Gewählte Kategorie Verfahrenstechnologie
Starkes Duo: Keramik und Diamant
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Fraunhofer-Institut entwickelt neuartige Beschichtung für Bauteile und Werkzeuge aus Keramik
Ein Material mit hohem Verschleißschutz zu entwickeln, war das Ziel eines Teams aus Forschung und Industrie. Ihre Lösung verleiht besonders beanspruchten Werkzeugen und Bauteilen eine längere Lebensdauer bei verbessertem Einsatzverhalten. Die grundlegende Idee war es, die Eigenschaften von Keramik mit denen von Diamant zu verbinden. Möglich wurde die Umsetzung dieser Idee durch Entwicklungen am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden. Dr. Mathias Herrmann und sein Team verbesserten die Haftfähigkeit der Diamantbeschichtung auf Keramik-Oberflächen. Damit konnten Dr. Lothar Schäfer und Dr. Markus Höfer vom Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig in einem aufwändigen Prozess Gleitringdichtungen mit dem härtesten aller Stoffe beschichten. Das Material bestand bei der Firma Eagle Burgmann, einem der weltweit führenden Hersteller von Dichtungen, den Belastungstest bereits erfolgreich. Die Kombination von Keramik und Diamant ist künftig für viele Anwendungen denkbar – zum Beispiel für Komponenten im Maschinenbau oder für Werkzeuge mit besonders hohem Verschleiß.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2010
Hologramm-Kopierschutz für Massenprodukte
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Sprengprägen verhindert Technologieklau
Produktpiraterie verursacht weltweit Schäden in Milliardenhöhe. Experten schätzen, dass rund zehn Prozent des Welthandelsvolumens mit gefälschten Produkten erzielt werden. Mit dem Verfahren des Sprengprägens wird Kopierschutz nun auch für Massenware möglich. Erarbeitet wurde die patentierte Technologie von Dipl.-Ing. Günter Helferich vom Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT in Pfinztal. Er erhielt für die Entwicklung dieses Plagiatschutzes einen der Joseph-von-Fraunhofer-Preise des Jahres 2009. Das Sprengprägen ermöglicht das unmittelbare Strukturieren von Metalloberflächen. Mit diesem Verfahren lassen sich sogar die Strukturen weicher holografischer Prägevorlagen – Nickelshims – in Formeinsätze für das Spritzgießen übertragen. Mittels der auf diese Weise strukturierten Formen lassen sich Kunststoff-Massenprodukte ohne zusätzlichen Arbeitsprozess mit deutlich sichtbarem Hologramm als Kopierschutz fertigen. Damit sind alle Bauteile über den in Kunststoff eingegossenen Fingerprint eindeutig zu identifizieren. Das Sprengprägen holografischer Strukturvorlagen ist nicht kopierfähig – selbst wenn identische Vorlagen verwendet würden, denn dieser Vorgang lässt sich von Produktfälschern niemals im Detail nachvollziehen – der ideale Piraterieschutz also.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2009>
Wirkstoff-Tests am künstlichen Organ
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Künstliche Leber für Medikamententest
Die Wirkung von Medikamenten wird heute in der Regel vor den klinischen Tests mit Tierversuchen erprobt. Neben ethischen Aspekten haben sie weitere Nachteile, denn manche Wirkungen bleiben im Tierversuch unentdeckt. Am Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart entwickeln Forscher deshalb synthetische Organmodelle, mit deren Einsatz bessere Vorhersage-Möglichkeiten über Wirkungsmechanismen beim Menschen gegeben sind. Heike Mertsching und Dr. Johanna Schanz nutzen für ihre Experimente eine künstlich erzeugte Leber, die eines der wichtigsten Stoffwechselorgane des Menschen ist. Sie entgiftet den Körper, baut Medikamente ab und Proteine auf. Mit dem hier entwickelten Verfahren gelang es den beiden Forscherinnen, ein weiteres Organ nachzubilden: menschliche Haut. Dies könnte für die Kosmetikindustrie von besonderer Bedeutung werden. Ihr ist seit März 2009 europaweit bereits gänzlich untersagt, Produkte zu verkaufen, die an Tieren getestet wurden.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2009>
Kostengünstige und effektive Keramikfilter
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Wenn das Eckige ins Runde muss
Für Pkw sind Partikelfilter schon Standard bei der Erstausrüstung. Baumaschinen, Stadtbusse oder Müllwagen, die in wesentlich kleineren Serien produziert werden, sollen demnächst nachziehen. Die Herstellung solch kleiner Serien ist momentan nur sehr aufwändig und unflexibel möglich. Fraunhofer-Forscher am Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden entwickelten ein neues Material und Design für Keramikfilter; sie können so kostengünstig produziert werden. In Zusammenarbeit mit der HUSS Umwelttechnik GmbH stellten die Fraunhofer-Forscher den kompletten Fertigungsprozess auf die Füße, um robuste Dieselpartikelfilter in kleiner Serie herzustellen.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2009
Edelsteine – optimal verwertet
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Elektronisch gesteuerte Schleifmaschine hilft Rohstoff sparen
Edelsteine beginnen erst durch den richtigen Schliff zu funkeln. Beim Schleifen muss man aber nicht nur auf den schönen Schliff mit exakt angelegten Facetten achten, sondern auch darauf, dass der wertvolle Rohstein so wenig wie möglich an Volumen verliert. Am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM in Kaiserslautern arbeiten Dr. Anton Winterfeld und Dr. Peter Klein. Ihre Aufgabe: die über mehrere Jahrhunderte erarbeiteten Kenntnisse der Schleifer in einem mathematischen Prozess abzubilden. Das Ergebnis: eine Software und eine daran angeschlossene Schleifmaschine. Um diese Software zu entwickeln, nutzten die Forscher ein spezielles Feld der Mathematik: die allgemeine semi-infinite Optimierung. Semi-infinit heißt: die zu wählenden Freiheiten bei der Festlegung eines Designs unterliegen unendlich vielen Nebenbedingungen. Edelsteine, mit dem Prototyp der elektronisch gesteuerten Maschine geschliffen, haben durchschnittlich dreißig Prozent mehr Volumen als beim herkömmlichen manuellen Schleifen.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2009>
Chips von der Rolle
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Preiswerte Elektronik-Bauteile dank Polytronik
Kostengünstige Kunststoff-Chips, flexible Displays und flache Folienbatterien ermöglichen neue Baukonzepte für eine Vielzahl innovativer Produkte. Grundlage dafür ist die Produktion in Massenfertigung aus preiswertem Material – kurz: Chips von der Rolle. Polytronik nennen die Fraunhofer-Forscher am Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration diese neue Technologie, die Polymere als Basis für eine neue Low-Cost-Elektronik nutzt. Überall da, wo Elektronik flach, flexibel oder billig sein muss, können Polymere ihre Vorteile ausspielen. Schon jetzt demonstrieren Bauteile wie kleine OLED-Displays, Folienbatterien und Plastikchips die Machbarkeit. Das Potenzial ist riesig. Eine multifunktionale Folie kann neben Chip und Antenne oder Spule auch Sensoren, ein kleines Display und eine Batterie enthalten. Das Spektrum ist breit. Es reicht von intelligenten Etiketten, Grußkarten, Papierspielzeug über Chipkarten mit Display und Identifikationssystemen, die in Papier, Verpackungen und Kleidung integriert werden, bis hin zum intelligenten Pflaster mit eingebauter Sensorik oder gar zur elektronischen Zeitung und dem vollpolymeren Foliencomputer. Eine stufenweise Entwicklung wird künftig zu vollpolymeren Systemen führen. Aus Polymeren können dann elektronische Schaltkreise mit einfachen Drucktechniken – ohne aufwendige Reinraumtechnik wie heute – produziert werden. Diese massenhaft und billig produzierbaren Chips von der Rolle werden Waren zunehmend “intelligent” und die Elektronik allgegenwärtig machen.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2002>
Schokolade – die süße Verführung
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Forschen für mehr Genuss
Seit Jahrhunderten lieben und verarbeiten Menschen Schokolade. Wer allerdings glaubt, das Geheimnis der süßen Droge müsste deshalb schon entschlüsselt sein, der hat sich getäuscht. Schoko-Forscher am Fraunhofer-Institut für Verfahrensforschung dringen am Anfang des 21. Jahrhunderts mit modernen chemischen und physikalischen Analyseverfahren immer tiefer in die Wunderwelt aus zartem Schmelz und duftendem Aroma ein.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2009
Implantat mit Orangenhaut
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Neues Verfahren für die Herstellung von Hüftgelenken
Derzeit implantieren deutsche Ärzte jährlich rund zweihunderttausend künstliche Hüftgelenke – Tendenz steigend. Eine gute Stunde dauert die Operation und ist in vielen Krankenhäusern schon ein Standard. Trotzdem: Die Oberflächenstruktur der Implantate lässt sich noch deutlich verbessern. Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT haben 2008 ein Verfahren entwickelt, mit dem sich individuelle Implantate innerhalb weniger Stunden fertigen lassen. Weitere Besonderheit dieser Implantate: dank ihrer rauen Oberfläche bieten sie beste Voraussetzungen dafür, dass das Knochengewebe schnell und fest anwachsen kann.
© Fraunhofer-Gesellschaft 2008
Porträt: Martin Jansen
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Keramische Hochleistungswerkstoffe mit neuem Profil
Für seine Arbeiten auf dem Gebiet der modernen Hochleistungskeramiken erhielt Prof. Dr. Martin Jansen, Direktor am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart, 2004 den mit 50.000 Euro dotierten Wissenschaftspreis des Stifterverbandes für die Deutsche Wissenschaft. Die Auszeichnung wird für außergewöhnliche Erfolge bei der Umsetzung von Ergebnissen der Grundlagenforschung in Anwendungen verliehen. Mit einem innovativen Konzept gelang es Martin Jansen, eine neue Klasse keramischer Hochleistungswerkstoffe zu entwickeln, die bald schon metallische Werkstoffe ersetzen könnten.
© Max-Planck-Gesellschaft 2004
Modellsystem Sand
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Kleine Körner, große Wirkung
Sommerzeit ist Sandkastenzeit. Warum man mit trockenem Sand nicht bauen kann, aber etwas Zugabe von Wasser die Substanz deutlich ändert, haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen genauer untersucht. Dem Physiker Stephan Herminghaus und seinem Team geht es dabei allerdings nicht um das perfekte Sandburgen-Rezept. Die Eigenschaften von Sand sind für die Pharma- und Lebensmittelindustrie ebenso relevant wie für das Verständnis mancher Naturkatastrophen, wie zum Beispiel von Erdrutschen.
© Max-Planck-Gesellschaft 2008
