Jahr: 2018

Neuartige Preformen aus hochsteifen technischen Fasern für Verbundkeramiken

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Abbildung 1: Einteilung der textilen Gebilde in Anlehnung an DIN 60000

Um neuartige, faserverstärkte keramische Verbundwerkstoffe (CMC = Ceramic Matrix Composites) bei Temperaturen oberhalb 1000 °C dauerhaft einsetzen zu können, erarbeitet der Lehrstuhl Keramische Werkstoffe (Universität Bayreuth) gemeinsam mit unterschiedlichen Projektpartnern Konzepte für neue textile Preformen aus keramischen Hochleistungsfasern. Übergeordnetes Ziel der Zusammenarbeiten ist es, Lücken zum internationalen Stand der Technik zu schließen und neue Erkenntnisse zu schaffen. Im folgenden Artikel werden die Anforderungen an Preformen erläutert, sowie neuartige textile Fertigungstechniken und Anwendungsbeispiele gezeigt. Weiterlesen

Gradierte Massivwerkstoffe

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Dr. Heike Brandt, Dr. Diana Freudendahl, Dr. Ramona Langner

Der zunehmende Bedarf an Miniaturisierung und Gewichtseinsparung führt dazu, dass die Anforderungen an Werkstoffe steigen und darüber hinaus immer häufiger auch zusätzliche Funktionalitäten übernommen werden sollen. Dies kann oft nicht von einem Werkstoff alleine erfüllt werden und unterschiedlichste Polymere, Metalle und Keramiken werden innerhalb der einzelnen Werkstoffklassen oder aber Werkstoffklassen-übergreifend kombiniert. In vielen Fällen weisen solche homogenen Komposite jedoch abrupte Eigenschaftsübergänge auf, die speziell bei starker mechanischer oder thermischer Belastung Schwachstellen darstellen können. Das Konzept der Gradientenwerkstoffe mit kontinuierlichen Eigenschaftsübergängen wurde Mitte der 1980er-Jahre in Japan geprägt, indem sie nicht nur theoretisch beschrieben, sondern als Barriere für extreme thermische Spannungen, wie sie in der Raumfahrt auftreten, herangezogen wurden. Weiterlesen

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

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Abbildung 1: Anordnung der Proben um die Strahlungsquelle für die künstliche Bewitterung,
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uelle: Fraunhofer IPA

Klimatische Belastungen im Labormaßstab nachstellen

Unter dem Begriff Klima werden alle meteorologischen Vorgänge für einen definierten Zeitraum zusammengefasst, die an einem Ort unterschiedliche Wetterzustände hervorrufen und den Schwankungen eines tages- und jahreszeitlichen Rhythmus unterliegen. Die Hauptbelastungsarten für lackierte Kunststoffbauteile durch das Klima sind die Sonnenstrahlung, das Wasser, die Temperatur sowie weitere sekundäre Effekte wie Schadstoffe in der Luft, saurer Regen und klimaabhängige biologische Einflüsse. Weiterlesen

Neue Simulation zur Kaltrissbildung bei hochfesten Stählen

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© Fraunhofer IWM
Die neue Simulationsmethode hilft, Laserschweißprozesse zu optimieren: Lichtmikroskopische Aufnahme des Schweißnahtgefüges einer Laserschweißverbindung (links) im Vergleich mit der berechneten lokalen diffusiblen Wasserstoffkonzentration in Abhängigkeit von Temperatur-Zeit-Verlauf und Schweißeigenspannungen (rechts).

Hochfeste Stähle spielen im modernen Fahrzeug- und Maschinenbau eine wesentliche Rolle. Werden diese Stähle bei der Herstellung von Bauteilen geschweißt, können bewegliche Wasserstoff-Atome im Material Probleme verursachen: Die Atome sammeln sich langsam an Bauteilbereichen mit hohen Eigenspannungen an und machen dort den Stahl spröde. Die Folge sind sogenannte Kaltrisse, die für Bauteilausschuss sorgen können. Dr. Frank Schweizer vom Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM hat nun eine Simulations-Methodik entwickelt, mit der Bauteilhersteller diese Kaltrissneigung bewerten und ihre Produktion entsprechend anpassen können. Weiterlesen

Sensoraufkleber verwandeln menschlichen Körper in Multi-Touch-Oberfläche

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Sie ähneln hauchdünnen Pflastern, ihre Form ist frei wählbar und sie funktionieren an jeder Körperstelle. Mit solchen Sensoren auf der Haut lassen sich mobile Geräte wie Smartphone und Smartwatches intuitiver und diskreter bedienen als das bisher der Fall war. Informatiker an der Universität des Saarlandes haben nun Sensoren entwickelt, die sogar Laien mit etwas Aufwand herstellen können. Das Besondere: Die Sensoren erlauben es erstmals, Berührungen auf dem Körper sehr genau und von gleich mehreren Fingern zu erfassen. Ihre Prototypen haben die Forscher erfolgreich in vier unterschiedlichen Anwendungen getestet. Weiterlesen

Individuelle Designwünsche in Echtzeit prüfen

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Massenprodukte auf individuelle Kundenwünsche anpassen, ist ein Zukunftsversprechen der Industrie 4.0. Dieses lässt sich nur umsetzen, wenn es geeignete Prüfverfahren für die Machbarkeit der individuellen Designs eines Produkts gibt. Fraunhofer-Forscher zeigen auf der diesjährigen MS Wissenschaft eine Simulationslösung, die automatisch feststellt, ob sich das vom Kunden gewünschte Design überhaupt realisieren lässt.

Das Fraunhofer-Institut für Graphische Datenverarbeitung IGD in Darmstadt hat eine Simulationssoftware entwickelt, die die Machbarkeit von individuellen Designwünschen sofort prüft. Das bietet Kunden und Herstellern neue Möglichkeiten, Massenprodukte zu individualisieren. Weiterlesen

Fraunhofer IMWS entwickelt biobasierte Faser-Kunststoff-Verbunde für Leichtbau-Anwendungen

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© Fraunhofer IMWS
Biobasierte Laminate auf der Basis einer Polymilchsäure-Polypropylen-Matrix im Verbund mit unidirektional ausgerichteten Celluloseregeneratfasern in verschiedenen Aufbauten.

Autos sollen leichter und damit umweltschonender werden. Ein wichtiger Ansatz dabei ist es, metallische Bauteile durch Faser-Kunststoff-Verbunde mit gleicher Stabilität zu ersetzen. Ein Team des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) hat gemeinsam mit Partnern endlosfaserverstärkte Kunststoff-Verbunde entwickelt, die nicht nur sehr gute Leichtbau-Eigenschaften besitzen, sondern sogar auf Basis nachwachsender Rohstoffe hergestellt worden sind. Weiterlesen

Bionische Datenspeicher

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

Die Speicherung und Bereitstellung großer Datenmengen auf kleinstem Raum wird derzeit hauptsächlich durch das Nutzerverhalten im boomenden Markt mobiler Endgeräte sowie das sich entwickelnde „Internet of Everything“ (mit Einzelaspekten wie z.B. Industrie 4.0, Smart Home, Product-as-a-Service) zu einem kritischen Faktor in Bezug auf Nutzerzufriedenheit und Wirtschaftlichkeit. Parallel dazu sinkt nach wie vor die durchschnittliche Nutzungsdauer mobiler Computer und Kommunikationsgeräte, was anhaltend zu steigenden Umweltbelastungen v.a. in der dritten Welt führt. Laut einer UNEP-Studie werden weltweit jährlich über 50 Mio Tonnen Elektronikmüll produziert, der nicht biologisch abbaubar ist. Dessen Recycling erfolgt mangels Anlagenkapazität, aufgrund komplexer Bauteilstrukturen und Werkstoffmischungen sowie insbesondere auch hoher Kosten bislang nur sehr unvollständig. Überwiegend wird er weltweit in Armutszonen verschifft und dort deponiert bzw. unkontrolliert verwertet. Weiterlesen

Prozessabsicherung bei der Entwicklung lackierter Kunststoffteile

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Verbundfestigkeit und Haftung der Lackfilme

Eine hohe Haftfestigkeit ist eine grundlegende Voraussetzung für die Funktion und Langlebigkeit von Beschichtungen. Die Haftfestigkeit von Lackfilmen auf Kunststoffbauteilen besteht in der Wirkung von Anziehungskräften zwischen verschiedenen Stoffen (Adhäsion). Diese Adhäsionskräfte sind abhängig von der Benetzung des Bauteils durch den flüssigen Lack, der Art der entstehenden Wechselwirkungen in der Grenzfläche und den daraus resultierenden, meist zwischenmolekularen Bindungen.

Abbildung 1: Aufnahmen mittels Lichtmikroskop – typischer Lackaufbau, links Exterieurbauteil, rechts Interieurbauteil, Bildquelle: Fraunhofer IPA

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Porositätscharakterisierung von CFK-Werkstoffen mit der Mikro-Computertomografie

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Es gibt unterschiedliche fertigungsbezogene Fehlstellen in karbonfaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und sie haben meist eines gemeinsam: Die Verminderung der mechanischen Festigkeit. Porosität hat in CFK-Werkstoffen einen wesentlichen Einfluss auf die Übertagung von Schubkräften. Die intralaminare Scherfestigkeit nimmt bis ca. 4 Vol.-% Porosität näherungsweise um ca. 7 % je Volumenprozent ab. Eine präzise Ermittlung des Porositätsgehalts kann daher entscheidend für das Versagen von industriellen Bauteilen sein. Gerade im Bereich der Luftfahrt kann das mit verehrenden Folgen verbunden sein. Großflächige Untersuchungen hinsichtlich der Porosität sind hier sehr wichtig.

Abb.1: Verschiedene Porenformen in CFK-Werkstoffen

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