Autor: HWAdmin

Vom Abwasser zur Ressource: Nachhaltigkeit in der Kupferdrahtherstellung

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© KMU

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Metallische Leiter sind das Herzstück der meisten Kabel und Leitungen. Meist wird hierfür Kupfer als Leitmaterial verwendet. Das Kupfer wird in einem Kaltumformungsverfahren, dem sogenannten Drahtziehen, vom groben Draht zu feinen Leiterdrähten umgewandelt. In diesem Prozess entstehen kontinuierlich Abwässer, die nicht nur kostenintensiv entsorgt werden müssen, sondern auch eine ökologische Herausforderung darstellen. Moderne Wasseraufbereitungssysteme auf Basis von MVR-Verdampfern (Mechanical Vapour Recompression, zu Deutsch: mechanische Brüdenkompression) bieten hierfür eine zukunftsweisende Lösung, die wirtschaftliche Effizienz und Nachhaltigkeit miteinander verbindet.

 

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Kommunales Abwasser als Ressourcenquelle nutzen

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© Fraunhofer IGBDer Kunststoff Polyhydroxyalkanoat (PHA), produziert aus organischen Säuren

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Der Kunststoff Polyhydroxyalkanoat (PHA), produziert aus organischen Säuren

Kläranlagen reinigen nicht nur Abwasser, sie sind auch Rohstofflieferanten. Im Projekt KoalAplan gewinnen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB gemeinsam mit Partnern hochwertige Produkte aus kommunalem Abwasser. Dazu gehören Ammonium und Wasserstoff sowie Polyhydroxyalkanoate (PHA), aus denen sich biobasierte und bioabbaubare Kunststoffe herstellen lassen.

In unserem Abwasser stecken nicht nur Schmutz und Ausscheidungen, sondern auch wertvolle Rohstoffe wie Stickstoff und organische Kohlenstoffverbindungen. Mithilfe chemischer, biologischer und physikalischer Verfahren können daraus Wasserstoff, Ammonium und Polyhydroxyalkanoate (PHA) zurückgewonnen werden. Das zurückgewonnene Ammonium lässt sich als Stickstoffdünger für den Landbau verwenden, PHA sind der Rohstoff für Biokunststoffe. Diese Prozesse untersuchen die Forschenden im Projekt KoalAplan (siehe unten). Schauplatz für die interdisziplinäre Forschungsarbeit der Projektpartner ist das Lehr- und Forschungsklärwerk der Universität Stuttgart in Büsnau. Unter realen Bedingungen wird getestet, wie sich die Rückgewinnung von Rohstoffen in Klärwerken realisieren lässt. Hierfür wurde eine Bioraffinerie als Pilotanlage eingerichtet, die 2024 über ein halbes Jahr betrieben wurde. Weiterlesen

Vom Abfall zum Rohstoff: Neues Verfahren zum Recycling kritischer Metalle

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Professor Bernd Friedrich (rechts) und Doktorand Joao Weiss mit ausgemusterten Computer-Platinen.

Professor Bernd Friedrich (rechts) und Doktorand Joao Weiss mit ausgemusterten Computer-Platinen.

40. Vierzig! So viele unterschiedliche Metalle sind in normalen Platinen, wie sie in Computern oder Smartphones benötigt werden, verbaut. Einige dieser Metalle, wie Gold oder Kupfer, können relativ einfach durch Erhitzen im Ofen recycelt werden. Für die überwiegende Mehrheit sieht das aber völlig anders aus: Sie landen in der sogenannten „Schlacke“, bestenfalls wird diese Masse noch für den Straßenbau verwendet, oftmals landet sie direkt auf der Deponie. Seit nunmehr 26 Jahren beschäftigt sich Professor Bernd Friedrich, Leiter des Instituts für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling (IME) der RWTH, mit dem Recycling und der Kreislaufwirtschaft. Wertvolle Stoffe, die auf der Deponie landen, sind ihm ein Gräuel, und wenn es, wie bei der Schlacke, auch noch „kritische Metalle“ sind, umso mehr. Kritisch bedeutet, dass die Rohstoffe zum einen von hoher wirtschaftlicher Bedeutung sind, zum anderen aber entweder sehr selten sind oder eben aus politisch instabilen Regionen stammen, die zukünftige Versorgung also unsicher ist. Weiterlesen

Weiche Materialien für intelligentere Roboter

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Viskoelastische Polymere verhalten sich sowohl wie ein Festkörper (elastisch) als auch wie eine Flüssigkeit (viskos). Das eröffnet neue Perspektiven für Medizintechnik und Industrie.Bild: Universität Stuttgart / Jan Potent

Viskoelastische Polymere verhalten sich sowohl wie ein Festkörper (elastisch) als auch wie eine Flüssigkeit (viskos). Das eröffnet neue Perspektiven für Medizintechnik und Industrie.
Bild: Universität Stuttgart / Jan Potent

Soft Robots, Robotersysteme aus weichen Materialien, eröffnen neue Perspektiven für Medizintechnik und Industrie. Jun.-Prof. Dr. Aniket Pal von der Universität Stuttgart forscht an viskoelastischen Materialien, mit denen sich intelligente Funktionen in Soft Robots einbetten lassen. Dafür bekommt er im Rahmen des Emmy-Noether-Programms Fördermittel in Höhe von 1,5 Millionen Euro.

„Dank der Förderung können wir unsere Forschung deutlich ausbauen“, sagt Pal. Der 33-Jährige leitet am Institut für Mechanik eine Arbeitsgruppe für Soft Robot Mechanics. „Wir forschen auf einem noch ziemlich jungen Gebiet. Wir entwickeln Mechanismen, die sich abhängig von der Geschwindigkeit einer Krafteinwirkung verformen können. Sie lassen sich für Soft Robots nutzen.“

Viskoelastische Materialien für Soft Robotics

Im Gegensatz zu herkömmlichen Robotern aus Stahl, Aluminium oder Hartplastik setzen Soft Robots auf weiche Materialien. Diese Materialien beruhen auf geeigneten Polymeren. Konkret forscht Aniket Pals Team an viskoelastischen Polymeren. Sie weisen bei Verformung sowohl elastische als auch viskose Eigenschaften auf: Sie verhalten sich sowohl wie ein Festkörper (elastisch) als auch wie eine Flüssigkeit (viskos). Ihr mechanisches Verhalten hängt dabei davon ab, wie lange und wie schnell eine Kraft einwirkt. Die Geschwindigkeit der Krafteinwirkung bestimmt, welches Verhalten dominiert: Bei schneller Belastung zeigen viskoelastische Materialien eher elastisches Verhalten, bei langsamer eher viskoses. Mit dieser Art von Materialien lassen sich weiche Roboter funktioneller und intelligenter machen. Weiterlesen

Zug- und Druckkräfte präzise messen

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Der Flachprofilkraftaufnehmer aus 1.4542 Edelstahl Typ 8525 baut nicht nur sehr kompakt, sondern ist auch unempfindlich gegenüber Fremdkräften und Momenten. (Urheber: burster)

Der Flachprofilkraftaufnehmer aus 1.4542 Edelstahl Typ 8525 baut nicht nur sehr kompakt, sondern ist auch unempfindlich gegenüber Fremdkräften und Momenten. (Urheber: burster)

Ob Kran-, Windkraftanlagen oder allgemeiner Maschinenbau, überall gibt es Anwendungen, die eine präzise Kraftmessung benötigen, beispielsweise um Überlastungen zu vermeiden. Die burster präzisionsmesstechnik bietet für solche Aufgaben eine breite Palette an Sensoren, die jetzt mit dem neuen Flachprofilkraftaufnehmer Typ 8525 (Bild 1) erweitert wird. Der Sensor baut nicht nur sehr kompakt, sondern ist auch unempfindlich gegenüber Fremdkräften und Momenten. Zudem eignet sich der Sensor für statische und dynamische Messungen mit hoher Wechselzyklenzahl gleichermaßen. Stromversorgung und Daten werden über einen 8-poligen Rundsteckverbinder mit Bajonettverschluss herausgeführt, eine Kabelkonfiguration vor Ort entfällt. Der sehr robuste Sensor aus 1.4542 Edelstahl kann für Zugkraftanwendungen mit einer Lastzentrierplatte ausgestattet werden, das vereinfacht die Handhabung bei anspruchsvollen Zugbelastungen mit Querkräften. Die Messbereiche von 0 … 10 kN bis 0 … 200 kN (höhere Messbereiche folgen) bei einer Linearitätsabweichung 0,1 % v.E. ermöglichen einen universellen Einsatz im Bereich von – 30 bis + 120 °C. Weiterlesen

Schicht für Schicht zum Präzisionsbauteil

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In Verbindung mit den Kupfer-Heatpipes stellt die neue Kühllösung bei einer Betriebstemperatur von 450 °C sicher, dass die Temperatur im Invar-Rahmen 90 °C nicht überschreitet.Bildquelle HERMLE AG

In Verbindung mit den Kupfer-Heatpipes stellt die neue Kühllösung bei einer Betriebstemperatur von 450 °C sicher, dass die Temperatur im Invar-Rahmen 90 °C nicht überschreitet. (Bildquelle HERMLE AG)

Innovative Kühllösung für Die-Bonding-Geräte: Das MPA-Verfahren (Metallpulver-Auftragung) von HERMLE integriert Kupferelemente und Kühlkanäle in einen Rahmen aus Invar. Damit erreichen Anwender nicht nur eine effektive Temperierung, sondern sind auch vor Leckagen gefeit.

Die-Bonding-Geräte positionieren und befestigen Halbleiterchips auf Substrate oder Träger. Sie ermöglichen eine genaue Platzierung und Verbindung durch verschiedene Techniken wie Thermokompression oder Ultrasonic Bonding. Die herkömmliche Wasserkühlung in den Die-Bonding-Geräten des Herstellers Finetech wies eine Schwachstelle auf: Durch tiefe Bohrungen und Abstopfungen konnte es zu Leckagen kommen. In Kombination mit den hohen elektrischen Strömen des Prozesses stellte dies eine Gefahr für den Anwender dar. Um dieses Risiko auszuschließen, entwickelte HERMLE eine sichere und effiziente Lösung auf Basis von Kupfer-Heatpipes, die zuverlässig Wärme ableiten.

HERMLE baute den Kühlrahmen aus der Eisen-Nickel-Legierung Invar in mehreren Schritten auf. Zunächst wurden die Kupfer-Heatpipes in den vorgefrästen Rahmen eingepresst. Eine zusätzliche Schicht aus additiv auf die Heatpipes aufgetragenem Kupfer gewährleistet dabei eine optimale thermische Verbindung. Anschließend versiegelte die MPA-Maschine den Rahmen mit einer Invar-Deckschicht. Das dabei eingesetzte Kaltgasspritzen kann Materialien mit unterschiedlichen Schmelzpunkten verbinden, ohne empfindliche Bauteile wie die Heatpipes zu beschädigen. Weiterlesen

Infrarot-Systeme lösen Herausforderungen bei der Kunststoffverarbeitung

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Infrarot Konturstrahler erwärmen den Umbugbereich exakt und sorgen so für einen sehr effizienten Energieeinsatz. - Copyright Excelitas Noblelight

Infrarot Konturstrahler erwärmen den Umbugbereich exakt und sorgen so für einen sehr effizienten Energieeinsatz.
– Copyright Excelitas Noblelight

Handschuhfächer entgraten, Innenverkleidungen laminieren oder Rohre für die Lüftung verschweißen – das hat in modernen Automobilen mit Kunststoffverarbeitung zu tun. Häufig sind hier Wärmeprozesse an herausfordernden Ecken, Kanten und Rändern nötig.
Infrarot Kontur-Strahler werden genau entlang dieser Konturen geformt, das bringt entscheidende Vorteile. Wärme wirkt exakt auf den Grat oder den Umbug, was den Energieeinsatz minimiert und den Fertigungsschritt optimiert. Weiterlesen

Additive Fertigung als Innovationstreiber: Perspektiven auf der Formnext

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Copyright by Mesago / Marc Jacquemin

Copyright by Mesago / Marc Jacquemin

Die Additive Fertigung (Additive Manufacturing, AM) ist längst ein etablierter Bestandteil moderner industrieller Produktionsprozesse. Sie ermöglicht eine hohe Gestaltungsfreiheit, schnelle Entwicklungszyklen und flexible Fertigungslösungen – von der Prototypenherstellung bis zur Serienproduktion. Insbesondere in technologieintensiven Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Medizintechnik und Energietechnik trägt die Additive Fertigung zur Effizienzsteigerung und Nachhaltigkeit bei. Weiterlesen

Kompakte Kraftpakete mit vielseitiger Konfigurierbarkeit

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Neue DC-Motoren der GXR- und SXR-Familie im FAULHABER Portfolio©

Neue DC-Motoren der GXR- und SXR-Familie im FAULHABER Portfolio©

Mit der Erweiterung des Produktportfolios präsentiert FAULHABER gleich mehrere Neuzugänge bei den DC-Kleinstmotoren: Die leistungsstarken Motoren der neuen GXR-Familie 1437 mit Kupfer-Graphit-Kommutierung sowie die edelmetallkommutierten Motoren der bewährten SXR-Familie in den Größen 1424 und 1437. Entwickelt für höchste Zuverlässigkeit und Flexibilität, eröffnen diese Antriebe neue Möglichkeiten für moderne, platzsparende Antriebslösungen. Weiterlesen

Nachhaltige Carbonfasern auf der Basis von Algen

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Prof. Thomas Brück und weitere Forschende haben einen Prozess zur Herstellung von Carbonfasern aus erneuerbaren Rohstoffen entwickelt.

Prof. Thomas Brück und weitere Forschende haben einen Prozess zur Herstellung von Carbonfasern aus erneuerbaren Rohstoffen entwickelt. (Bildquelle: Andreas Heddergott/TUM)

Carbonfasern sind gerade in der Luftfahrt, der Windenergie und im Leichtbau von essentieller Bedeutung. Allerdings ist ihre Herstellung bislang sehr umweltschädlich, da sie auf Erdöl basiert. Einem Forschungskonsortium unter der Führung der Technischen Universität München (TUM) ist es nun gelungen, eine Herstellungsroute für Carbonfasern aus erneuerbaren Rohstoffen zu entwickeln.

Projektkoordinator Prof. Thomas Brück, Leiter des TUM-Lehrstuhls für Synthetische Biotechnologie, betont: „Mit dem Gemeinschaftsprojekt GreenCarbon ist uns ein großer Schritt in Richtung nachhaltige industrielle Carbonfaserproduktion gelungen.“ Neben der TUM sind das Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB, das Unternehmen SGL Carbon sowie der Aerospace-Konzern Airbus an dem vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) geförderten Konsortium beteiligt. Weiterlesen