechnik, im Anlagen-
bau und der Automobilindustrie. Beispiele sind die
Ölüberwachung in Hydrauliksystemen, die Betriebs-
und Treibstoffanalytik, Schadstoffmessungen in der
Umwelt sowie die Messung von IR-Strahlung im In-
nenraum und im Umfeld von Kraftfahrzeugen.
Das Forschungsvorhaben wurde durch das BMWi |
EuroNorm GmbH fi nanziell gefördert und begleitet.

Laufende Forschungsvorhaben
29

FORSCHUNGSVORHABEN
Projekt
1
2
3
4
5
6
7
8
9
30
Auswahl laufender Forschungsvorhaben
Ansprechpartner Dr.-Ing. H. Müller, Hauptabteilungsleiter Forschung
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller, Dipl.-Ing. FH G. Jacob
Prozesskette zur übergreifenden Integration der metrologischen Computertomographie
in der Kunststoffi ndustrie – mCT gestützte Prozesskette für die Entwicklung und Qualifi zierung
von Fügeverfahren, 2009 FU 9108, Verbund-Nr. 2009 VF 0024
Zuwendungsgeber: Thüringer Aufbaubank (TAB)
Seite 31
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller
Entwicklung des Laser-Quarzglasschweißens mittels automatischer Drahtzufuhr, MF090044
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH
Seite 31
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller
Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zum Laserstrahlpolieren von
strukturierten Quarzglasoberfl ächen; LaPo – Prozessentwicklung zum Laserstrahlpolieren
von Quarzglas mit CO -Laser, KF2252502KF9
2
Zuwendungsgeber: BMWi / AiF
Seite 32
Ansprechpartner: Dr.-Ing. H. Müller
Entwicklung einer automatisierten Verfahrenstechnologie zur Konfektionierung fl exibler, mehrdimensionaler
und strukturierter Materialien, insbesondere mittels Laserschweißen; Verfahrensentwicklung
zum Laserschweißen von fl exiblen, mehrdimensionalen und strukturierten Lagen
unter Berücksichtigung der gesamten Prozessbedingungen, KF2252501TL9
Zuwendungsgeber: BMWi / AiF
Seite 32
Ansprechpartner: Dr.-Ing. S. Jahn, Dipl.-Ing. S. Dahms
HEGLO – Herstellung von großfl ächigen Glasverbindungen für optische Applikationen,
MF090160
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH
Seite 33
Ansprechpartner: Dr.-Ing. S. Jahn, Dipl.-Ing. F. Gemse
METAKER – Fügen von Mischkeramiken mit Metallen, VF100018
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter
IFK – Innovative Fügetechnologien mit kaltgespritzten Loten, MF090045
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter
ABZ – Doppelseitiges Anodisches Bonden mit Zwischenelektroden, MF 090118
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH
Seite 33
Seite 33
Seite 34
Ansprechpartner: Dr.-Ing. T. Schroeter, Dipl.-Ing. J. Pfeifer
EGASOR – Edelgaseinschluss in Gehäusen der Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik, MF100023
Zuwendungsgeber: BMWi / EuroNorm GmbH
Seite 34

Zerstörungsfreie Prüfung einer Laserlötnaht mittels
3D-Computertomographie
PROJEKT 2 Entwicklung des Laser-Quarzglasschweißens
mittels automatischer Drahtzufuhr,
MF090044
Um Quarzglasteile miteinander zu fügen, gilt es optimale
Bearbeitungs- und Wärmebehandlungsbedingungen
zu erreichen. Deshalb sind zum Laserschweißen
von Quarzglas zwei CO -Laserstrahlen
2
nötig, die über einen optischen Aufbau miteinander
überlagert werden. Für diesen Zweck ist ein spezieller
Laserschweißkopf entwickelt worden. Die Fokussierbedingungen
der beiden Teilstrahlen werden
derart gestaltet, dass man in der Bearbeitungsebene
einen scharf fokussierten Strahlanteil zum Schweißen
und einen defokussierten Strahlanteil für Wärmebehandlungsprozesse
in der Schweißpunktumgebung
vorliegen hat. Die Intensität der beiden Teilstrahlen
kann durch zwei separate Laserstrahlquellen beliebig
geregelt werden. Neben der Koaxialität der Strahlachsen
ist die relative Positionierung vom Wärmebehandlungsstrahl
zu dem feststehenden Schweißstrahl
möglich. Ergänzt wird diese Anordnung durch eine
integrierte automatische Glasstabzuführung, um den
entstehenden Materialabtrag auszugleichen. Mittels
PROJEKT 1 Prozesskette zur übergreifenden Inte-
gration der metrologischen Computertomographie
in der Kunststoffi ndustrie – mCT gestützte Pro-
zesskette für die Entwicklung und Qualifi zierung
von Fügeverfahren, 2009 FU 9108, Verbund-Nr.
2009 VF 0024
Ziel des Verbundprojektes ist, zusammen mit den regionalen
Partnern der Kunststoffi ndustrie, der Aufbau
und die Integration der industriellen Computertomo-
grafi e in die bestehende Prozesskette zur Qualitätssi-
cherung und Weiterentwicklung von deren Erzeugnis-
sen. Anhand der 3D-CT-Messdaten kann eine nahezu
100 Prozent-Prüfung des Kunststoffspritzgussteiles,
einschließlich der Untersuchung auf dessen innere Be-
schaffenheit, Wanddickenanalyse, Prüfung auf Maßhal-
tigkeit und mit dem CAD-Modell eine Soll / Ist-Analyse,
durchgeführt werden. Aus den daraus resultierenden
Erkenntnissen soll ein Beitrag erbracht werden, um
die Qualifi zierung der industriellen CT-Technologie
als zerstörungsfreie Werkstoff- und Bauteilprüfung
voran zu treiben.
Schweißen von 3 mm dickem Quarzglas
dieses Schweißverfahrens kann Quarzglas bis zu
20 mm Dicke vollständig durchgeschweißt werden. Die
Verfahrensoptimierung erfolgt mit der numerischen
Simulation. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, thermische
und mechanische Vorgänge innerhalb des
Glases während des Schweißvorgangs und nach vollständiger
Abkühlung vorhersagen zu können.
31
FORSCHUNGSVORHABEN

FORSCHUNGSVORHABEN
PROJEKT 3 Entwicklung eines neuartigen Verfahrens
zum Laserstrahlpolieren von strukturierten
Quarzglasoberfl ächen; LaPo – Teilprojekt:
Prozessentwicklung zum Laserstrahlpolieren
von Quarzglas mit CO 2 -Laser, KF2252502KF9
Der Anspruch der Untersuchungen besteht darin,
die klassischen Formmaterialien im Werkzeug- und
Formenbau durch Quarzglas teilweise oder vollstän-
dig zu ersetzen. Die werkstofftechnischen Vorzüge des
Materials erfordern dabei anspruchsvolle Bearbei-
tungstechnologien. Zunächst werden in unterschied-
lichen Schleifverfahren Oberfl ächen und Geometrien
auf Quarzglasproben erzeugt. Anschließend erfolgt
die Laserstrahlpolitur (LSP) mit einem schnell scan-
nenden CO 2 -Laserstrahl, welcher auf Grund seiner
Strahleigenschaften hierfür sehr gut geeignet ist.
Der Polierprozess ist ein abtragarmes Verfahren, bei
dem durch den Wärmeeintrag des Laserstrahls die
Glasoberfl äche aufgeschmolzen und poliert wird. Im
vorgestellten Verfahren erfordert dies eine parame-
terorientierte Untersuchung. Die LSP ist ein berüh-
PROJEKT 4 Entwicklung einer automatisierten
Verfahrenstechnologie zur Konfektionierung
fl exibler, mehrdimensionaler und strukturierter
Materialien, insbesondere mittels Laserschweißen;
Verfahrensentwicklung zum Laserschweißen
von flexiblen, mehrdimensionalen und
strukturierten Lagen unter Berücksichtigung der
gesamten Prozessbedingungen, KF2252501TL9
Filteranlagen in der chemischen Industrie, sogenannte
Kolonnen, werden mit Strukturpackungen gefüllt.
Dabei handelt es sich um mehrere übereinandergestapelte
strukturierte Blechlagen, die aufgrund ihrer
großen Oberfl äche als Katalysator wirken. Anstelle
der bisher angewendeten kosten- und materialinten-
siven Verbindung durch Verschraubung der einzelnen
Lagen wurde ein lasergestütztes fl exibles Schweiß-
verfahren entwickelt. Dazu wurden Untersuchungen
mittels Laserstrahl-Remote-Schweißen an dreidimen-
sional strukturierten Cr-Ni-Stahl-, Aluminium- und
Kupferblechen mit Blechdicken von 0,1 bis 0,2 mm
durchgeführt. In Vorversuchen an glatten Blechen
wurden zunächst verfahrensrelevante Parameter, wie
z. B. Fokussierung, Schweißspaltbreite, Laserleistung
oder Schweißgeschwindigkeit untersucht und diese
32
Laserstrahlpolieren eines Formeinsatzes (40x40 mm²)
rungsloses Verfahren mit eng begrenzter Wechselwir-
kungszone, so können beispielweise Mikrogeometrien
bearbeitet werden. Zur Prozessoptimierung, sowohl
der Vorbearbeitung als auch der LSP, erfolgt die Ana-
lyse der Oberfl ächen durch verschiedene Verfahren.
Um die Abformung der im Quarzglas erzeugten Kon-
turen durchzuführen, ist der Aufbau einer geeigneten
Spritzgussform notwendig, die die Quarzglasformein-
sätze zerstörungsfrei aufnehmen kann.
Strukturpackung
anschließend auf die realen Strukturbleche übertra-
gen. Es wurde der Nachweis erbracht, dass mittels
Laserstrahl-Remote-Schweißen Verbindungen mit
ausreichender Festigkeit innerhalb der geforderten
Taktzeit erzielt werden können.

PROJEKT 5 HEGLO – Herstellung von großfl ächigen
Glasverbindungen für optische Applikationen,
MF090160
Derzeit werden Verbindungen in optischen Systemen
mit kraft-, form- und stoffschlüssigen Fügetechniken,
z. B. Klemmen, Ansprengen, Kitten, Kleben und Löten
realisiert. Diese Verbindungstechniken haben die Nach-
teile, dass bei wechselnden Einsatzbedingungen (Tem-
peraturwechsel) mechanisch und thermisch induzierte
Spannungen eine sichere Funktion der gefügten Gläser
nicht ausreichend gewährleisten. Je nach Anwendung
muss aber eine nahezu verlustfreie Strahlqualität über
einen sehr breiten Spektralbereich (von UV bis IR) ge-
PROJEKT 6 METAKER – Fügen von Mischkeramiken
mit Metallen, VF100018
Um das Einsatzfeld von Mischkeramiken wie whis-
kerverstärkem Aluminiumoxid und Sialonkeramiken
zu erweitern, ist es notwendig, Eigenschaften der Ke-
ramiken mit anderen Werkstoffen zu kombinieren.
Hierzu besteht Forschungsbedarf an Fügetechnolo-
gien, die ein funktionelles oder bauteilspezifi sches
Fügen erlauben. Dadurch werden neue Anwendungs-
felder erschlossen, beispielsweise für Schneidkera-
mikapplikationen in der Metallbearbeitung. Ziel
des Forschungsvorhabens sind vergleichende Un-
PROJEKT 7 IFK – Innovative Fügetechnologien mit
kaltgespritzten Loten, MF090045
Zielstellung des Projektes ist es, die Vorteile der Kaltgasspritztechnik
in der Mikrotechnik bei der Herstellung
von optosensorischen Lötbaugruppen an
Musterbaugruppen nachzuweisen. Dafür müssen
spezielle Probleme des Lotauftrages, die sich durch
die Form der Gehäusebauteile, durch die Kleinheit der
Lotfl äche und das Gehäusematerials ergeben, geklärt
werden. Die Aufgaben im Projekt sind, Gehäusebau-
teile wie Ni-Kappen mit ausgewählten Lotpulvern für
den Einsatztemperaturbereich von 150 °C bis 250 °C
mittels dem Kaltgasspritzprozess lokal zu beloten, die
Lötprofi le zu erarbeiten, das Aufschmelzverhalten der
Lotschichten zu untersuchen und Demonstrations-
muster von Lötverbunden anzufertigen.
währleistet werden. Die Zielsetzung des Entwicklungs-
vorhabens ist es, an ausgewählten Gläsern und Glas-
keramiken großfl ächige und qualitativ hochwertige
Glasverbunde herzustellen. Als Fügeverfahren kommt
das Diffusionsschweißen zur Anwendung. Das Fügen
von artgleichen Gläsern und Glaskeramiken wird ohne
Hilfszwischenschichten realisiert. In allen Fällen stehen
der Erhalt der optischen Eigenschaften und die Form-
stabilität der Verbundpartner im Vordergrund. Dazu
werden Lösungsansätze zur werkstofftechnischen
und technologischen Realisierbarkeit erarbeitet. In die
Schweißuntersuchungen werden die optischen Gläser
BK7, S-LAH79 und Borofl oatglas sowie die Glaskera-
miken CERAN und ZERODUR einbezogen.
tersuchungen zum Fügen von whiskerverstärktem
Aluminiumoxid und Sialonkeramik mit rostfreiem
Stahl und Hartmetall. Betrachtet werden die Füge-
verfahren Diffusionsschweißen, Löten und Kleben.
Mit dem Forschungsvorhaben wird der Einsatz der
Fügeverfahren auf neue Werkstoffkombinationen,
die stoffl ich unterschiedlich sind, erweitert. Dabei
werden fl ächig gefügte Mischverbindungen ange-
strebt, die graduelle Eigenschaftsprofi le besitzen.
Entsprechend der Zielstellung sollen die gefügten
Metall / Keramik-Verbunde hohe mechanische Fe-
stigkeiten (spannungsarme Verbundausbildung) und
Temperaturbeständigkeiten über 600 °C aufweisen.
Kaltgasgespritzte und gelötete Fensterkappen
33
FORSCHUNGSVORHABEN

FORSCHUNGSVORHABEN
PROJEKT 8 ABZ – Doppelseitiges Anodisches Bon-
den mit Zwischenelektroden, MF 090118
Das Ziel des Projektes besteht darin, ein Bondver-
fahren zu entwickeln, bei welchem mittels speziell
präparierter Keramiksubstrate Sandwichaufbauten in
der wechselnden Reihenfolge von Silizium und LTCC-
Keramik mit einer defi nierten Anzahl von Schichten
herstellbar sind. Die Präparation der Keramiksubstrate
soll prinzipiell dergestalt erfolgen, dass mittels me-
tallischer Zwischenschichten (z. B. als Gitterstruktur)
eine großfl ächige Kontaktierung und damit eine voll-
fl ächige Ausbreitung der Bondfront gewährleistet
werden kann. Innerhalb des Projektes soll als Appli-
kationsbeispiel eine Analyseküvette für die IR-Analyse
PROJEKT 9 EGASOR – Edelgaseinschluss in Gehäusen
der Mikrosystemtechnik und Mikrosensorik, MF10002
Der innovative Ansatz des Projektes besteht in der
Entwicklung eines Weichlötregimes mit metallischen
Weichloten, um Inertgase hermetisch dicht in Sensorgehäuse
einzuschließen. Der Prozess soll fl ussmittel-
und bleifrei sein. Bei der Verwendung von Flussmitteln
ist mit Rückständen zu rechnen, welche die optischen
Eigenschaften beeinträchtigen können. Die Bleifrei-
heit ergibt sich aus der EG-Richtlinie 2002 / 95 / EG
zur Beschränkung der Verwendung bestimmter ge-
fährlicher Stoffe in Elektro- und Elektronikgeräten
34
Anodisches Bonden
von Betriebsstoffen bearbeitet werden. Diese soll als
dreilagiger anodisch gebondeter Schichtaufbau in der
Reihenfolge Si – LTCC – Si realisiert werden.
(RoHS). Der Gehäuseverschluss soll im Gegensatz zu
herkömmlichen Verfahren in einer programmierbaren
Inertgaslötanlage mit Vakuumsystem erfolgen. Als
Anwendungsbeispiel ist der Verschluss von Infrarot-
Sensorbaugruppen in hermetischen Gehäusen mit
unterschiedlichen Inertgas-Füllungen vorgesehen.
Als Materialien der zu fügenden Komponenten sind
die für Mikrosysteme und Mikrosensoren üblichen
Gehäuse- und Substratmaterialien, wie Metalle
(z. B. für TO-Gehäuse) und Keramik für die Häusung
sowie Silizium und Saphir als Fenstermaterialien geplant.

Kontakte und Ansprechpartner
Ansprechpartner Telefon / Fax E-Mail
Dr.-Ing. Sabine Sändig
Geschäftsführer 03641.204-100 / -110 ssaendig@ifw-jena.de
Rosemarie Winter
Sekretariat 03641.204-100 / -110 info@ifw-jena.de
Dr.-Ing. Wolfram Rodeck
Hauptabteilungsleiter Verwaltung |
Abteilungsleiter Vertragsrecht & Controlling |
Prokurist 03641.204-109 / -110 wrodeck@ifw-jena.de
Dipl.-Ing. Uwe Kordts
Abteilungsleiter Technische Dienste 03641.204-104 / -110 ukordts@ifw-jena.de
Dr.-Ing. Hartmut Müller
Hauptabteilungsleiter Forschung |
Abteilungsleiter Lasertechnik 03641.204-136 / -178 hmueller@ifw-jena.de
Dr.-Ing. Simon Jahn
Abteilungsleiter Fügetechnik 03641.204-151 / -110 sjahn@ifw-jena.de
Dr.-Ing. Thomas Schroeter
Abteilungsleiter
Applikationszentrum Mikrotechnik (amt) 03641.204-113 / -110 tschroeter@ifw-jena.de
Dipl.-Ing., SFI (EWE) Jürgen Vester
Abteilungsleiter Schweißtechnik 03641.204-103 / -110 jvester@ifw-jena.de
Dr.-Ing., SFI (EWE) Hans-Peter Lindner
Leiter Schweißtechnische Ausbildung 03641.204-112 / -175 hplindner@ifw-jena.de
Dr.-Ing., SFI (EWE) Thomas Körner
Leiter Bauprüfung | Leitender Auditor 03641.204-111 / -175 tkoerner@ifw-jena.de
Dr.-Ing. Gunthard Horn
Leiter Akkreditiertes Werkstoffprüfl abor 03641.204-129 / -110 ghorn@ifw-jena.de
Dipl.-Ing. Kerstin Walter
Leitende Auditorin von DVS-Zert e. V., QMB |
Beauftragte der Geschäftsführung
für Qualitätsmanagement 03641.204-127 / -110 kwalter@ifw-jena.de
35
KONTAKTE AM ifw

Otto-Schott-Straße 13 | 07745 Jena
www.ifw-jena.de | info@ifw-jena.de