Jahr: 2022

3D-Druck von Stelliten gelungen

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Bild 1: Gefüge von 3D-gedrucktem Stellite Celsit 21, geätzt mit Murakami (Fem18)

Bild 1: Gefüge von 3D-gedrucktem Stellite Celsit 21, geätzt mit Murakami (Fem18)

Stellite als Verschleißschutzlegierungen aus Kobalt, Chrom, Wolfram oder Molybdän, Nickel, Eisen und 0,3 bis 3,2 % Kohlenstoff haben sich einen festen Platz in der Technik gesichert. Erzeugt werden sie durch Gießen, Sintern oder als Beschichtung durch verschiedene Schweiß- oder Strahlverfahren. So besitzen Stellite bei Beanspruchungen auf abrasiven, adhäsiven und korrosiven Verschleiß Eigenschaften, die sie für eine Reihe von anspruchsvollen Anwendungen interessant machen. Durch die bisherigen Fertigungsverfahren war es nicht möglich, filigrane Strukturen wie oberflächennahe Kühlkanäle oder Ähnliches zu realisieren.

In einem gemeinsamen Forschungsprojekt des Instituts für Werkzeugforschung und Werkstoffe Remscheid (IFW) und dem Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen der Leibniz-Universität Hannover (IFUM) ist es den Remscheider Mitarbeiter*innen gelungen, Stellitepulver für das selektive Laserstrahlschmelzen (LPBF/SLM) zu qualifizieren. Genutzt wurden Pulver der Deutschen Edelstahlwerke (DEW) vom Typ Celsit 21 und Celsit F. Dabei war es möglich, Celsit 21 ohne Vorwärmung mit einer Härte von 42 HRC und einer relativen Dichte von > 99,75 % zu drucken. Weiterlesen

Indoor Photovoltaik

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

Klima und Energie sind aktuell zwei zen­trale Themen in Gesellschaft, Politik und Wirtschaft. Dies spiegelt sich auch im Bereich der Forschung und Entwicklung damit verbundener Technologien wider. Als nachhaltige Systeme zur Stromerzeugung spielen hier auch die verschiedenen Formen der Photovoltaik (PV) eine besondere Rolle. Bei dem speziellen Anwendungsbereich der Indoor Photovoltaik (IPV) werden Solarzellen in Innenräumen genutzt, in denen gedämpftes Tageslicht sowie Licht aus künstlichen Quellen (z. B. Glühlampen, Halogenlampen, Leuchtstofflampen und LED-Lampen) vorherrschen. Neben einer deutlich geringeren Lichtintensität (200-1000 Lux, Sonnenlicht: ~100.000 Lux), handelt es sich auch um Licht mit spezifischen Wellenlängen, die ausschließlich im sichtbaren Bereich liegen und deren Absorption bei herkömmlichen Solarzellen weniger gut ausgeprägt ist. Die IPV hat die Aufmerksamkeit der Forschung auf sich gezogen, weil sie eine nachhaltige Energiequelle für die Stromversorgung z. B. von kleinen und kleinsten Verbrauchern in Innenräumen darstellen kann. Gerade in Gebäuden wie beispielsweise Krankenhäusern, Polizeiwachen oder Forschungs- und Bildungseinrichtungen ist das Licht bis zu 24 Stunden am Tag an. Hier könnten zum Beispiel Sensoren für Temperatur, Luftfeuchte, CO2 oder tragbare Elektronik dauerhaft mit IPV betrieben werden. Weiterlesen

Additiv gefertigte Batterien

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

Im Bereich der Energiespeicher ist seit geraumer Zeit eine enorme Dynamik bei der Entwicklung neuer Konzepte und Speichermaterialien zu beobachten, da sich der generelle Trend zur Miniaturisierung von drahtlosen Sensoren, Aktoren sowie zur Nutzung aktiver Transponder zur Radiofrequenz-Identifikation fortsetzt. Außerdem setzt sich langsam die Elektrifizierung unterschiedlichster, auch großer und schwerer Verkehrsmittel durch.

Der Aspekt der additiven Fertigung, auch als 3D-Druck bezeichnet, als mögliche Methode zur Produktion von Energiespeichern ist vergleichsweise neu. Der Schwerpunkt dieser Bemühungen liegt bei den sekundären Batteriesystemen, auch Akkumulatoren genannt, die wieder aufgeladen werden können, sowie primären Batteriesystemen, die nicht für eine Aufladung vorgesehen sind. Weiterlesen

Detektion von Wasserstoff durch Glasfasersensoren

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© iStock Überschreitet die Wasserstoffkonzentration in der Luft einen Schwellenwert von vier Prozent, was bei ausreichend Druck in einem Wasserstofftank schnell erreicht werden kann, genügt ein einzelner Funken, um eine Explosion auszulösen. Mit Sensoren aus Glasfasern zur Wasserstoffdetektion versuchen Forschende am Fraunhofer HHI dies zu verhindern.

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Überschreitet die Wasserstoffkonzentration in der Luft einen Schwellenwert von vier Prozent, was bei ausreichend Druck in einem Wasserstofftank schnell erreicht werden kann, genügt ein einzelner Funken, um eine Explosion auszulösen. Mit Sensoren aus Glasfasern zur Wasserstoffdetektion versuchen Forschende am Fraunhofer HHI dies zu verhindern.

Wasserstoff spielt in der deutschen Energie- und Klimapolitik eine zentrale Rolle. Kommt er zum Einsatz, sind Sicherheitsmaßnahmen von entscheidender Bedeutung. Denn im Unterschied zu anderen gasförmigen oder flüssigen Energieträgern besteht bei Wasserstoff neben einer erhöhten Brandgefahr durch Leckagen unter bestimmten Bedingungen auch Explosionsgefahr. Um die Sicherheit im Umgang mit Wasserstoff noch weiter zu erhöhen, arbeiten Forschende am Fraunhofer-Institut für Nachrichtentechnik, Heinrich-Hertz-Institut, HHI an Glasfaser-basierten Sensoren zu dessen Detektion, die herkömmlichen Sensoren in vielerlei Hinsicht überlegen sind.

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Licht macht Ionen beweglich

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Lithium-Ionen-Akkus, Brennstoffzellen und viele andere Devices sind auf eine gute Beweglichkeit von Ionen angewiesen. Doch dieser steht eine Vielzahl von Hindernissen entgegen. Ein Forschungsteam um Jennifer L. M. Rupp von der Technischen Universität München (TUM) und Harry L. Tuller vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) hat nun erstmals gezeigt, dass sich Licht nutzen lässt, um die Beweglichkeit der Ionen zu erhöhen und die Leistung entsprechender Geräte zu verbessern.

Prof. Dr. Jennifer Rupp, Professorin für Chemie der Festkörperelektrolyte in ihrem Labor im Gebäude der Fakultät für Chemie der Technischen Universität München. Bild: Uli Benz / TUM

Prof. Dr. Jennifer Rupp, Professorin für Chemie der Festkörperelektrolyte in ihrem Labor im Gebäude der Fakultät für Chemie der Technischen Universität München.
Bild: Uli Benz / TUM

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2D-Materialien für die Datenverarbeitung der nächsten Generation

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„More Moore“ und „More than Moore“: So bezeichnet werden zwei der wichtigsten Forschungsrichtungen der Halbleiterindustrie. More Moore (mehr Moore) ist ein Ausdruck für die Bemühungen, das „Mooresche Gesetz“ zu verlängern, also das kontinuierliche Streben nach einer Verkleinerung der Transistoren und nach der Integration von mehr, kleineren und schnelleren Transistoren auf jedem Chip des nächsten Produktionsknotens. More than Moore (mehr als Moore) deutet stattdessen auf die Kombination von digitalen und nicht-digitalen Funktionen auf demselben Chip hin, ein Trend, der auch als „CMOS+X“ bekannt ist und der mit dem Aufkommen der 5G-Konnektivität und Anwendungen wie dem Internet der Dinge und dem autonomen Fahren immer wichtiger wird.

Für diese beiden Forschungsrichtungen sind 2D-Materialien eine äußerst vielversprechende Plattform. Ihre ultimative Dünnheit macht sie beispielsweise zu erstklassigen Kandidaten, um Silizium als Kanalmaterial für Nanosheet-Transistoren in zukünftigen Technologieknoten zu ersetzen, was eine fortgesetzte Skalierung der Dimensionen ermöglichen würde. Darüber hinaus lassen sich Bauelemente, die auf 2D-Materialien basieren, prinzipiell gut in die Standard-CMOS-Technologie integrieren und können daher verwendet werden, um die Fähigkeiten von Siliziumchips um zusätzliche Funktionen zu erweitern, wie zum Beispiel bei Sensoren, Photonik oder memristiven Bauelementen für neuromorphes Computing. Dazu haben die RWTH-Wissenschaftler Max C. Lemme und Christoph Stampfer mit Deji Akinwande (University of Texas, Austin, USA) und Cedric Huyghebaert (IMEC, Belgien) nun einen Kommentar in Nature Communications veröffentlicht. Weiterlesen

Der richtige Weg zur optimalen Bauteilreinigung

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Im Kompetenz-Zentrum der Pero AG in Königsbrunn stehen 15 bis 17 Serien-Reinigungsanlagen, auf denen regelmäßig Testreinigungen von Kundenbauteilen durchgeführt und neueste Technologien präsentiert werden. Darüber hinaus finden hier Schulungen und Validierungen von Maschinenverbesserungen statt. (Bildquelle: Pero AG)

Im Kompetenz-Zentrum der Pero AG in Königsbrunn stehen 15 bis 17 Serien-Reinigungsanlagen, auf denen regelmäßig Testreinigungen von Kundenbauteilen durchgeführt und neueste Technologien präsentiert werden. Darüber hinaus finden hier Schulungen und Validierungen von Maschinenverbesserungen statt.
(Bildquelle: Pero AG)

Welche Bauteile werden mit welcher Reinigungstechnologie optimal gereinigt und wie gewährleistet man dabei wirtschaftlichste Prozesse? Keine einfachen Fragen, da viele Kriterien wichtig sind – Bauteilmaterial, -form, Fertigungsabläufe, etc.. Entsprechend wichtig sind Beratung und umfangreiche Testmöglichkeiten, wie sie die Pero AG in einem hochmodernen Kompetenz-Zentrum bietet. Hier stehen mehr als 15 wasser- und lösemittelbasierte Reinigungsanlagen mit verschiedensten Reinigungsmedien zur Verfügung. Bei Bedarf besteht auch die Möglichkeit, Bauteile zu konservieren. In einem angegliederten Test-Labor für Technische Sauberkeit weist Pero zudem den gewünschten Reinheitsgrad zuverlässig nach.

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Laserdiodenmodul für Machine Vision-Anwendungen

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lumVISION industrial (Bildquelle: IMM Photonics GmbH)

lumVISION industrial (Bildquelle: IMM Photonics GmbH)

MM Photonics präsentiert mit dem ilumVISION industrial eine weitere Serie im Bereich der Laserdiodenmodule für Machine Vision-Anwendungen.

Die Laserdiodenmodule sind auf einen festen Fokusabstand eingestellt, der werkseitig auf die Kundenanforderungen angepasst werden kann. Verfügbar sind die Laser entweder mit homogener Linienoptik oder mit DOE (Diffraktives optisches Element). Über das DOE lassen sich unter anderem Muster wie Multilinien, Kreuze, Punktmatrizen, Viewfinder oder konzentrische Kreise abbilden.
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Kleinste Batterie der Welt kann Computer in Staubkorngröße antreiben

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Die kleinste Batterie der Welt ist kleiner als ein Salzkorn und kann in großen Stückzahlen auf einer Wafer-Oberfläche hergestellt werden. Darstellung: TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden

Die kleinste Batterie der Welt ist kleiner als ein Salzkorn und kann in großen Stückzahlen auf einer Wafer-Oberfläche hergestellt werden. Darstellung: TU Chemnitz/Leibniz IFW Dresden

Forschungsteam unter Federführung der TU Chemnitz und unter Beteiligung des IFW Dresden sowie des Changchun Instituts für Angewandte Chemie stellt anwendungsnahe Methode für bisher ungelöstes Problem der Mikroelektronik vor.

 

Computer werden immer kleiner, man denke nur an das Smartphone oder Smartwatches – und der Trend zur Miniaturisierung setzt sich fort. Im Extremfall verlangen winzige smarte mikroelektronische Geräte – sogenannte „Smart-Dust-Anwendungen“ – wie beispielsweise biokompatible Sensoriken im Körper nach noch viel kleineren Computern und Batterien im Submillimeter-Bereich. Das sind Systeme, die kleiner sind als ein Staubkorn. Diese Entwicklung wurde bisher vor allem von zwei Faktoren gebremst – vom Größenunterschied zwischen Mikroelektronik sowie der für einen autonomen Betrieb nötigen Mikrobatterie auf der einen Seite und von der Herstellung einer solchen Batterie nach möglichst platz- und ressourcenschonenden Kriterien auf der anderen Seite. Weiterlesen

Smartes selbstlernendes Assistenzsystem für die Produktion

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© Peerox GmbH MADDOX zeigt die Wissenskarten mit den Störungs- und Lösungshilfen auf dem Tablet an.

© Peerox GmbH
MADDOX zeigt die Wissenskarten mit den Störungs- und Lösungshilfen auf dem Tablet an.

Die Effizienz von Produktionsmaschinen liegt oft weit unter den technischen Möglichkeiten. Der Grund: Erfahrene Mitarbeitende sind im Fall einer Störung häufig nicht verfügbar, anderen Arbeitskräften wiederum fehlt das Know-how, um die tatsächliche Fehlerursache zu beheben. Hier setzt das selbstlernende Assistenzsystem MADDOX an: Mit Methoden des maschinellen Lernens analysiert es Maschinen- und Prozessdaten, sucht per Mustererkennung nach ähnlichen Störungen in der Vergangenheit und präsentiert die Lösung auf dem Tablet. Entwickelt wurde das System von der Peerox GmbH, einem Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV. Weiterlesen