Hermetic Sealing mit Mikro-WIG-Schweißen
Hermetische Verschlüsse, gas- und flüssigkeitsdichte Abschlüsse von Kapseln, Sensorgehäusen und Elektronik-Komponenten, verlangen drei Eigenschaften: Dichtheit unter Druck, minimaler Wärmeeintrag auf den Kapsel-Inhalt, und reproduzierbare Naht-Qualität. Mikro-WIG-Schweißen mit dem Lampert Micro Arc Welder erfüllt alle drei für Lab, Forschung, Sensor-Kleinserie und Medizintechnik.
Warum hermetisches Verschließen ein Prozess-Problem ist
Eine Kapsel, ein Sensor-Body oder ein Elektronikgehäuse hermetisch zu verschließen, ist selten eine Frage der Naht allein. Die eigentliche Randbedingung ist fast immer was mit dem Inhalt passiert – – radioaktive Seeds, Lithium-Elektrolyt, biologische Proben, luftempfindliche Katalysatoren, vorbestückte Sensor-Elektronik, kalibrierte Druckaufnehmer-Füllung. Wärme wandert. Vibration wandert. Kontamination wandert.
Damit verschiebt sich die technische Frage von „kann diese Naht gasdicht ausgeführt werden?“ zu „kann diese Naht gasdicht ausgeführt werden, ohne den Inhalt zu stören?“
Drei Eigenschaften sind dafür entscheidend, in dieser Reihenfolge:
- Naht-Dichtheit unter der anwendungsspezifischen Lecktrate. Typische Hermetik-Spezifikationen liegen zwischen 10⁻⁶ und 10⁻⁹ mbar·l/s Helium-Leckrate.
- Minimaler Wärmeeintrag auf den Inhalt. Die Kapselwand bekommt die Wärme; der Inhalt darf sie nicht sehen. Die Impulsdauer im Millisekunden-Bereich ist der Hebel.
- Reproduzierbarkeit über Chargen. Vorinstallierte Schweißkurven, dokumentierte Parameter und eine kontrollierte Werkstückaufnahme schlagen Bediener-Erfahrung allein.
Mikro-WIG-Schweißen mit dem Lampert Micro Arc Welder (MAW) adressiert alle drei systematisch.
Typische Anwendungen für Hermetic Sealing
Lab und wissenschaftliche Encapsulation:
- Brachytherapie-Kapseln. Radioaktive Seeds in dünnen Edelstahl- oder Titan-Kapseln verschweißen, ohne den Inhalt thermisch zu beeinflussen.
- Hochdruck-Kapseln. Platin- und Pt-Rh-Kapseln für Diamantstempelzellen-Experimente, hochdruck-experimentelle Petrologie.
- Glove-Box-Encapsulation. Luft- oder feuchtigkeitsempfindliche Proben in Inertgas-Atmosphäre verschließen.
- Referenz- und Standard-Kapseln für isotopische, Neutronenaktivierungs- und Spurenelement-Analytik.
Industrielle Sensorik und Elektronik:
- Drucksensor-Verschluss. IP67/IP68-Edelstahl-Sensorgehäuse hermetisch verschließen.
- Beschleunigungssensor- und Gyroskop-Kapseln. Luft- und vakuumdichte Sensor-Bauformen für Luftfahrt, Automotive, Messtechnik.
- Glas-Metall-Durchführungen veredeln. Finaler hermetischer Body-Verschluss am Sensor.
- Hermetische Elektronikgehäuse für Hochzuverlässigkeits-Anwendungen (Luftfahrt, Subsea, Verteidigung, Medizintechnik).
Medizintechnik:
- Implantierbare Sensoren und Stimulatoren. Titan- und Edelstahl-Gehäuse hermetisch verschließen, ohne die interne Elektronik thermisch zu beschädigen.
- Drug-Delivery-Kapseln. Hermetisch dichte Wirkstoff-Reservoire.
- Verkapselung empfindlicher Elektronik gegen Körperflüssigkeiten in aktiven Implantaten.
Werkstoffe für Hermetic Sealing
Die folgenden Werkstoffe sind für hermetische Verschluss-Schweißungen mit dem MAW etabliert:
| Werkstoff | Typischer Einsatz | Anmerkung |
|---|---|---|
| Edelstahl 1.4404 / 316L | Sensor- und Druckaufnehmer-Gehäuse, Brachytherapie-Kapseln | Sehr gut schweißbar, biokompatibel |
| Edelstahl 1.4307 / 304L | Allgemeine Lab-Encapsulation, Food-Grade-Anwendungen | Sehr gut schweißbar |
| Titan Grad 2 / Grad 5 | Implantierbare Gehäuse, korrosionskritische Lab-Kapseln | Sehr gut schweißbar, biokompatibel |
| Platin / Pt-Rh-Legierungen | Hochdruck-Kapseln, Diamantstempelzellen | Sehr gut schweißbar, dünne Wandstärken |
| Kovar (FeNiCo) | Glas-Metall-Durchführungen, Elektronik-Hermetik | Etabliert für hermetische Verbindungen |
| Nickelbasis (Inconel, Hastelloy) | Hochtemperatur-Sensorgehäuse | Sehr gut schweißbar |
| Tantal | Korrosionskritische Encapsulation | Bedingt, Probeschweißung empfohlen |
| Niob / Zirkon | Lab-Spezialanwendungen | Bedingt, Probeschweißung empfohlen |
Warum Mikro-WIG-Schweißen für hermetische Verschlüsse
- Minimaler Wärmeeintrag auf den Kapsel-Inhalt. Impulsdauern von 0,1 bis 34 Millisekunden halten das Kapsel-Innere praktisch auf Umgebungstemperatur, auch während der Verschluss-Schweißung. Bei Brachytherapie-Seeds, biologischen Proben, luftempfindlichen Substanzen und vorbestückter Sensor-Elektronik ist das der Unterschied zwischen einem brauchbaren Bauteil und einem beschädigten.
- Helium-Leak-tauglich. Bei sauberer Vorbereitung erreicht die Naht-Qualität reproduzierbar typische industrielle Hermetik-Spezifikationen.
- Reproduzierbarkeit durch vorinstallierte Schweißkurven. Der MAW bringt zwölf Werkstoff-Programme mit (Edelstahl, Titan, Nickelbasis, Platin, Kupfer, Aluminium mit dediziertem Aluminium-Modus, weitere). Parameter dokumentiert, Abläufe wiederholbar.
- Glove-Box-tauglich. Mit entsprechender Vorbereitung läuft der MAW in Inertgas-Atmosphären.
- Reine metallurgische Verbindung. Kein Flussmittel, keine Lötgrenze, keine Kontaminations-Pfade. Wichtig bei Lab-Einsätzen mit isotopischer oder chemischer Analytik.
- Kosten- und Bauraum-Vorteil gegenüber Laser bei Kleinserie. Vergleichbare Verschluss-Qualität bei einem Bruchteil der Laser-System-Investition, mobile Tisch-Bauform. Für Großserien bleibt Laser die wirtschaftlichere Wahl.
Vergleich zu alternativen Hermetic-Sealing-Verfahren
| Verfahren | Stärke | Schwäche | Beste Eignung |
|---|---|---|---|
| Mikro-WIG-Schweißen (Lampert MAW) | Einzelteile und Kleinserien, mobil, Tisch-Bauform mit Mikroskop, breites Werkstoffspektrum, niedrige Investition | Nicht für millionenfache Großserie ausgelegt | Lab, Forschung, Sensor-Kleinserie, Medizintechnik-Implantate |
| Laserschweißen | Hohe Präzision, automatisierbar, Großserie | Hohe Investition, stationär, raumgroßer Bauraum | Großvolumen-Serien mit definierter Geometrie |
| Elektronenstrahl-Schweißen | Tiefe, schmale Naht im Vakuum; sehr geringe Wärmeeinflusszone | Sehr teuer, Vakuumkammer-Pflicht | Hochwert-Hermetik in Luftfahrt |
| Glas-Metall-Durchführung (gelötet) | Standard für elektrische Durchführungen | Komponente, nicht Body-Verschluss | Elektrische Leitungsdurchführungen |
| Widerstands-Bahnschweißen | Tab-Welding, Großserie | Nur für definierte Geometrien | Lithiumzellen, Dosen-Verschlüsse |
| Ultraschallschweißen | Schnell, kein Wärmeeintrag | Werkstoff-eingeschränkt (Polymer) | Polymer-Hermetik |
Faustregel: Lab-Einzelteile, Forschungs-Kapseln, Sensor-Kleinserien oder Medizintechnik-Implantat-Gehäuse → MAW. Millionenfache Massenfertigung → Laser oder Widerstands-Bahnschweißen.
Praxis-Empfehlungen
Vorbereitung
- Werkstück gründlich vorreinigen. Ultraschall ist Standard. Verunreinigungen verursachen Porenbildung in der Naht.
- Bauteil vorab fertigbearbeiten. Versäubern, Beschriften, Oberflächenbehandlung vor der Schweißung.
- Inhalt vor Verschluss eingebracht. Reihenfolge: Inhalt einbringen → Kapsel verschließen.
Schweißparameter
- Niedrige Energie plus scharfe Wolfram-Elektrode für dünne Kapselwände. Praktischer Einstieg: 15–25 % Energie, 0,5–1,5 ms Impulsdauer.
- Schutzgas: Argon ≥ 99,9 % (Argon 4.6); optimaler Durchfluss ca. 2 l/min mit automatischem Vor- und Nachströmen.
- Bei sehr wärmeempfindlichem Inhalt zusätzlich thermische Maskierung (Lampert Art-Nr. 100 355) oder Wärmesenken-Aufnahme.
Validierung
- Helium-Leak-Test ist nach der Schweißung möglich; die erreichbare Leckrate hängt von Geometrie und Vorbereitung ab.
- Visuelle Inspektion unter Mikroskop. Saubere, oxidfreie Naht ohne Poren.
- Querschliff bei Erstmustern. Eindringtiefe und Naht-Qualität dokumentieren.
Geräte-Empfehlung: der Lampert Micro Arc Welder
| Spezifikation | Wert |
|---|---|
| Spitzenstrom (WIG) | 5–1.200 A |
| Impulsdauer | 0,1–34 ms |
| Minimale Werkstückdicke | 0,1 mm |
| Schweißpunkt-Durchmesser | 0,2–4,0 mm; >1 mm Einbrand mit 1,3-mm-Elektrode |
| Werkstoff-Programme (vorinstalliert) | 12 (Universal, Gold, Silber, Platin, Palladium, Bronze, Edelstahl, Titan, Aluminium, Zinn, Messing, Kupfer) |
| Aluminium-Modus | Dediziert, optimiert |
| Industrie-4.0-Schnittstelle | Modbus TCP/IP über LAN (21 dokumentierte Register) |
| Patentierte Schweißprozess-Regelung | Ja (Echtzeit-Fehlererkennung) |
| Schutzgas | Argon ≥ 99,9 %; ca. 2 l/min |
| Display | Hochauflösend, 768 × 576 Pixel |
| Gewicht | 10,9 kg |
| EU-Zertifizierung | EN 60974-6, EN 61000-6-2/-6-4, RoHS 2011/65/EU; UKCA-konform |
| Garantie | 3 Jahre, hergestellt und serviciert in Deutschland |
| Investition (Komplett-Einstieg) | ab ca. 7.000 EUR netto |
| Schulung | Eintägiger Workshop in Werneck (eigene Werkstücke willkommen) |
Vollständige Produktspezifikation: Lampert Micro Arc Welder Produktseite.
Häufige Fragen zum Hermetic Sealing
Ja. Die Encapsulation von Brachytherapie-Seeds ist eine etablierte Anwendung. Die Impulsdauer im Millisekunden-Bereich verschließt die Kapsel, ohne den radioaktiven Inhalt thermisch zu beeinflussen. Anwendungsspezifische Strahlenschutz-Auflagen sind seitens des Anwenders einzuhalten.
Ja, je nach Geometrie und Ziel-Leckrate. Bei sauberer Vorbereitung erreichen typische industrielle Hermetik-Spezifikationen zuverlässige Werte. Für Hochvakuum-Anwendungen (Leckrate < 10⁻⁹ mbar·l/s) vorab Probemuster validieren.
Ja, mit entsprechender Vorbereitung. Der MAW läuft in Inertgas-Atmosphären, wichtig für luft- oder feuchtigkeitsempfindliche Encapsulation.
Laser ist wirtschaftlicher für millionenfache Großserie (Lithiumzellen, Standard-Sensorpackagings). Der MAW ist überlegen für Lab-Einzelteile, Forschungs-Kapseln und Sensor-Kleinserien. Niedrigere Investition, mobile Bauform, breiteres Werkstoffspektrum und ein dedizierter Aluminium-Modus.
Ja. Platin- und Platin-Rhodium-Legierungen lassen sich sehr gut mit Mikro-WIG-Schweißen verschließen. Geeignet für Diamantstempelzellen-Experimente, hochdruck-experimentelle Petrologie und ähnliche Lab-Einsätze.
Argon ≥ 99,9 % (Argon 4.6), optimaler Durchfluss ca. 2 l/min mit automatischem Vor- und Nachströmen direkt am Gerät.
Elektronenstrahl-Schweißen erzeugt tiefere, schmalere Nähte in einer Vakuumkammer und wird für höchste Aerospace-Hermetik bevorzugt, kostet aber als Anlage ein Vielfaches. Branchenangaben zufolge beginnen die Maschinen bei rund 400.000 EUR, dazu kommt die Vakuumkammer-Infrastruktur. Für die meisten Lab- und Sensor-Anwendungen ohne Vakuumkammer liefert der MAW funktional gleichwertige Hermetik bei einem Bruchteil der Investition.
Das Lampert-Applikations-Team unter [email protected]. Kostenfreie Musterschweißung mit schriftlichem Schweißbericht ist möglich, bei Hermetic-Sealing-Anfragen besonders empfohlen, weil die Anwendungsspezifikationen stark variieren.
Fazit: wann Mikro-WIG-Schweißen für Hermetic Sealing die richtige Wahl ist
Für Lab-Kapseln, Forschungs-Encapsulation, Sensor-Kleinserien und Medizintechnik-Implantatgehäuse liefert der Lampert Micro Arc Welder die drei Eigenschaften, auf die es ankommt: druckdichte Nähte im typischen industriellen Hermetik-Bereich, Impulsdauern kurz genug, um den Kapsel-Inhalt zu schützen, und zwölf vorinstallierte Werkstoff-Programme für reproduzierbare Ergebnisse über Chargen. Die Investitionsschwelle von ca. 7.000 EUR für einen Komplett-Tischarbeitsplatz liegt eine Größenordnung unter vergleichbaren Laser-Systemen. Entscheidend, wenn das Produktionsvolumen im Dutzend- bis Tausenderbereich liegt statt im Millionenbereich.
Für millionenfache Großserien mit definierter Geometrie, Automotive-Sensorpackagings, Lithiumzellen-Verschluss, bleiben Laser- oder Widerstands-Bahnschweißen die wirtschaftlicheren Verfahren. Die beiden Ansätze ergänzen sich: ein typischer Workflow nutzt Mikro-WIG-Schweißen für Entwicklung, Prototyp-Validierung und Kleinserien-Produktion und stellt erst auf Laser um, wenn das Jahresvolumen die Laser-Investition rechtfertigt.
Für Probeschweißungen und anwendungsspezifische Beratung freut sich das Lampert-Applikations-Team über Anfragen an [email protected]. Ein schriftlicher Schweißbericht liegt jeder Probeschweißung bei.