Technologieangebote Material- und Werkstofftechnik



Optimierte Faserführung bei Kohlenstofffaser-Verbundmaterialien aus Geflechten

Am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart wurden die Funktionalitäten der Flechtmaschinen optimiert, so dass die Vorteile bisher bekannter Technologien zusammenspielen können.
Das neue Flechtmaschinen-Funktionsprinzip nutzt zwar bekannte Komponenten, ordnet und verbindet sie aber auf eine neue Art und Weise und macht so den Flechtprozess insgesamt deutlich flexibler. Es ermöglicht durch eine neue Lagerung und unabhängige Bewegungsspielräume der Klöppel nicht nur die Aufnahme größerer Spulen, sondern insbesondere lässt sich die textile Abbindung des Geflechts beliebig verändern.
Zusätzlich ist nun eine Entkopplung von Flechtring und Maschine möglich, was eine exzentrische Kernführung und so eine kontrollierte Faserablage, auch bei gekrümmten Bauteilen ermöglicht.

 

 

Selektives Laser-Schmelz-Verfahren mit lokal substituierten Werkstoffen

Ein an der Universität Stuttgart entwickeltes, selektives Laser-Schmelz-Verfahren erlaubt die selektive Einbringung von Werkstoffen in einen Basiswerkstoff, ohne dass das Pulverbett mit dem teureren Material gefüllt werden muss. So können Bauteile aus unterschiedlichen metallischen Werkstoffen aufgebaut werden, die in bestimmten Bereichen mit optimierten Funktionalitäten versehen sind. Auch Bauteile mit einer besonders hohen Oberflächengüte und graduellen Werkstoffübergängen sind günstig herstellbar, da das Bettmaterial unabhängig vom Konstruktionswerkstoff gewählt werden kann.

 

 

Mechanisch verstärkte Verbundmaterialien aus isocyanatfrei hergestellten „grünen“ Polyhydroxy-urethanen (PHU)

In einem weiteren von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH geförderten Projekt konnten nun an der Universität Freiburg Verbundmaterialien basierend auf Polyhydroxyurethanen (PHU) hergestellt werden, welche weitestgehend agglomeratfrei und homogen dispergierte oxidische Aluminiumnanoplättchen enthalten. Dabei konnte auf toxische und phosgenbasierte Isocyanate verzichtet werden, wodurch das Gefährdungspotential reduziert und die Verarbeitung deutlich vereinfacht werden konnte. In den so hergestellten innovativen Nanocompositen konnten mechanische Eigenschaften erzeugt werden, die in PHU-basierten Systemen bisher nicht erreicht wurden. In den neuen Verbundmaterialien konnten zudem perlmuttartige "Brick and Mortar"-Strukturen durch gezieltes Ausrichten dieser Füllstoffe dargestellt werden, wobei dieses Ausrichten zu einer größeren Härte des Materials führt. Das neue Verbundmaterial könnte überall da zum Einsatz kommen, wo kunststoffbasierte Werkstoffe mit hohem E-Modul und hoher Zugfestigkeit erforderlich sind, aber auch aufgrund seiner Härte und Kratzfestigkeit als Beschichtung, ohne dabei abrasiv gegenüber anderen Verbundmaterialien zu sein. Möglich sind vielfältige Anwendungen z.B. als Formkörper, Beschichtung, Klebstoff, Folie, Bauteil oder Materialsystem in der Medizintechnik.

 

 

Isocyanatfreie, „grüne“ Polyhydroxyurethane mit programmier- und schaltbaren Formen (SMPs)

In einem von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH geförderten Projekt konnte nun an der Universität Freiburg ein innovatives, vergleichsweise einfaches Verfahren entwickelt werden, unter Verwendung von biobasierten Bausteinen und vorzugsweise lösungsmittelfrei nachhaltige, gesundheitlich weniger bedenkliche Poly(ß-hydroxy)urethane (PHUs) herzustellen. Das Verfahren kommt ohne Isocyanate aus und die verwendeten Monomere sind feuchtigkeitsunempfindlich.
Die so hergestellten teilkristallinen Polyurethanmaterialien bzw. Mehrschichtsysteme können gezielt über die Temperatur oder durch Wasseraufnahme definierte, einprogrammierte Formänderungen vollführen (shape memory effect).
Möglich sind vielfältige Anwendungen als Formkörper, Beschichtungen, Fasern, Folien, Aktuatoren oder auch als Bauteile in der Medizintechnik.

 

 

Permanente Oberflächenfunktionalisierung durch Bindungs-Multiplikation mittels Quat-Primer-Polymeren

„Q-Primer“ sind monomeraktive Ammoniumverbindungen, die es in Form einer Grundierung ermöglichen, praktisch jede Oberfläche permanent zu funktionalisieren. Es handelt sich um ein umweltfreundliches und kostengünstiges Verfahren, das die Herstellung ultra-dünner Schichten und eine Funktionalisierung „on demand“ ermöglicht. Die Trägersubstanz des Primers kann mit beliebigen funktionellen Gruppen ausgerüstet werden, sodass nun eine universell einsetzbare Strategie zur Modifizierung von Oberflächen zur Verfügung steht.

 

 

Novel carbonization process of PAN-nanofiber mats with enhanced surface area and porosity

This innovative carbonization process of carbon precursor fibers creates in a fast and energy saving manner carbon fibers (CF) which are highly porous (small pore diameters from 0.1 to 10 nm) and have a high surface area (100 to 2500 m2/g). The pyrolysis step needs only minutes or even seconds.

No additional additives like pore-providing templates, catalytic compounds or corrosive liquids are required. However, filler materials like pigments, dyes, graphene nanoplatelets or metal- and semiconductor nanoparticles can be admixed to vary the performance of the produced carbon fibers, e.g. to increase electrical conductivity. Overall, this technology combines conventional carbonization and activation treatments into one process and is more economical by saving time, costs and resources compared to already known thermal carbonization methods.

Applications of carbon fibers are known in the art. Electric applications like super caps and electrodes or filtration and adsorption for gas, water and solvent purification might be preferable.

 

 

Diamantbeschichtetes Hartmetallwerkzeug mit hoher Bruchzähigkeit und verbesserter Standzeit

In einem von der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH geförderten Projekt konnte am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM ein verbessertes Beschichtungsverfahren für Diamantbeschichtete Hartmetallwerkzeuge entwickelt werden und gegenüber dem Stand der Technik eine wesentliche Verbesserung der Diamantschichthaftung erzielt werden. Durch den Einsatz von Mikrowellenplasma wird eine optimierte Strukturierung und Rekristallisation der Randzone erreicht, die bisher besonders Anfällig für Verschleiß war. Eine Diffusionsbarriere für Cobalt sorgt dabei für eine verbesserte Adhäsion der Diamantschicht. Das Verfahren lässt sich auf unterschiedliche Hartmetalle anwenden und ermöglicht bisher unerreichte Standzeiten der Werkzeuge in Verbindung mit einer hohen Bruchfestigkeit.

 

 

Highly conductive pastes for printable electronic applications and devices

At the Karlsruhe Institute of Technology (KIT), a new platform concept for the formulation of highly conductive, printable pastes has been developed. Corresponding pastes are free of polymeric or other non-volatile stabilizers and rheology control agents. Nevertheless, rheological properties like low-shear viscosity and yield stress can be adjusted in a wide range. Thus sedimentation /aggregation is prohibited and long-term stability can be guaranteed even for suspensions of high density particles (e.g. Ag, Ni). Also full control of the application behavior in many different printing/coating operations is furnished.

 

 

Seilendverbindung für hochfeste Faserseile: leicht, langlebig und belastbar

Die neu entwickelte Seilendverbindung für hochfeste Faserseile, die langlebig und belastbar ist, bietet darüber hinaus die Möglichkeit, sensorgestütztes Monitoring einfach zu integrieren. Durch die neue Technik entsteht ein hülsenlos montiertes Teil aus einem gießfähigen, ausgehärtetem Werkstoff, das alleine durch Umgießen oder Anformen mit den Filamenten des Seiles formschlüssig verbunden ist und dessen Geometrie auf anwendungsspezifische Anforderungen angepasst werden kann.

 

 

Dünne Luftschicht zwischen Schiffsrumpf und Wasser verhindert Bewuchs und reduziert Reibung

Im Rahmen eines Projektes der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH wurde ein Oberflächenmaterial entwickelt, das in der Lage ist, eine dünne Gasschicht zu halten, während es in eine Flüssigkeit eingetaucht ist. Gerade im Schiffsbau könnte ein derartiges Material außerordentlich nutzbringend sein, da es als Beschichtung von Schiffsrümpfen nicht nur toxische Antifouling-Anstriche überflüssig macht, sondern zugleich auch die Reibung während der Fahrt reduziert.

 

 

Hochdichte Faserplatte aus nachwachsenden Rohstoffen, geeignet zur Freiform-Gestaltung

Wissenschaftler der Universität Stuttgart entwickelten eine flexible, hochdichte Faserplatte mit rutschhemmenden und schlagabsorbierenden Eigenschaften, die zu 80 % bis 90 % aus jährlich nachwachsenden landwirtschaftlichen Reststoffen besteht. Da bei der Herstellung auf formaldehyd- und isocyanathaltige Zusätze verzichtet werden kann, ist sie prädestiniert für den Einsatz im Innenbereich. Nicht nur werden die Gesundheitsrisiken während des gesamten Produktlebenszyklus minimiert, sondern sie ist zusätzlich recycelbar und kompostierbar. Als weiteres Highlight bietet sie sich durch ihre hohe Flexibilität für den Einsatz zur Freiform-Gestaltung von Möbeln und Trennwänden an.

 

 

Kraftkonstantes Anpressen des Geflechtschlauches in der automatisierten Herstellung von Flechtbauteilen

Am Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart wurde ein flexibler Anpresswalzenmechanismus für Flechtmaschinen entwickelt, der auch bei Bauteilen mit kleinen Krümmungswinkeln oder größeren Querschnittsänderungen die Geflechtablage in der automatisierten Herstellung signifikant verbessert.
Beim Umflechten eines Flechtkerns sorgt dabei die flexible Lagerung der Anpresswalzen dafür, dass sich die Anpresswalzen sowohl an eine Schrägstellung als auch eine Querschnittsänderung des Flechtkerns anpassen, und am Flechtring eine konstante, genau definierte Kraft auf das Geflecht ausgeübt wird.
Im automatisierten Prozess übernimmt die Robotersteuerung der Flechtmaschine die Ansteuerung der Anpresswalzen. Die Geflechtablage bei Bauteilen mit variablem Querschnitt und Krümmungen wird dadurch - ohne manuelles Nachführen - signifikant verbessert.

 

 

Variable Fadenanzahl in Flechtmaschinen

Stuttgarter Erfinder haben ein neues Konzept für Radial- oder Standardflechtmaschinen entwickelt, das sich durch eine zusätzliche Fadenpositioniereinheit nahe am Flechtzentrum auszeichnet. Das Positioniermodul bildet eine sekundäre Flügelradebene, die sich synchron mit der gängigen ersten Flügelradebene bewegt und die Position jedes einzelnen Fadens nahe am Flechtzentrum klar definiert. Damit ist die Grundvoraussetzung für eine automatisierte Fadenmanipulation geschaffen, die erstmals das Umflechten von Bauteilen mit stark variierenden Umfängen bei konstantem Flechtwinkel und gleichmäßiger Geflechtqualität ermöglicht.