Präzise laserbearbeitete Drucksensoren für kontrollierte Sicherheit in Wasserstofffahrzeugen

Technologie, Material & Anwendung
Laserfeinbearbeitung von Drucksensoren für Wasserstofffahrzeuge: hier Wasserstaofftankstelle

Der Klimawandel ist allgegenwärtig. Um diesen zu mindern, leistet die emissionsfreie Fortbewegung ihren Beitrag. Genau hier kommt die LCP mit Ihrem Wissen in der Laserfeinbearbeitung von kleinsten Komponenten ins Spiel.

Für eine Null-Emission der Fortbewegung können neben Elektro-Fahrzeugen auch Wasserstoff-Fahrzeuge, besser bekannt als Brennstoffzellen-Autos, -LKWs und -Busse, eine vielversprechende Alternative darstellen. Hier erzeugt eine Brennstoffzelle samt Wasserstofftank den Strom, der wiederum für den Elektro-Antrieb des Fahrzeuges genutzt wird. Ein entscheidender Faktor für den sicheren Betrieb solcher Fahrzeuge ist die kontinuierliche Kontrolle des Drucks in den Wasserstofftanks. Hier kommen meist sehr kompakte und robuste Dünnfilm-Drucksensoren zum Einsatz, die präzise Messung von Drücken bis zu 1000 bar ermöglichen. Zudem müssen sie in dem anspruchsvollen Milieu des Hochdruckumfeldes mit Wasserstoffumgebung zuverlässig agieren.

Materialwahl für Robustheit sowie Dünnfilmtechnologie für Funktionalität

Der Einsatz unter herausfordernden Umgebungsbedingungen bedingt, dass das Gehäuse der Sensoren als auch die Membran der Messzelle aus einem besonders widerstandfähigen Material bestehen muss. Hier wird in der Regel Edelstahl 1.4435 eingesetzt, denn dieser gewährleistet eine herausragende mechanische Stabilität (Überlastfähigkeit) und Beständigkeit gegenüber extremen Druckbedingungen (Berstdruckverhalten). Des Weiteren ist dieses Material ein austenitischer Stahl, der bei Kontakt mit Wasserstoff nicht versprödet und damit auch eine überdurchschnittlich hohe Korrosions- und Medienbeständigkeit im Umgang mit aggressiven Medien vorweist. Zudem müssen das Edelstahlgehäuse und die Edelstahlmembran direkt verschweißt sein, womit eine Notwendigkeit zusätzlicher Dichtungen entfällt. All diese Aspekte sind besonders wichtig, um eine Langlebigkeit und Zuverlässigkeit der Drucksensoren sicherzustellen.

Für die Funktionalität der Drucksensoren werden Widerstände über Dünnfilmtechnologie auf die Edelstahlmembran aufgebracht. Dies kann u.a. über einen mehrstufigen Schichtprozess mittels Sputtertechnologie mit einer teilweise extrem geringen Schichtdicke von weniger als 1 µm erfolgen, welche dann entweder direkt mittels Laser oder durch ein nass-chemisches Verfahren strukturiert werden.

Präzise Laserbearbeitung für Dünnfilm-Drucksensoren: Expertise der LCP Laser-Cut-Processing GmbH

Die Herstellung von Drucksensoren mit Dünnfilmstrukturen erfordert eine hochpräzise Bearbeitungstechnik, unter anderem auch der Einsatz von Lasertechnologie. Letzteres erfordert eine langjährige und umfassende Expertise in der schonenden Laserbearbeitung komplexer, filigraner und empfindlicher Präzisionsbauteile unter Verwendung verschiedener Laserbearbeitungstechnologien, die bei der Herstellung von Dünnfilm-Drucksensoren entscheiden sind. Und hier kommt die LCP Laser-Cut-Processing GmbH als Experte und langjähriges Laseranwendungszentrum ins Spiel.

Dabei liegt unser Know-how in der Anwendungsvielfalt an Laserverfahren gepaart mit der Beschaffung und Bearbeitung von empfindlichen Sondermaterialien sowie unseren stetigen F&E-Aktivitäten zur Verfahrensentwicklung, innovativer Materialbearbeitung oder neuen Bearbeitungstechnologien. Für die Bearbeitung von Edelstahlmembranen oder auch metallischen Leiterplatten für Drucksensoren kommen folgende Verfahren zum Einsatz:

  • Laserfeinschneiden: Mehrere Einzelmembranen oder auch Ronden werden mit dem Laser aus der Metallfolie oder metallische Leiterplatte geschnitten. Der Vorteil: Saubere Schnittkanten dank innovativer Faser- und Scheibenlaser. Minimalste Gradbildung kann durch einfache Nachbearbeitung problemlos entfernt werden.
  • Laserstrukturieren: Strukturierung von beschichteten Bauteilen (Entschichten bzw. Schichtabtrag) oder auch die Erstellung definierter und komplexer Oberflächenstrukturen sowie die Erzeugung von Mikrostrukturen. Der Vorteil: Keine bis kaum thermische Schädigung des Materials durch minimierten Wärmeeintrag durch UKP-Lasertechnologie. Keine Gratbildung oder Schmelzanhaftung.
  • Lasermarkieren: Durch die Lasermarkierung kann ein Data-Matrix- oder QR-Code auf die jeweilige Komponente aufgebracht werden, was eine lückenlose Rückverfolgbarkeit des Bauteils gewährleistet. Vorteil: Dauerhafte Markierung, die gegen Abrieb und Chemikalien beständig ist. Berührungsloses und somit materialschonendes Verfahren.
  • Laserschweißen: Beim Laserstrahlschweißen wird die Edelstahlmembran direkt mit dem Sensorgrundkörper, dem Gehäuse, dauerhaft verbunden. Vorteil: Berührungsloses Verfahren, kein Werkzeugverschleiß, hohe Schweißgeschwindigkeit.

Darüber hinaus bieten wir auch weitere Lasertechnologien für eine Vielzahl von Materialien:

  • Laserritzen: Hier erfolgt das Einbringen von Ritzlinien zur mechanischen Trennung von Keramik-Nutzens in die Einzelbauelemente für die Herstellung von Schaltungsträgern dank bewährter CO2-Lasertechnologie. 
  • Laserbohren: Das Laserbohren, auch Mikrobohren, ist ein berührungsloses und nachbearbeitungsfreies Verfahren zur Einbringung von Präzisionsbohrungen, sogenannter Vias, mittels UKP-Lasertechnologie.

Zusätzlich zur Laserbearbeitung wird unser Leistungsangebot durch mechanische Feinbearbeitungstechnologien wie Wafer Dicing, Fräsen, Drehen, Biegen/Kanten, Bürsten sowie Präzisions-Finishing und Glasperlenstrahlen komplettiert.

Laserfeinbearbeitung von Komponenten für Drucksensoren

- lasergeschweißtes Sensorgehäuse -

Ihr Full-Service-Dienstleister in der Laser-Feinbearbeitung

Voller Service von Anfang bis Ende: Denn wir stehen Ihnen als verlässlicher Fertigungsdienstleister und agiler Entwicklungspartner von der technischen Erstberatung, intensiven Prozessbegleitung über die Prototypenherstellung bis hin zur Serienfertigung entlang der gesamten Prozesskette zur Seite. Weitere Services wie Auftragsmessen und Bauteilreinigung sowie der Zugriff auf ein umfangreiches Netzwerk an Kooperationspartnern für alternative Bearbeitungsverfahren oder Oberflächenveredelungen runden das ganzen zusätzlich ab. Zudem stehen wir mit unserem langjährigen Prozess-Know-how in der schonenden Laserfeinbearbeitung von empfindlichen Materialien mit filigransten Strukturen für eine hochklassige, präzise Bearbeitung und exzellenter Bauteilqualität.

Vielfältige Einsatzgebiete von Drucksensoren

  • Automotive: Drucksensoren werden in der Automobilindustrie zur präzisen Druck- und Füllstandsmessung eingesetzt. Dies umfasst die Überwachung verschiedener Druckparameter wie Kraftstoff-, Brems-, Reifen-, Filter- und Öldruck, was dazu beiträgt, die Leistung und Sicherheit von Fahrzeugen zu optimieren
  • Klimatechnik: In der Klimatechnik kommen Drucksensoren zur Luftdruckmessung in Wärme- und Kälteanlagen zum Einsatz. Diese Messungen tragen dazu bei, die Effizienz und Leistung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen zu steigern, indem der Druck in den Systemen genau überwacht wird.
  • Hydraulik und Pneumatik: Drucksensoren spielen eine entscheidende Rolle in der Steuerung und Regelung eines Drucks in Pumpen und hydraulischen sowie pneumatischen Systemen. Dies gewährleistet eine präzise und zuverlässige Funktion dieser Systeme in verschiedenen Anwendungen. Beispielhaft zu nennen wären hier im mobilen Bereich Bagger, Landmaschinen sowie Kräne und Spannvorrichtungen in Bearbeitungsmaschinen für den stationären Einsatz.
  • Medizin: In der Medizin werden Drucksensoren zur Überwachung des Systemdrucks in Dialysegeräten und Sterilisatoren eingesetzt. Diese präzise Druckkontrolle ist essenziell, um die Sicherheit und Effektivität medizinischer Geräte zu gewährleisten.
  • Chemie, Food und Pharma: Drucksensoren finden in den Branchen Chemie, Lebensmittel und Pharma vielfältige Anwendungen, beispielsweise zur Überwachung und Steuerung von Prozessen, bei denen der Druck eine entscheidende Rolle spielt. Dies umfasst Bereiche wie die Herstellung von Medikamenten, Lebensmitteln und chemischen Produkten.
  • Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrttechnik werden Drucksensoren in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, darunter die Überwachung des Luftdrucks in Flugzeugkabinen, Raketen und Raumfahrzeugen. Diese Sensoren tragen zur Sicherheit und Leistungsfähigkeit der Systeme bei.
  • Wasser und Umwelt: Drucksensoren werden verwendet, um den Druck in Wasserversorgungssystemen zu überwachen und Umweltauswirkungen zu messen. Dies ermöglicht eine präzise Kontrolle und Überwachung von Wasserressourcen und Umweltbedingungen.
  • Anlagen- und Gerätebau: Im Anlagen- und Gerätebau dienen Drucksensoren dazu, den Druck in verschiedenen industriellen Anlagen und Geräten zu überwachen. Dies ist entscheidend für die Optimierung von Prozessen und die Gewährleistung einer sicheren und effizienten Betriebsweise.

Drucksensoren für Wasserstoffanwendungen

Headerbild: ©Scharfsinn86 by Getty Images/Canva

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