Kategorie: Themen

Informative Beiträge zu dem Themen: Fertigung, Forschung, Oberfläche, 3D-Druck, Verbindungstechnik, Lufttechnik, Umwelttechnik, Werkstoffe und viele mehr.

Stärker als Gorilla-Glas

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Mit Yttriumdioxid beschichtetes Zirkondioxid. Durch die unterschiedlichen thermischen Eigenschaften der beiden Materialien entsteht beim Erkalten in der Beschichtung eine hohe Druckspannung, durch die die Oberfläche des Bauteils zusammengepresst wird: Die Bildung von Rissen wird so effektiv behindert. Das Bauteil wird so stabiler und seine Oberfläche beständiger gegen Zerkratzen.
Copyright: Forschungszentrum Jülich / Hiltrud Moitroux

Sie sind härter als konventionelles Glas und außerordentlich beständig gegen Hitze und korrosive chemische Substanzen: transparente Keramiken gelten daher als vielversprechende Alternative zu glasbasierten Werkstoffen. Wie alle Keramiken sind sie jedoch sehr anfällig für Brüche. Jülicher Wissenschaftler forschen deshalb an einem innovativen Beschichtungsverfahren, das gezielt die mechanischen und optischen Eigenschaften transparenter Keramiken verbessern kann. Damit gelang es ihnen den Bruchwiderstand der Keramiken zu verdoppeln.

Durch ihre besondere Stabilität können transparente Keramiken in Bereichen genutzt werden, in denen herkömmliches Glas an seine Grenzen stößt, etwa in der Industrie als kratz- und hitzebeständige Sichtfenster in Hochtemperaturöfen. Da sie zudem für kurz- und langwellige Strahlung durchlässig sind, eignen sie sich gut für Linsen in der Ultraviolett-Lithografie oder Sensoren für Infrarot-Bildgebung. Sie sind außerdem interessant für Kameras und Smartphones – als Material für optische Linsen. Durch ihren hohen Brechungsindex sind sie in der Lage, das Licht stärker zu bündeln. Solche Linsen können dadurch dünner ausgeführt werden, wodurch sich Kamerakomponenten leichter miniaturisieren ließen. Weiterlesen

Digitaler Zwilling für Werkstoffe

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© Fraunhofer IWM
Mit dem Datenraumkonzept Werkstoffinformationen jeglicher Art in digitale Netze integrieren – eine wichtige Basis für die Produktion im Rahmen der Industrie 4.0.

Sollen Produktionssysteme digital vernetzt und im laufenden Betrieb werkstoffgerecht verbessert werden, müssen dafür auch die Veränderungen der Werkstoffe gemessen, analysiert und abgebildet werden – im sogenannten »digitalen Materialzwilling«. Fraunhofer-Forscherinnen und -Forscher haben mit einem Werkstoffdatenraum die Grundlage hierfür geschaffen.

Rollt ein fertiges Bauteil vom Band, ist eine Frage von großem Interesse: Hat das Bauteil die gewünschten Eigenschaften? Denn oftmals reichen bereits kleinste Schwankungen in der Produktion, um Materialeigenschaften zu verändern und damit die Bauteilfunktionalität in Frage zu stellen. Um dies zu vermeiden, werden begleitend zur Produktion immer wieder Proben entnommen und aufs Genaueste untersucht. Ein solches Probenbauteil muss für Versuche in kleine Einzelteile zerlegt und vermessen werden – das benötigt viel Zeit. »Die Geschichte einer Probe verzweigt sich also in viele kleine Äste mit jeweils spezifischen Messergebnissen«, erläutert Dr. Christoph Schweizer, Leiter des Geschäftsfelds Werkstoffbewertung, Lebensdauerkonzepte am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg. »Expertinnen und Experten haben diese Zusammenhänge im Kopf, allerdings gab es bisher keine Möglichkeit, die resultierende, in unterschiedlichen Formaten vorliegende Datenvielfalt zusammenhängend digital abzubilden.« Weiterlesen

Daten „fühlen“ mit haptischen Displays

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Um unsere Umwelt wahrzunehmen, können wir Menschen auf fünf Sinne zurückgreifen. Beim Umgang mit Technik nutzen wir aber meist Bildschirme oder Lautsprecher, die nur Gehör- und Sehsinn ansprechen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeln nun haptische Displays, die über den Tastsinn arbeiten. Das System VibrAID beispielsweise soll mit Vibrationsmustern den Umgang mit komplexen Steuersystemen erleichtern.

„Haptische Displays übertragen per Vibration oder Druck Informationen über die Haut. Das kann eine Smartwatch sein, die uns über Vibration auf eine eingehende Nachricht aufmerksam macht, oder ein Handy, das uns aus der Hosentasche heraus über Vibrationsmuster navigiert“, sagt Erik Pescara von der Forschungsgruppe Telecooperation Office (TECO) des KIT. Doch haptische Feedbackgeräte können noch viel mehr: TECO entwickelt haptische Assistenzsysteme für komplexe Steueraufgaben. Mögliche Anwendungsszenarien des Systems VibrAID finden sich beispielsweise in den Leitwarten von Kraftwerken oder Verkehrsnetzen. Dort werden oft große Mengen relevanter Daten auf Bildschirmen angezeigt. Solche Dashboard-Systeme – also grafische Benutzeroberflächen, die Informationen per Computer darstellen – sind zwar individuell konfigurierbar, dennoch kann es passieren, dass Nutzer nicht schnell genug zu den aktuell relevanten Informationen finden, um das System optimal zu steuern. Weiterlesen

Keramiken aus dem „Sand“ des roten Planeten

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Vasen, Ringe und Tabletten aus Marskeramik in unterschiedlichen Brennstadien
© TU Berlin/David Karl

Wissenschaftler des Fachgebiets Keramische Werkstoffe an der TU Berlin haben in Kooperation mit der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung erstmals komplexe Bauteile aus simuliertem Marsboden gefertigt und die theoretische Möglichkeit gezeigt, stabile Gefäße wie Vasen nur mit Ressourcen des roten Planeten zu fertigen. Mit ihrem Ansatz möchten die Wissenschaftler einen Beitrag für die Forschungen zur Langzeiterkundung des roten Planeten leisten.

Die Ziele sind ambitioniert: In den 2030er-Jahren plant die US-amerikanische Raumfahrtbehörde NASA mit ihren internationalen Partnerinnen und Partnern den ersten bemannten Flug zum Planeten Mars – eine Reise in die Tiefen des Weltalls, die von Forscherinnen und Forschern weltweit begleitet wird. Ein Team der TU Berlin vom Fachgebiet Keramische Werkstoffe am Institut für Werkstoffwissenschaften und -technologien der Fakultät III Prozesswissenschaften befasst sich ebenfalls mit Experimenten, die eine mögliche Reise zum roten Planeten in den Fokus stellen. Weiterlesen

Spezialisierte Wirtschaftsingenieure sind gefragt

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Wirtschaftsingenieure agieren an der Schnittstelle von Technik
und Wirtschaft. Quelle: AdobeStock

Globale Märkte, steigender Konkurrenzdruck und eine immer engere Verzahnung von Expertenpools stellen die Branche vor neue Herausforderungen. Arbeitsabläufe werden komplexer, die technische Entwicklung ist rasant und trotzdem soll das betriebliche Optimum ausgeschöpft werden. Hier setzt der Wirtschaftsingenieur an. Als Projektmanager in der Informations- und Automatisierungstechnik hat er die Abläufe des gesamten Unternehmens im Blick. Globales Denken in komplexen Prozessen ist die spannende Herausforderung an der Schnittstelle zwischen Betriebswirtschaft, Produktion und IT. Der neue Bachelor Wirtschaftsingenieurwesen von WINGS bündelt diese Themenbereiche in einem umfassenden Fernstudium. Weiterlesen

Begeisterter Techniker mit Visionen

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Patrick E. aus Brafoyaw Cape Coast in Ghana erhielt via Opportunity International Deutschland (OID) die Möglichkeit zu einer Ausbildung zum Automechaniker: „Ich war schon immer von Autos begeistert“ (Quelle: OID)

Während in Deutschland dieser Tage Unternehmen händeringend nach Auszubildenden suchen, finden in afrikanischen Ländern interessierte Azubis nur sehr schwer einen Ausbildungsplatz. Ausbilden ist zu „teuer“ und aufwändig. Dabei lässt sich die komplette dreijährige Ausbildung eines Automechanikers in Afrika z.B. mit rund 1.000 Euro finanzieren. Jugendliche prägen die Zukunft eines Landes. Eine fundierte Ausbildung ist dabei die wesentliche Voraussetzung dafür, dass ein junger Mensch für sich selbst und seine Familie sorgen und in seiner Heimat leben kann.

Allerdings wie ist es für ein deutsches Unternehmen möglich, die Ausbildung eines Afrikaners zu unterstützen? Und wie äußert sich das praktisch? Die Geschichte des heute dreißigjährigen Patrick E. (Bild 1) aus Brafoyaw Cape Coast in Ghana macht es deutlich. „Ich habe mich schon immer für Autos begeistert“, erzählt Patrick. „Bereits als kleiner Junge wollte ich mir jedes Fahrzeug aus der Nähe anschauen. Dass ich heute Automechaniker bin, erfüllt mir einen großen Traum. Ich kann mit dem Reparieren von Autos ganz konkrete Probleme beheben. Gleichzeitig gibt es mir die Möglichkeit, den unterschiedlichsten Menschen zu begegnen. Und natürlich kann ich nun für mich selbst und meine Familie sorgen.“ Weiterlesen

Kohlefasern aus Treibhausgas

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Die Armierung mit Kohlefasern verleiht der Steinplatte eine extrem hohe Festigkeit und ermöglicht damit völlig neue, effiziente Konstruktionen. (Bild: A. Battenberg / TUM)

Zusammen mit Forscherkollegen haben Chemiker der Technischen Universität München (TUM) einen Prozess entwickelt, der nach ersten Berechnungen eine wirtschaftliche Entfernung des Treibhausgases Kohlendioxid aus der Atmosphäre ermöglichen könnte. Der aktuellste Weltklimareport (IPCC Special Report on Global Warming of 1.5 °C) stuft das Verfahren als global relevant ein.

Um die Erderwärmung wenigstens noch halbwegs eindämmen zu können, besteht akuter Handlungsbedarf. In diesem Zusammenhang weist der aktuelle Weltklimabericht auf eine Technologie von Chemikern der TU München hin, die als Möglichkeit einer Netto-Kohlenstoffsenke das Problem der Aufheizung der Atmosphäre quasi an der Wurzel packt. Weiterlesen

Wie beim Regenwurm: Neues atmendes Material schmiert sich bei Bedarf selbst

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Quelle: Iris Maurer

Regenwürmer sind immer sauber, selbst wenn sie aus noch so feuchter, klebriger Erde kommen. Das haben sie einer Schmutz abweisenden, gleitfördernden Schmierschicht zu verdanken, die sich auf ihrer Haut immer wieder selbst bildet. Forscher vom INM haben dieses System aus der Natur nun künstlich nachgebaut: Sie entwickelten ein Material mit einer Oberflächenstruktur, die sich selbst und immer dann mit Schmiermittel versorgt, wenn Druck ausgeübt wird. Da das so geschmierte Material reibungsmindernd ist und auch das Aufwachsen von Mikroben verhindert, können sich die Wissenschaftler zahlreiche Anwendungen in der Industrie und Biomedizin vorstellen. Weiterlesen

Autos der Zukunft sollen sicher, leicht und bezahlbar sein

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Forscher am KIT arbeiten daran, die Autos der Zukunft schlanker zu machen. (Foto: KIT/FAST)

Vorbild Flugzeug: Autos fahren zunehmend automatisiert und elektrisch – Forscher am KIT entwickeln neue Assistenzsysteme und Tests für Zukunftsfahrzeuge

Die Fahrzeuge der Zukunft werden zunehmend elektrisch und autonom unterwegs sein. Dabei sollen sie so sicher und zuverlässig sein wie heutige Autos. Ein Weg, Ausfälle zu vermeiden, besteht darin, wichtige Komponenten wie Fahr- oder Bremsassistenzsysteme, die insbesondere in brenzligen Situationen für mehr Sicherheit sorgen, doppelt bereitzuhalten. Allerdings sind überzählige Elemente teuer und schwer. Gemeinsam mit Partnern aus Wissenschaft und Industrie suchen Forscherinnen und Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) im Projekt SmartLoad nach anderen Möglichkeiten. Weiterlesen

Polyurethan-Schäume zuverlässig simulieren

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© Fraunhofer ITWM

Autositze, Matratzen und Dämmstoffe bestehen oftmals aus Polyurethan-Schäumen. Der Aufschäumprozess der flüssigen Polymer-Emulsionen ist komplex. Fraunhofer-Forscherinnen und Forscher können das Aufschäumverhalten nun simulieren und das Material verlässlich charakterisieren. Dies funktioniert auch mit Verbundwerkstoffen, bei denen die Kunststoff-Schäume mit Textilstrukturen kombiniert werden.

Polyurethan-Schäume oder kurz PU-Schäume spielen eine große Rolle in unserem Alltag – auch wenn wir uns dessen nicht bewusst sind. Doch wir sitzen und liegen täglich darauf: So bestehen Autositze und Matratzen beispielsweise aus weichen PU-Schäumen. Harte PU-Schäume setzt man dagegen unter anderem für Dämmstoffe in Gebäuden ein. Die Eigenschaften von Schäumen vorherzusagen und sie zu charakterisieren ist sehr komplex – experimentelle Untersuchungen führen vielfach zu falschen Parametern. Weiterlesen