Jahr: 2017

Thermomanagement durch Kunststoff – Wärmeleitfähige Kunststoffe clever eingesetzt

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Abbildung 1: Entwicklungsschema
„Wärmeleitfähige Kunststoffe“

Autoren: Thies Falko Pithan, Dipl.-Ing. Michael Tesch

Kunststoffe sind klassische Isolatoren, die sowohl für thermische als auch für elektrische Abschirmungen genutzt werden. Durch die vielseitigen Möglichkeiten der Additivierung eines Kunststoffs können jedoch sowohl Wärmeleitfähigkeiten wie auch elektrische Isolationseigenschaften in einem Material vereint werden. Es stellt sich die berechtigte Frage, warum durch aufwändige Material­modifizierung ein Isolationsmaterial zum Wärmeleiter umgewandelt werden sollte?

Für die Substitution von herkömmlichen Kühlkörpermaterialien durch wärmeleitfähige Kunststoffe sprechen neben den Additiverungsmöglichkeiten vielfältige Gründe: wirtschaftliche Fertigung, Leichtbau, neue Baugruppenkonzepte, hohe Gestaltungsfreiheit und/oder Funktionsintegration. Durch die Substitution von wärmeleitfähigen, oftmals metallischen Materialien können vor allem Anwendungen profitieren, die bislang mit Kühlkörpern zum Beispiel aus Aluminium hergestellt wurden. Weiterlesen

Gefahrstofflagerung: Technik und Bedienkomfort arbeiten Hand in Hand für die Sicherheit

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Türfeststellanlage

Die Technik ist da, um den Menschen in seiner Arbeit zu unterstützen. Oberste Prämisse dabei sollte stets eine optimale Funktion sein. Dazu gehört bei der Weiterentwicklung von Sicherheitsschränken auch, schon bei der Produktgestaltung die späteren Arbeitsabläufe zu berücksichtigen. Denn selbst die fortschrittlichste Technik kann sich beim Anwender kaum durchsetzen, wenn sie nicht einfach und intuitiv zu bedienen ist. In der Gefahrstofflagerung ist dieser Aspekt besonders wichtig, denn falsche Handhabung erhöht das Unfallrisiko.

Um Risiken zu minimieren ist es wichtig ein gutes Sicherheitskonzept zu haben und den tatsächlichen Gefahrstoffbedarf zu kennen: Wer nutzt welche Stoffe in welcher Menge? Wie oft am Tag werden die Stoffe benötigt und bei welchen Arbeits- oder Produktionsschritten? Sicherheitsschränke sind eine intelligente technische Lösung zur Lagerung von Gefahrstoffen direkt am Arbeitsplatz. Dadurch sind weite Wege in einen separaten Lagerraum überflüssig und jeder Mitarbeiter hat seine täglich benötigten Materialien in Griffnähe. Für eine bestmögliche Integration in bestehende Arbeitsabläufe sollten Sicherheitsschränke für den Anwender und sein Aufgabengebiet passend konfiguriert werden. Weiterlesen

Perlmutt als Vorbild für biomimetisches Design

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Stefan Reschke, Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner

Die Biomimetik, im deutschen häufig auch als Bionik bezeichnet, sucht einerseits gezielt nach Strukturen und Materialkombinationen in der Natur, die als direkte Vorbilder für technische Innovationen von Bedeutung sein können, siehe z.B. den Klettverschluss. Andererseits analysiert sie biologische Struktur- oder Organisationsprinzipien als solche und sucht danach Transfermöglichkeiten in technische sowie auch prozess- und organisationsbezogene Anwendungen. Im Bereich mechanischer Eigenschaften zeigen verschiedene natürliche Materialien wie Baumhölzer, Bambus, Knochen oder Muschelschalen Eigenschaftskombinationen, die bei klassischen Werkstoffen schlecht vereinbar scheinen, z.B. sehr hohe Härte mit sehr hoher Bruchzähigkeit. Hier bieten die in der Natur typischen hierarchischen mikro-nano-Architekturen, gepaart mit vielfältigen Wechselwirkungen an den inneren Grenzflächen dieser natürlichen Materialien, vielversprechende Designvorlagen. Weiterlesen

Exotische Inseln für magnetische Festplatten

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Inseln der Stabilität
© MPI für Mikrostrukturphysik

Antiskyrmionen könnten einen Datenspeicher ermöglichen, der schnell, robust und sparsam im Energieverbrauch ist

Big Data ist ein Motor moderner Entwicklungen – in vielen Bereichen der Gesellschaft: Große Datenmengen helfen, die medizinische Versorgung zu verbessern, sie könnten die Industrieproduktion effizienter machen, und auf vielen Gebieten der Wissenschaft geht heute schon nichts mehr ohne sie. Voraussetzung dafür ist, dass sich Information in Form von Datenbits auf immer leistungsfähigeren magnetischen Festplattenlaufwerken speichern lässt. Eine Entdeckung von Wissenschaftlern der Max-Planck-Institute für Mikrostrukturphysik in Dresden und für chemische Physik fester Stoffe in Halle könnte helfen, Festplatten robuster, schneller und sparsamer im Energieverbrauch zu machen. Denn die Forscher haben in einem neuartigen Material einen bislang unbekannten Typ magnetischer Nano-Objekte entdeckt: das Antiskyrmion, das als magnetisches Bit in naher Zukunft einen Racetrack-Speicher – ein Festplattenlaufwerk ohne bewegliche Teile – Realität werden lassen könnte. Weiterlesen

Flexibler Leichtbau für individualisierte Produkte durch 3D-Druck und Faserverbundtechnologie

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© Foto Fraunhofer IPT
Hybrid-Thermoplast-Prototyp mit 3D-gedruckter Struktur

Hohe Werkzeugkosten und eine unzureichende Bauteilfestigkeit verhindern heute noch oft die wirtschaftlich effiziente Produktion belastungsfähiger, individualisierter Produkte. Zur Herstellung solcher Produkte könnte daher schon in naher Zukunft ein kombiniertes Fertigungsverfahren aus 3D-Druck und Faserverbund-Technologie zum Einsatz kommen: 3D-Druck für die maximale Flexibilität in Form und Funktion und ein Umformverfahren für Faserverbundkunststoff, der die Stabilität des Bauteils gewährleistet. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen stellt die im BMBF-geförderten Projekt »LightFlex« entwickelte, flexible Prozesskette vom 19. bis 21. September 2017 in Stuttgart auf der Composites Europe vor und gibt in Halle C2 am Stand A42 sowie im Rahmen eines Fachvortrags Einblicke in die adaptive und vernetzte Produktion von Leichtbaukomponenten. Weiterlesen

Maschinenpark wartet sich selbst

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© Foto Fraunhofer IPA
Im EU-Forschungsprojekt SelSus entwickelter, sich selbst reparierender Dispenser des Projektpartners Manufacturing Technology Centre für die Motorenproduktion

Im EU-Projekt SelSus arbeiten Fraunhofer-Wissenschaftler im Konsortium mit Partnern aus der Industrie und Forschung an einer Technologie, die Maschinenausfälle in der Produktion prognostiziert, bevor sie auftreten. So kann der Betriebsleiter Fehler beheben, ehe die Maschine nicht mehr funktioniert. Manche Defekte beseitigt das System sogar automatisch. Weiterlesen

Wärmeleitfähigkeit bei hohen Temperaturen

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© Foto Fraunhofer IFAM Dresden
Anordnung des Messaufbaus mit Vakuumbehälter im Ofen.

Die Bestimmung der thermischen Eigenschaften von Materialien ist in vielen Anwendungsbereichen essenziell. Insbesondere die Wärmeleitfähigkeit hat einen unmittelbaren Einfluss auf alle wärmetechnischen Anwendungen der Werkstoffe. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM in Dresden haben nun einen kompakten Versuchsaufbau entwickelt, mit dem die Wärmeleitfähigkeit auch von porösen bzw. anisotropen Werkstoffen sowie Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden bei höheren Temperaturen zuverlässig gemessen werden kann. Typische Materialsysteme sind z. B. offen oder geschlossen poröse Kunststoffe, Metalle oder Keramiken sowie Schicht- oder Faserverbundstrukturen aus unterschiedlichsten Materialien (organische und anorganische Stoffe). Weiterlesen

Faszinierend wie Magie: „Bauteilvermessung mit Licht“

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Prüfzelle

Die berührungslose Vermessung von Bauteilen erfolgt mit dem OCT System 50-mal schneller als mit konventionellen Vision-Systemen und genauer als ein Mikrometer. In unserer OCT-Anlage werden in einem Messvorgang Schichtdicken, Abmessungen, Volumen, die Parallelität oder die Planarität von Ebenen exakt vermessen.

Anlage zur Vermessung thermisch umgeformten Bauteilen

Eine Prüfanlage zur Vermessung der Geometrie von thermisch umgeformten Bauteilen (z.B. Prüfanlage für Kaffeekapseln) besteht aus zwei OCT-Kameras mit integrierten ASP Arrays. Die Kameras erfassen das Volumen im exakt definierten Zwischenraum. Der DUAL-Messkopf ist auf einer stabilen Plattform montiert und sitzt auf einem Koordinatensystem mit einer Schrittauflösung von 100 nm. Weiterlesen

Erzeugung von Hybridbauteilen aus additiv gefertigten Kunststoffbauteilen und metallischen Grundkörpern mittels laserbasiertem Schmelzkleben

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Bild 1: Schematische Darstellung des Verfahrensprinzips

Die Nachfrage nach Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen nimmt seit Jahren zu. Hybridbauteile ermöglichen dabei durch eine optimale Ausnutzung der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften von Kunststoffen und Metallen an verschiedene Lastfälle angepasste lokal variable Bauteileigenschaften. Neben konventionellen Fertigungsverfahren, wie dem Verkleben der unterschiedlichen Werkstoffe, stellt das laserbasierte Schmelzkleben einen vielversprechenden und innovativen Ansatz dar [1]. Der Prozess ermöglicht eine flexible und berührungslose Herstellung von Kunststoff-Metall-Hybriden. Die verschleißfreie Wirkungsweise des Laserstrahls führt zu einer lokalen, berührungslosen Erwärmung des zu fügenden Metalls (Bild 1). Das darunterliegende Kunststoffbauteil wird aufgrund der Wärmeleitung lokal aufgeschmolzen und benetzt unter Druck die metallische Oberfläche, sodass nach einer Abkühlphase eine feste Verbindung zwischen den Werkstoffen ohne den Einsatz eines zusätzlichen Klebstoffs entsteht. Weiterlesen

Recycling von carbonfaserverstärkten Kunststoffen

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Dr. Diana Freudendahl, Stefan Reschke, Dr. Ramona Langner

Der Leichtbau und die Entwicklung entsprechender Werkstoffe werden weiterhin stark vorangetrieben und ihre Anwendungsfelder nehmen stetig zu. Neben den Leichtmetallen sind hier vor allem Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe (FVK) von Interesse. Aufgrund strenger rechtlicher Bestimmungen sowie ökologischer und ökonomischer Überlegungen wird dabei mittlerweile nicht mehr nur die Herstellung der Materialien betrachtet, sondern zunehmend bereits vor deren Einsatz auch ihr Verbleib nach Lebensende geklärt. Während viele Werkstoffe bereits gut recycelt werden können, stellen insbesondere die noch relativ jungen carbonfaserverstärkten Kunststoffe (CFK) eine Herausforderung dar. Verwertbare Abfälle fallen über den gesamten Produktentstehungs- und lebenszyklus an und die Herstellung der eingebetteten Carbonfasern ist sehr energie- und kostenintensiv, weshalb das Recycling auch ökonomisch sinnvoll ist. Hinzu kommt, dass die Deponierung stark reglementiert ist und die rechtlich geforderten Recyclingquoten bereits jetzt sehr hoch sind; für die Automobilbranche liegt sie beispielsweise bei 95%. Weiterlesen