Jahr: 2019

Legierungsentwicklung für die Additive Fertigung

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Bild 1: Feine Lamellenstruktur einer mit LMD hergestellten eutektischen Legierung auf Al-Basis

Andreas Weisheit, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik

Unter dem Begriff der Additiven Fertigung, auch als 3D Druck bezeichnet, werden heute zahlreiche Verfahren subsummiert. Für metallische Werkstoffe sind die laserbasierten Verfahren im Pulverbett (Laser Powder Bed Fusion, LPBF) und mit Pulver- oder Drahtzufuhrdüse (Laser Metal Deposition, LMD) die wichtigsten, die auch als Laser Additive Manufacturing (LAM) zusammengefasst werden. In beiden Verfahren wird der Werkstoff vollständig aufgeschmolzen und Schicht für Schicht zu einem Bauteil aufgebaut. Die werkzeuglose Fertigung bietet ein hohes Maß an Individualisierung und (fast) unbegrenzte Design-Möglichkeiten. LAM hat in den letzten zwei Jahrzehnten eine rasante Entwicklung erfahren. Am Anfang waren es nur Prototypen, die mit diesem Fertigungsverfahren hergestellt wurden. Rasch kam dann die Herstellung von Unikaten (z. B. Implantate) und Einzelteilen (z. B. Werkzeugeinsätze) hinzu. Heute bewegt sich das Verfahren in Richtung einer Serienfertigung bis zu mehreren Zehntausend Teilen im Jahr. In Forschung und Industrie wird derzeit intensiv an hierfür notwendigen Voraussetzungen wie der Erhöhung der Produktivität, der Qualitätssicherung und der Integration in Prozessketten gearbeitet. Weiterlesen

Datenanalyse & prädiktive Modellbildung zur Flexibilisierung der Aluminiumelektrolyse

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Abbildung 1: Eine von insgesamt drei Elektrolysehallen bei der TRIMET Aluminium SE in Essen. Jede Halle beheimatet insgesamt 120 Elektrolyseöfen (© TRIMET Aluminium SE)

Im Zuge der Energiewende werden konventionelle Energieerzeugungsquellen zunehmend durch Erzeugungsanlagen ersetzt, die auf erneuerbare Energien basieren. Der Großteil der erneuerbaren Energieerzeugung besitzt eine starke Wetterabhängigkeit, was zu einer erheblichen Fluktuation in der Stromerzeugung führt. Eine Lösung für diese Problematik ist die Flexibilisierung der industriellen Nachfrage nach Strom. Weiterlesen

Mikroskopische Schutzhülle für bessere Speicher

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2D-Modell von Ni-reichen Kern-Schale-Partikeln: Bild a) kristallographische Orientierung der einzelnen Körner in einem Kerne-Schale-Partikel Bild b) das für die Rechnung verwendete Netz Bilder c) bis f) berechnete Zug- und Druckspannungs-Verteilungen im geladenen Zustand der Batterie für normale (c,e) und Kern-Schale-Partikel mit verringerten Intensitätsmaxima am Rand (d,f) Copyright: Robert Mücke / Forschungszentrum Jülich

Lithium-Ionen-Akkus sind mit ihrer langen Lebensdauer und hohen Energiedichte anderen wieder aufladbaren Batteriesystemen weit überlegen. Dennoch sind sie für viele Anwendungen, etwa Elektroautos, noch immer unzureichend. Einer der Gründe dafür liegt im Kathodenmaterial der Akkus. Wissenschaftler aus Jülich und Südkorea forschen an einem Werkstoff, der die Batterien künftig leistungsfähiger machen könnte.

Die Batterie ist das Herzstück eines jeden Elektrofahrzeugs. Momentan kommen dabei fast ausschließlich Lithium-Ionen-Akkus zum Einsatz. Sie vertragen viele Ladezyklen und ihre Energiedichte, bzw. Entladekapazität, hat sich seit ihrer Einführung in den frühen neunziger Jahren mehr als verdoppelt. Trotzdem sind selbst moderne Lithium-Akkus noch immer unzureichend für E-Fahrzeuge, die eine breitere Verbraucherbasis ansprechen können: zum einen wegen der hohen Kosten, doch vor allem wegen der immer noch zu kurzen Reichweite pro Ladung. Weiterlesen

Ökologische Klebstoffe aus Pflanzenöl

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© Fraunhofer IMWS
Zwei Metallstücke sind mit der nachhaltigen Klebstoffformulierung verbunden. Im Hintergrund: Leinölepoxidproben für die Klebstoffprüfung mit flüssigem (gelb) und pastösem Härter (weiß) sowie mit Organosolv-Lignin (schwarz).

Die Nachfrage nach grünen Produkten steigt. Doch nachhaltig sind Waren erst dann, wenn die verwendeten Klebstoffe und Lacke ebenfalls aus biobasierten Rohstoffen hergestellt werden. Materialkonzepte aus Fraunhofer-Laboren sollen helfen.

Bioprodukte boomen. Denn statt Massentierhaltung und Chemikalien-Cocktails auf den Feldern wünschen sich viele Verbraucher sattgrüne Weiden für die Tiere, möglichst unbehandeltes Obst und Gemüse sowie Textilien aus ökologisch erzeugter Baumwolle. Allerdings ist es nicht damit getan, Kunststoffe durch Materialien wie Holz oder Kork zu ersetzen. Wirklich nachhaltig sind die Produkte nur dann, wenn auch die Klebstoffe und Lacke aus biobasierten Rohstoffen hergestellt werden. Weiterlesen

Neues Netzteil lässt Elektrogeräte länger leben

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Kompakt aber langlebig: Das am KIT neuentwickelte Netzteil überwindet die Schwächen der heute verbreiteten Geräte. (Foto: Markus Breig, KIT)

Wissenschaftler haben ein neues Steuerungsverfahren für Netzgeräte entwickelt, das die Lebensdauer der Endgeräte deutlich erhöht

Vom Ladegerät für das Smartphone über das Netzteil des Laptops oder der Waschmaschine bis zu LED-Leuchten oder der Ladestation für E-Autos – bei der Stromversorgung von Elektrogeräten sind Schaltnetzteile allgegenwärtig. Sie wandeln den Wechselstrom aus der Hausleitung in den vom Gerät benötigten Gleichstrom um. Das Problem: Die Netzteile sind fehleranfällig, was auch die Lebensdauer der Endgeräte verkürzt. Forscherinnen und Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) haben jetzt ein deutlich langlebigeres Netzteil entwickelt. Weiterlesen

RadarGlass: Funktionale Dünnschicht-Strukturen für integrierte Radarsensoren

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© Fraunhofer ILT, Aachen.
Mit einer elektrisch leitfähigen Dünnschicht für die Abdeckung von Schweinwerfern lassen sich Radarstrahlen gezielt formen und lenken.

Es ist zwar nur ein unscheinbares Stück Papier, doch es handelt sich um einen wichtigen Meilenstein für das autonome Fahren: Die Rede ist von einem Ende 2018 angemeldeten Patent für eine Entwicklung des Verbundprojektes RadarGlass. Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen, das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP aus Dresden und das Institut für Hochfrequenztechnik IHF der RWTH Aachen haben ein Schichtsystem entwickelt, das die Integration von Radarsensoren in PKW-Frontscheinwerfer ermöglicht. Weiterlesen

Praxistest bestanden: Haifischhautlack steigert den Stromertrag von Windenergieanlagen

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© Mertcan Bayar, E.ON Climate and Renewables, Schweden
Montage der mit einem Riblet-Lack beschichteten Rotorblätter.

Einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leistet Windstrom. Innerhalb des EU-Projekts »Riblet4Wind« stellte sich ein Team aus sieben Projektpartnern der Herausforderung, die Aerodynamik von Windkraftflügeln effizienter zu gestalten. Ein Ansatz dabei war den Luftwiderstand zu verringern. Im  Flugzeugbau wurde gezeigt, dass die am Fraunhofer IFAM entwickelte funktionelle Beschichtung mit mikroskopisch kleinen Rillen – Riblet-Lack genannt – den Luftwiderstand reduziert und Treibstoff einspart. Dieses Know-how haben sich die Wissenschaftler zunutze gemacht und die Technologie an Rotorblätter einer Windkraftanlage angepasst. Die Tests unter realen Bedingungen ergaben vielversprechende Ergebnisse. Weiterlesen

Keramik-Werkstoffe spielen Schlüsselrolle

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Kager liefert Produkte auf Keramikbasis für Forschungsprojekt zur Elektromobilität  

An vielen deutschen Hochschulen laufen derzeit ambitionierte Forschungsprojekte zur Zukunft der Elektromobilität. Oft geht es dabei um sehr fertigungsnahe Aspekte wie etwa die flexible Herstellung leistungselektronischer Schaltungsträger mittels additiver Druckverfahren. Der Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik an der Friedrich-Alexander-Universität in Erlangen-Nürnberg erhielt beispielsweise im Herbst 2018 grünes Licht für ein neues Forschungsvorhaben zu dieser Thematik. Als Lieferant keramischer Faserprodukte und Klebstoffe ist das Dietzenbacher Industrie-Handelshaus Kager mit eingebunden in dieses Innovationsprojekt. Lesen Sie hier, wie es dazu kam.

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Dallmeier nutzt SPETEC Reinraum: Klarheit hoch fünf

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Autorin: Barbara Fischer-Reineke

Bei der Montage von Kamerasensoren können schon winzigste Staubpartikel zu riesigen Störfaktoren werden. Je hochauflösender die Kameras, desto mehr. Um jegliche Verunreinigung bei ihren Videotechnik-Systemen zu vermeiden, hat sich die Dallmeier electronic GmbH & Co. KG in ihrer Regensburger Produktionshalle für die Installation eines Klasse 5-Reinraums von SPETEC entschieden. Nun ist für reinste Klarheit gesorgt. Weiterlesen

Wirkung neuartiger KSS mit veränderten Inhaltsstoffen auf die Langzeitbeständigkeit von Polycarbonat als Sichtschutzfenster in der spanenden Bearbeitung (KSS-PC)

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Einleitung

Seit dem der Werkstoff Polycarbonat (PC) in trennenden Schutzeinrichtungen (TSE) von Werkzeugmaschinen eingesetzt wird, ist eine Vielzahl an Untersuchungen hinsichtlich der Alterung von PC durchgeführt worden. Bekannt und auch in geltenden Richtlinien festgehalten ist, dass die Alterung von PC eine Reduzierung der Rückhaltefähigkeit Y bewirkt. Gesetzliche Vorgaben für die Herstellung von Kühlschmierstoffen (KSS) führen zu Modifikationen der Inhaltsstoffe. Es besteht der Verdacht, dass diese neuen Kompositionen der KSS möglicherweise zu einer beschleunigten Alterung von PC führen.

Wissenschaftler des Instituts für Werkzeug­maschinen und Fabrikbetrieb (IWF) der Technischen Universität Berlin untersuchen deshalb in Kooperation mit dem Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e.v. (VDW), ob ein verstärkter Einfluss neuartiger KSS auf den Alterungsprozess von PC dargestellt werden kann. An gealtertem PC wird die Rückhaltefähigkeit Y im Aufprallversuch sowie die Bruch­dehnung εb im Zugversuch ermittelt. Außerdem werden Untersuchungen hinsichtlich der umgebungsbedingten Spannungsrissbildung (ESC) mit verschiedenen Referenzfluiden durchgeführt. Die hier präsentierten Ergebnisse sollen zukünftig in ein Modell einfließen, mit dem die Alterung von PC bei der Simulation von Aufprallprüfungen berücksichtigt werden kann. Weiterlesen