Makroporöse Werkstoffe erobern neue Märkte

Makroporöser Keramikfilter mit offener Porenstruktur, hergestellt aus einer Kapillarsuspension. Bildnachweis: Willenbacher

Feinste poröse Materialien sind für die Industrie als Mikrofilter ebenso interessant wie als Katalysatorträger, Barriereschichten oder Medizin-Implantate. Bisher waren jedoch viele Anwendungen aufgrund von zu teuren Herstellungsverfahren und der mangelhaften Materialqualitäten nicht möglich. Ein neues Herstellungsverfahren schafft hier Abhilfe und erweitert die Einsatzmöglichkeiten solcher Werkstoffe. Auf dem Gemeinschaftsstand Baden-Württemberg International der Hannover Messe zeigt die TLB Exponate von makroporösen Werkstoffen aus Keramik und Polymeren. TLB bietet die patentierte Technologie zur Lizenznahme an und ist erster Ansprechpartner für Produzenten. Entwickelt wurde das Verfahren am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH zeigt, wie die makroporösen Werkstoffe und Formteile einfach und kostengünstig aus Kapillarsuspensionen hergestellt werden können. Die gesinterten Produkte zeichnen sich durch eine definierte und offene Porenstruktur aus. „Durch das enorme Einsparpotential wird das Herstellungsverfahren wirtschaftlich erstmals auch für die industrielle Fertigung interessant. Auf der Hannover Messe sprechen wir daher insbesondere Vertreter der Chemie- und Keramik-Industrie sowie der Mikrofiltration und Verfahrenstechnik als potentielle Lizenznehmer für die Erfindung an“, so die TLB-Innovationsmanagerin Dr. Iris Kräuter.

„Hochporöse Werkstoffe mit Porengrößen im Bereich von 0,5 – 70 Mikrometer waren bisher mit herkömmlichen Verfahren nur schlecht oder nur unter vergleichsweise hohem Kostenaufwand herstellbar. Mit unserer Erfindung lassen sich jetzt die Porengröße und die Porenverteilung erstmals auch in diesen Größenbereichen gezielt einstellen, wodurch neue Märkte erschlossen werden können“, so Prof. Dr. Norbert Willenbacher, Erfinder und Leiter des Instituts für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik des KIT.

Bei dem neuen Herstellungsverfahren werden Kapillareffekte ausgenutzt, die in einer dreiphasigen Suspension aus nano- bis mikropartikulären Feststoffpartikeln wirken und die makroporöse Struktur des gesinterten Werkstoffs prägen. Die Kapillarsuspension ist mit herkömmlichen Formgebungsverfahren einfach in Form zu bringen, sodass auch Bauteile mit komplizierter Geometrie kostengünstig in Serie hergestellt werden können.

Hannover Messe 2013 - Neues aus der Forschungslandschaft

Innovation: TLB zeigt auf der Hannover Messe ein neues Verfahren zur exakten Tiefenregelung beim Laser-Schweißen. Foto: Stahl-Informations-Zentrum

Neue Erfindungen und Innovationen aus den baden-württembergischen Hochschulen zeigt die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH auf der Hannover Messe 2013.

TLB fördert Erfindungen aus den baden-württembergischen Hochschulen sowie aus außeruniversitären Forschungseinrichtungen und begleitet diese auf dem Weg zum innovativen Produkt. Als Partner der Wissenschaft und der Wirtschaft präsentiert TLB auf der diesjährigen Hannover Messe am Gemeinschaftsstand „Baden-Württemberg International“ (Halle 2, C19) Erfindungen und Prototypen aus den Bereichen Automobil, Metallverarbeitung, neue Werkstoffe und Mikroskopie.

Ausgestellt wird beispielsweise ein Turbolader, der schneller durchstartet, aber viel weniger Benzin verbraucht. „Medusa“ heißt dieser neuartige Abgastrakt für einen Verbrennungsmotor, der zum Beispiel kein so genanntes „Turboloch“ aufweist und auch bei hohen Verbrennungstemperaturen sehr robust ist. Entwickelt wurde das Gerät am Institut für Thermische Strömungsmaschinen und Maschinenlaboratorium der Universität  Stuttgart. 

Ebenfalls zu sehen ist  eine neue Regelung der Einschweißtiefe beim Laser-Schweißen. Mit diesem neuen System kann die genaue Eindringtiefe des Laserstrahls beim Schweißen von Überlappverbindungen geregelt werden. Denn davon hängt es ab, ob ein Laser durchschweißt, also bis zur Unterseite eines Bleches durchdringt, oder ob er nur in das Blech einschweißt. An der Erfindung und Entwicklung dieser Innovation sind drei Erfinder aus verschiedenen Institutionen beteiligt: Andreas Blug vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM  in Freiburg, Felix Abt vom Institut für Strahlwerkzeuge an der Universität Stuttgart und Leonardo Nicolosi vom Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik der TU Dresden. Die Erfindung wurde gefördert von der Baden-Württemberg Stiftung. Im Auftrag der Baden-Württemberg Stiftung begleitet TLB die Patentierung und Verwertung der Erfindung.

Auch werden neuartige Keramik- und Polymerschäume ausgestellt, die über eine besondere makroporöse Porenstruktur verfügen und dadurch für Anwendungen im Bereich der Trenntechnik, als Trägermaterial oder Implantat interessant sind. Diese Schäume wurden über ein neues, am Institut für Mechanische Verfahrenstechnik und Mechanik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) entwickeltes Verfahren erstmals in einfacher, ökonomischer und umweltschonender Weise hergestellt. Hierbei werden Kapillareffekte ausgenutzt, die in einer dreiphasigen Suspension aus nano- bis mikropartikulären Feststoffpartikeln wirken und die makroporöse Struktur des gesinterten Werkstoffs prägen. Die Kapillarsuspension ist einfach in Form zu bringen, so dass auch Bauteile mit komplizierter Geometrie hergestellt werden können.

Gemeinsam mit TLB zeigt die Hochschule Reutlingen ein neues Verfahren zur markierungsfreien Charakterisierung von Chromosomen (Karyotypisierung) und zu ihrer optischen Nahfeldvermessung, dem so genannten Hyperspektralen Imaging von Chromosomen. Beides wurde von Professor Rudolf Kessler zusammen mit seiner Arbeitsgruppe am Reutlingen Research Institute (RRI) der Hochschule Reutlingen patentiert und in einer Kooperation von sechs Partnern aus Wissenschaft und Industrie weiterentwickelt. Dieses markierungsfreie Nanoskop hat die automatisierte, zuverlässige und reproduzierbare Typisierung von Chromosomen zum Ziel und erforscht eine breitere Anwendbarkeit der Methode bei der Aufklärung von Strukturen in der Medizintechnik und der Biotechnologie. TLB  ist mit der Patentierung und Verwertung der Erfindung betraut. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Kooperation im Rahmen des Projekts “Karyospec”.

 

Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH Ettlinger Str. 25 76137 Karlsruhe

Pressekontakt: Annette Siller Tel.: +49 721/ 79004-0 Telefon 0721 790040 Fax: +49 721/ 79004-79 Mail: asiller(at)tlb.de

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Hannover Messe: Markierungsfreies Nanoskop

Markierungsfreie Chromosomentypisierung durch multimodale, räumlich aufgelöste Spektroskopie

Technologie-Lizenz-Büro und Hochschule Reutlingen präsentieren Hyperspektrales Imaging von Chromosomen

 

Die Hochschule Reutlingen arbeitet mit sechs Partnern aus Wissenschaft und Industrie in einer Kooperation zusammen, um ein Verfahren zur markierungsfreien Chromo­somentypisierung weiter in Richtung Marktreife voranzutreiben. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH in Karlsruhe ist mit der Patentierung und Verwertung der Er­findung betraut. Das Bundesmininisterium für Bildung und Forschung fördert die Koopera­tion im Rahmen des FHProFunt-Projekts „Karyospec“. Die Ergebnisse der Kooperation werden auf dem Gemeinschaftsstand Baden-Württemberg International der Hannover Messe 2013 präsentiert.

Basis der Zusammenar­beit sind neue Verfahren zur markierungsfreien Charakterisierung von Chromosomen (Karyotypisierung) und zu ihrer optischen Nahfeldvermessung. Beides wurde von Prof. Rudolf Kessler zusammen mit seiner Arbeitsgruppe am Reutlingen Research Institute (RRI) der Hochschule Reutlingen entwickelt.

Die Kooperation hat die automatisierte, zuverlässige und reproduzierbare Typisierung von Chro­mosomen zum Ziel und erforscht eine breitere Anwend­barkeit der Methode bei der Aufklärung von Strukturen in der Medizintechnik und der Biotechnologie. Für das Reutlinger Verfahren liegt bereits eine Patenterteilung vor. „Das sichert die Verwertbar­keit für die Erfinder und deren Hochschule und schafft für alle Beteiligten eine klare Basis für weitere Investitionen“, so TLB-Innovationsman­agerin Dr. Andrea Nestl, verantwortlich für Patentstrategie und Kommerzialisierung.

Die weiteren Projektpartner bringen un­terschiedliche Kompetenzen ein. Die Arbeitsgruppe von Prof. Peter Väterlein, Prorektor der Hochschule Esslingen, konzipiert eine spezielle Software für die Steuerung und komplexe Datenanalyse des hyperspektralen Imaging Systems. Das Institut für Lasertechnologien in der Medizin und Messtechnik an der Universi­tät Ulm bringt unter der Leitung von Dr. Martin Udart die biologischen Proben und das entsprechende Know-how der üblichen Karyotypisierung ein. Die Industriepartner sind Spezialisten für die jeweils verschie­denen Komponenten des Imaging Systems. So entwickeln die Unternehmen Polytec und J&M gemeinsam ein RAMAN Spektrometer, das preisgünstig in das Mikroskop integriert werden kann und die Charakterisierung der chemischen Zusammensetzung übernimmt. Inno-specist als Spezialist für die verwende­te sogenannte Pushbroom Imaging Techno­logie zuständig, und die Carl Zeiss AG ist als Mikroskopiespezialist und Medizintechnikex­perte im Konsortium vertreten. (Dr. Regina Kratt)

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Ausgezeichnetes Sytem regelt die Einschweißtiefe

Laserschweißen ist aus vielen Bereichen der Produktion nicht mehr wegzudenken. Die Technik kommt in verschiedenster Form zum Einsatz, denn sie ermöglicht schnelles und flexibles Schweißen an schwer erreichbaren Stellen, etwa im Karosseriebau. Bislang musste jedoch stets mit Unregelmäßigkeiten in der Schweißnaht gerechnet werden. Mit der von TLB auf der Hannover Messe gezeigten Innovation der „Einschweißtiefenregelung beim Laserschweißen“ können Qualitätsschwankungen zuverlässig vermieden werden (Halle 2, C19).

An der Erfindung und Entwicklung des neuartigen Regelsystems sind drei Erfinder aus verschiedenen Institutionen beteiligt: Andreas Blug vom Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM  in Freiburg, Felix Abt vom Institut für Strahlwerkzeuge an der Universität Stuttgart und Leonardo Nicolosi vom Institut für Grundlagen der Elektrotechnik und Elektronik der TU Dresden. Die Erfindung wurde gefördert von der Baden-Württemberg Stiftung. Im Auftrag der Baden-Württemberg Stiftung begleitet TLB die Patentierung und Verwertung dieser Innovation.

Bei hochdynamischen Prozessen wie dem Laser-Schweißen treten periodische und zufällige Fehler bzw. Nahtunregelmäßigkeiten auf. Im schlimmsten Fall machen diese die Schweißnaht unbrauchbar. Die Frage nach der Qualitätssicherung bei diesem zukunftsweisenden Produktionsverfahren war daher für die drei Erfinder von einer wesentlichen Bedeutung. Blug, Abt und Nicolosi gelang es als ersten und bislang einzigen, das Durchstoßen des Lasers durch einzelne Blechlagen im Schmelzbad zu messen und so die Einschweißtiefe in Überlappverbindungen zu regeln. Damit können Prozessschwankungen ausgeglichen und so die Qualität der Schweißnaht sichergestellt werden. Mit der innovativen Regelung ist ein kontrolliertes Durchschweißen genauso möglich wie ein gezieltes Einschweißen und hochkomplexe Nahtformen.

Die Erfindung basiert auf einem neuartigen Kamerasystem, bei dem Bilder direkt auf dem Kamerachip extrem schnell ausgewertet werden. Dadurch können mehr als 10.000 Bilder pro Sekunde verarbeitet und die Laserleistung innerhalb von Millisekunden über einen ausgeklügelten Regelalgorithmus angepasst werden. Das Regelsystem bewältigt unterschiedliche Vorschubgeschwindigkeiten genauso wie lokal unterschiedliche Blechdicken. Gleichzeitig weist die Schweißnaht eine bessere Oberflächenqualität bezüglich Verschmauchung und Spritzern auf.

In der Fachwelt wurde das neue Regelungssystem als so bedeutend erachtet, dass es im vergangenen Jahr gleich mit zwei renommierten Preisen gewürdigt wurde: Mit dem dritten Platz des Stahl-Innovationspreis 2012 in der Kategorie „Stahl in der Forschung und Entwicklung/Verfahren“ und ebenfalls mit dem dritten Platz des Berthold Leibinger Innovationspreises.

 

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Turbolader Medusa: Schneller Durchstarten - weniger Benzinverbrauch

Medusa heißt ein vollkommen neuartiger Abgastrakt, den TLB auf der Hannover Messe zeigt.

Herkömmliche Turbolader sorgen zwar für eine höhere Beschleunigung des Autos und damit für ein erhabenes Fahrgefühl, haben jedoch einige Nachteile: Allen Bemühungen zum Trotz gibt es immer noch das allgemein bekannte „Turboloch“ und es ist mit einer hohen Ausfallrate der Bauteile unter anderem wegen der hohen Abgastemperaturen zu rechnen. Die Technologie-Lizenz-Büro (TLB) GmbH zeigt auf der Hannover Messe einen neuartigen Abgastrakt, der aufgrund seiner einfachen Bauweise diese Nachteile nicht mehr aufweist (Halle 2, C19). Sein Name: MEDUSA (Multiple Exhaust Duct Source Adjustment).

Bei der Abgasturboaufladung werden mit einem Verdichter der Druck und der Volumendurchsatz des Luftstromes vor dem Verbrennungsmotor erhöht. Dabei treibt die mit den Motorabgasen beaufschlagte Turbine den Verdichter an. Um den Verbrennungsmotor über sein gesamtes Drehzahlband mit Frischluft zu versorgen und damit eine hohe Beschleunigung des Fahrzeugs gewährleisten zu können, wird der Betrieb der Turbine geregelt.

Die Möglichkeiten die Turbine mit einem Ottomotor zu Regeln ist im Moment hauptsächlich auf eine Bypass-Regelung (Waste-Gate) beschränkt, bei der die Radialturbine kleiner ausgelegt und ein Teil des Abgasmassenstroms an der Turbine vorbeigeleitet wird. Des Weiteren kann die Turbine mit variablen Leitschaufeln (VTG, VNT) oder einer Schiebehülse (z.B. VGT) geregelt werden. Allerdings werden diese Lösungen meist nur in Kombination mit einem Dieselmotor für PKW-Anwendungen eingesetzt. Die Gründe dafür sind die hohe Komplexität dieser Lösungen und die geringeren Abgastemperaturen als beim Ottomotor. Für Dieselmotoren in LKW-Anwendungen hat sich dennoch die Waste-Gate-Regelung etabliert, da eine hohe Zuverlässigkeit gefordert ist.

Üblicherweise werden die Abgase aus den einzelnen Zylindern des Motors mit Hilfe eines Abgaskrümmers zusammengeführt und über ein Spiralgehäuse zur Turbinenstufe gelenkt. Auch Lösungen mit zwei voneinander getrennten Spiralgehäusen, auch Twin-Scroll-Turbine genannt, gehören zum Stand der Technik. Im Vergleich zur Lösung mit einem Spiralgehäuse bleibt die Impulsenergie des Abgases besser erhalten und kann der Turbine zugeführt werden. Mit einer Twin-Scroll-Turbine geht dennoch Impulsenergie verloren.

Mit Hilfe des neuartigen Abgastrakts MEDUSA wird die Impulsenergie der Abgasströme deutlich effizienter genutzt. Die Regelung erfolgt hierbei über die Teilbeaufschlagung der Turbine mit Hilfe von voneinander getrennten Schaufelkanälen vor der Turbine. Damit ist eine gezielte Anströmung pro beaufschlagtem Turbinensegment möglich und die notwendigen Regelaggregate müssen nicht am Turbolader befestigt sein. Diese Aggregate können des Weiteren zwischen Motor und Turbolader oder direkt am Motor angebracht werden. Dies hat den Vorteil, dass ein einfacher und schneller Austausch des Regelaggregats möglich ist. Außerdem ist für die Regelung des Turboladers keine komplexe Konstruktion am Turbolader notwendig.

Da mit MEDUSA die Impulsenergie genutzt wird, kann die Turbine schneller auf die gewünschte Betriebsdrehzahl gebracht und das sogenannte „Turboloch“ reduziert werden. Die Fertigung und Instandhaltung wird mit Hilfe dieses Konzepts deutlich einfacher und kostengünstiger. Außerdem bietet MEDUSA neben der Waste-Gate-Regelung eine willkommene Möglichkeit die Turbine für den Betrieb mit einem Ottomotor zu regeln.

 

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