Ausgabe - 11 - Produktion

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12 · F&E · Produktion · 14. März 2013 · Nr. 11 Nanopartikel Titanoxid entsteht auf Polymer Produktion Nr. 11, 2013 Chemiker um Dr. Katja Henzler vom Helmholtz-Zentrum Berlin haben einen Syntheseweg entwickelt, um Nanopartikel bei Raumtemperatur in einem Netz aus Polymeren zu erzeugen. Berlin (ba) Kleine Partikel aus Titandioxid werden in alltäglichen Produkten wie Wandfarbe, Zahnpasta oder Sonnencreme genutzt, sie reflektieren das Licht oder wirken als Scheuermittel. Doch mit abnehmender Partikelgröße verändern sich ihre Eigenschaften, so dass kristalline Titandioxid-Nanopartikel auch als Katalysatoren wirken: Angeregt durch den UV- Anteil im Sonnenlicht zersetzen sie Schadstoffe oder ermöglichen andere gewünschte Reaktionen. Die Forscher vom Helmholtz-Zentrum Berlin haben nun einen Syntheseweg entwickelt, ähnliche Nanopartikel zu erzeugen. Mit Untersuchungen an der Berliner Synchrotronstrahlenquelle BESSY II haben sie nachgewiesen, dass die Nanoteilchen dabei kristallin sind. Damit haben sie einen wesentlichen Fortschritt bei der Synthese von so genannten ‚Polymeren Nanoreaktoren‘ erreicht, denn bislang mussten die Nanopartikel hoch erhitzt werden, um sie zum Auskristallisieren zu bringen. Produktion Nr. 11, 2013 Den Einfluss der Abkühlbedingungen beim Schweißen auf die Verarbeitungsqualität von Stählen untersucht ein Forschungsprojekt an der Technischen Hochschule Mittelhessen. Giessen (ba). Im Register europäischer Stähle sind weit mehr als 2 000 Sorten aufgelistet. Dazu gehören hochfeste Baustähle, die im Maschinen- und Brückenbau, für Kräne oder Windenergieanlagen eingesetzt werden. Die Festigkeit eines Stahls ist abhängig von Walzverfahren und der Zugabe von Legierungselementen. Je fester ein Stahl ist, desto exakter muss er schweißtechnisch verarbeitet werden. Dabei entstehen Spitzentemperaturen von mehr als 1 500 Grad. Für die späteren Eigenschaften einer Stahlverbindung ist die Geschwindigkeit der Abkühlung ein entscheidender Faktor. Ist sie zu langsam, leiden Festigkeit und Zähigkeit des Stahls. Eine zu schnelle Abkühlung kann Risse verursachen. „Wir wollen für verschiedene Legierungen herausfinden, mit welchen Aufheiz- und Abkühlraten die hochfesten Stähle verarbeitet werden müssen, um die geforderten mechanisch-technologischen Eigenschaften einer Schweißverbindung zu erreichen“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Jörg Gollnick Titanoxid-Partikel reflektieren in Farben das Licht. Nun haben Berliner Forscher Titanoxid-Nanopartikel ‚gezüchtet‘. so dass sie für andere Anwendungen optimiert werden können. Bild: rockpix / Fotolia.com.jpg Die ‚Polymeren Nanoreaktoren‘ aus dem Team um Katja Henzler bestehen aus einem Polystyrol- Kern, der von einem Netz aus PNIPAM-Ketten umhüllt wird. Die Chemiker gaben diese Polymer- Strukturen in eine Lösung auf Ethanolbasis. Durch Zugabe einer Titanverbindung bildeten sich winzige Titandioxid-Partikel. Diese lagerten sich in das PNIPAM-Netzwerk ein, das sie auf Abstand hielt und damit verhindert, dass die Nanopartikel zu größeren Teilchen versintern. Die Chemiker konnten die Geschwindigkeit dieses Prozesses steuern und – wie sich in den Untersuchungen an BESSY II zeigte – damit auch die Qualität der gebildeten Nanokristalle beeinflussen. Mit der neuartigen Kombination aus Röntgenmikroskopie und Spektroskopie (NEXAFS-TXM, U41-SGM) am BESSY II konnten Henzler und ihre Kollegen des Mikroskopie-Teams nachweisen, dass die eingelagerten Nanopartikel sehr gleichmäßig über die polymeren Nanoreaktoren verteilt sind. Dabei untersuchten sie ihre Proben in wässriger Umgebung, konnten also die sonst übliche Trocknung, die zu Artefakten führen kann, umgehen. Ihre Ergebnisse zeigen, dass die Nanopartikel kristallin sind, die TiO 2 -Moleküle also wie in größeren Partikeln auch, geometrisch angeordnet auf Gitterplätzen sitzen. „Die Nanokristalle besitzen eine tetragonale Anatase-Struktur und diese kristalline Struktur ist wichtig, damit sie ihre katalytische Aktivität entfalten können. Unsere neue Methode erlaubt es auch, die Qualität der synthetisierten Partikel zu kontrollieren, so dass wir die Partikel für entsprechende Anwendungen optimieren können“, sagt Katja Henzler. Werkstoffe Die richtige Abkühlrate für Stahl finden Prof. Jörg Gollnick (hinten) und Laboringenieur Lothar Pfeil analysieren am Rasterelektronenmikroskop Bruchbilder von Stahlproben. Bild: TH Mittelhessen vom Institut für Mechanik und Materialforschung. Dabei müssen Informationen über die jeweilige Legierung und über die verwendeten Schweißzusatzstoffe berücksichtigt werden. Die Einflüsse der Legierungselemente auf das Umwandlungsverhalten der Werkstoffe werden mit einer Simulationssoftware untersucht, die auf thermodynamischen und energetischen Berechnungen basiert. In praktischen Versuchen wollen die Gießener Ingenieurwissenschaft- ler anschließend die Ergebnisse überprüfen. Projektziel ist laut Gollnick, der am Fachbereich Maschinenbau und Energietechnik lehrt, den Anwendern in Industrie und Handwerk ein einfaches Diagramm zur Verfügung zu stellen. Daraus sollen sie für die jeweiligen Werkstoffe und Schweißverfahren schnell und unkompliziert die Abkühlparameter ablesen können, die für eine optimale Haltbarkeit sorgen. Kooperationspartner ist der Schweißtechnikspezialist EWM Hightech Welding aus Mündersbach, die Hermann Fliess & Co, ein Hersteller von Schweißzusätzen aus Duisburg, und der Wilhelmshavener Mobilkranhersteller Manitowoc Deutschland. Das Forschungsvorhaben hat eine Laufzeit von einem Jahr. Es wird im Rahmen des Programms ‚Forschung für die Praxis‘ mit 35 000 Euro unterstützt. Damit fördert die Landesregierung praxisnahe Projekte an hessischen Fachhochschulen. Wie kommen KMU zur Fließfertigung? Produktion Nr. 11, 2013 Hannover (ba). Bei der Herstellung von XXL-Produkten nutzen größere Unternehmen zunehmend die Vorteile der Fließfertigung. Kosten, Aufwand und teilweise auch Unkenntnis hindern kleine und mittlere Unternehmen bislang daran, ebenfalls in Linie zu fertigen. Wie KMU dennoch von einer Fließfertigung profitieren können, untersuchen die Ingenieure des Instituts für Integrierte Produktion Hannover (IPH) derzeit. Aktuell suchen die Wissenschaftler noch Partner aus der Industrie. Unternehmen, die eine Fließfertigung nutzen, sind ebenso gefragt wie Hersteller von XXL- Produkten, die eine Baustellenfertigung betreiben. Kontakt: Florian Mach (mach@iph-hannover.de). Elektroautos sollen selbständig tanken Produktion Nr. 11, 2013 Stuttgart (ba). Im Spitzencluster Elektromobilität Süd-West startet das Projekt BIPoLplus. Es soll ein berührungsloses Schnellladesystem für Elektroautos erforschen, bei dem die Ladeenergie induktiv zwischen Ladestation und Fahrzeug übertragen wird. So können auch kurze Stopps, etwa auf Supermarkt-Parkflächen bequem zum Aufladen genutzt werden. Um dieses Ziel erreichen zu können, sind jedoch noch Forschungsarbeiten notwendig, damit der Prozess der berührungslosen Schnellladung sowohl in das Fahrzeug als auch das Stromnetz integriert werden kann. Das Projekt BIPoLplus wird daher durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Spitzenclusters ‚Elektromobilität Süd- West‘ mit 5,1 Mio Euro gefördert. Roboter untersucht Wasserleitungen Produktion Nr. 11, 2013 Ilmenau (ba). Die Technische Universität Ilmenau entwickelt einen Roboter, der Trinkwasserleitungen befährt und den Zustand der Rohre inspiziert. Die Wissenschaftler müssen dafür einen robusten Antrieb und hochempfindliche Sensortechnik entwickeln. Das Fachgebiet Neuroinformatik und Kognitive Robotik der TU Ilmenau arbeiten an der Intelligenz des Roboters. Ein Forscherteam um Prof. Horst Michael Groß entwickelt die Verfahren, mit denen er selbstständig seine Mission plant, seine Position in der Leitung lokalisiert, Hindernisse erkennt und vermeidet und autonom den effektivsten Weg zum Ziel und zurück zum Start wählt. An dem Verbundprojekt sind neben der TU Ilmenau die Firma Optimess Engineering, Gera, und die Thüringer Fernwasserversorgung, Erfurt, beteiligt. Das Projekt ist eines von acht Verbundprojekten, die das Bundesforschungsministerium zum Thema Servicerobotik fördert.
14. März 2013 · Nr. 11 · Produktion · F&E · 13 Werkstoffe Recycling-Prozess für Seltene Erden Produktion Nr. 11, 2013 Am Fraunhofer IFAM Dresden ist ein Prozess für die Rückgewinnung der Seltenerd-Metalle Neodym und Samarium aus Magnetwerkstoffen und Magnetwerkstoffgemischen entwickelt worden. Dresden (ba). Magnetwerkstoffe auf Basis der wirtschaftsstrategischen Seltenerd-Metalle Neodym und Samarium spielen aufgrund der stark zunehmenden Bedeutung von regenerativen Energien und Elektromobilität eine immer wichtigere Rolle in unserer Gesellschaft. So werden sie beispielsweise in Windturbinen und Elektromotoren eingesetzt. Auch das Dresdner Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) setzt sich mit diesen Werkstoffen, die pulvermetallurgisch gefertigt werden, auseinander. Trotz des weltweit wachsenden Bedarfs an seltenen Erden findet jedoch bis heute kein Recycling dieser begehrten Rohstoffe statt. Am Fraunhofer IFAM Dresden wurde nun ein Prozess für die Rückgewinnung der Seltenerd-Metalle Neodym und Samarium aus Magnetwerkstoffen und Magnetwerk- stoffgemischen entwickelt. Dieser Recyclingprozess basiert auf einer geschickten Kombination pyrometallurgischer und nasschemischer Verfahrensschritte. Er zeichnet sich durch eine besonders große Flexibilität im Hinblick auf die damit recycelbaren Ausgangsmaterialien und Stoffgemische sowie eine hohe erreichbare Ausbeute bei guter Produktreinheit aus. Vor allem ist es den Fraunhofer- Forschern gelungen, den Zeit- und Chemikalienbedarf gegenüber bekannten Prozessen stark zu verbessern und damit den Recyclingprozess effizienter und umweltfreundlicher zu gestalten, so dass in vielen Fällen auf einen aufwändigen Prozessschritt zur Trennung der einzelnen Seltenerd-Metalle durch Ionentauscher verzichtet werden kann. Besonderer Wert wurde auch auf eine optimale Prozessüberwachung sowie eine Rückgewinnungsmöglichkeit der für den Recyclingprozess eingesetzten Chemikalien gelegt. Die komplette Prozesskette des Recyclings konnte bereits im Labormaßstab erfolgreich demonstriert werden: Von verschiedenen Werkstoffverbundgemischen ausgehend wurden über die Verfahrensstufen Zerkleinern, Separieren, Aufschließen, Filtrieren, Fällen, Aufreinigen und Calcinieren die Oxide der Seltenerd-Metalle Neodym und Samarium quantita- tiv dargestellt. Diese können durch geeignete Reduktionsverfahren leicht wieder in die Elemente zur Herstellung neuer Magnetwerkstoffe umgewandelt werden. Mit dieser Entwicklung positioniert sich das Fraunhofer IFAM So verändert sich ein neodymhaltiges Produkt während des Recyclingprozesses. Bild: Fraunhofer IFAM Dresden Dresden als neuer Partner im Bereich Rückgewinnung wirtschaftsstrategischer Rohstoffe mit dem Ziel, den Recyclingprozess im Verbund mit Partnern aus Industrie und Forschung auf einen großtechnischen Maßstab zu skalieren. Fraunhofer-Studie Mit Service Geld verdienen Produktion Nr. 11, 2013 Mit Serviceleistungen werden produzierende Unternehmen nicht nur Geld verdienen, sondern sich auch Innovationsvorsprünge verschaffen. Dies ist das Fazit der Studie ‚Hersteller-Services 2022‘ des Fraunhofer IAO. Stuttgart (ba). In produzierenden Unternehmen sind technische Dienstleistungen schon heute ein wichtiger Faktor, um höhere Umsätze und Gewinne zu erzielen. Gleichzeitig werden sie ein immer bedeutenderer Treiber für Innovationsfähigkeit: Denn neue Dienstleistungen, die sich an den Wertschöpfungsprozessen der Kunden orientieren, können dauerhaft Innovations- und Wettbewerbsvorteile bringen. Auf der größten deutschen Messe für industrielle Instandhaltung, der Maintain, hat das Fraunhofer IAO im Oktober 2012 neue Entwicklungen im Umfeld von Hersteller-Services präsentiert. Dabei haben die IAO-Wissenschaftler, Maschinenhersteller und Indust- Befragung des IAO auf der Maintain. Bild: Fraunhofer IAO riedienstleister zu Bedeutung und Zukunftstrends industrieller Dienstleistungen befragt. Die Ergebnisse dieser Befragung lassen darauf schließen, dass sich das Service-Geschäft künftig zu einem Wettbewerb um Wissen und Information entwickeln wird. Dabei geht es sowohl darum, neue Informationen über die Kunden zu gewinnen, als auch das vorhandene Service-Wissen innerhalb der Unternehmen zu organisieren. Hintergrund ist eine stark steigende Komplexität im Service-Geschäft, die sich sowohl in Bezug auf Maschinen als auch auf im Hinblick auf Service-Produkte und dienstleistungsorientierte Geschäftsmodelle zeigt. Eine Mehrheit der Befragten erwartet sogar, dass Geld vermehrt mit prozessbezogenen Informationen verdient werden wird, die bei der Nutzung von Maschinen und Anlagen anfallen. Die Kurzstudie steht ab sofort kostenlos zum Download im Internet unter folgender Adresse bereit: http://www.iao.fraunhofer.de/ images/iao-news/kurzstudie-hersteller-services.pdf Mobilität Fraunhofer-Gesellschaft startet Cluster zur Ressourceneffizienz Produktion Nr. 11, 2013 Am 20. Februar 2013 hat die Fraunhofer-Gesellschaft ihr neues Innovationscluster „AdaM – Adaptive Produktion für Ressourceneffizienz in Energie und Mobilität“ der Öffentlichkeit vorgestellt. Aachen (ba). Gemeinsam mit 21 Projektpartnern, die aus der Industrie kommen, wollen das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT die Ressourceneffizienz in der Energieversorgung und Mobilität durch neue Technologien und Konzepte verbessern. Das erklärte Ziel des startenden Großprojekts wird daher sein, neue Turbomaschinenkonzepte und Designs von Komponenten technisch umzusetzen. Dadurch sollen letztlich messbar CO 2 -Emissionen gesenkt werden und der Wirkungsgrad der Energiewandlung deutlich sinken. Die Ressourceneffizienz wird laut Aussage der Fraunhofer-Experten dabei erstmals über die gesamte Lebensdauer des jeweiligen betrachteten Produkts bewertet – das bedeutet also von der Herstellung über den Betrieb bis zur Reparatur. Das neue Fraunhofer-Innovationscluster soll über die kommenden drei Jahre mit insgesamt 10 Mio Euro gefördert werden. Dabei geben sowohl das Land Nordrhein-westfalen als auch die FraunhoferGesellschaft jeweils 2,5 Mio Euro dazu. Die beteiligten Unternehmen investieren insgesamt 5 Mio Euro in das Projekt. Unter dem Dach des Innovationsclusters finden sich Hersteller von Kraftwerktechnik ebenso wie Vertreter der Luftfahrtbranche, aber auch Zulieferindustrie und Technologielieferanten aus Nordrhein-Westfalen und darüber hinaus. Projektpartner des Innovationsclusters AdaM mit Vertretern aus der Politik und der Fraunhofer-Gesellschaft. V.r.n.l.: Prof. Reinhart Poprawe (Fraunhofer ILT), Dr. Erich Steinhardt (MTU Aero Engines), Dr. Maik Tiedemann (MAN Prime- Serv), Johannes Remmel (NRW-Umweltminister), Dr. Raoul Klingner (Fraunhofer-Gesellschaft) und Prof. Fritz Klocke (Fraunhofer IPT). Bild: Fraunhofer IPT, Aachen
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