Technologie

Informationsdienst Technologie und Innovationen: KW 13

1. Effizientes und umweltfreundliches Reinigen mittels Laser
2. Werkstoffprüfung mit Ultraschall um Faktor 100 beschleunigt
3. Intelligente Sensorverpackung gegen Gammelfleisch
4. Bio-Verbundwerkstoffe mit Widerstandsfähigkeit von Kevlar
5. Neuartiges Solardisplay ersetzt Ladegerät
6. Neuer Weltrekord bei Dünnschicht-Solarmodulen
7. Neues Syntheseverfahren für Biodiesel aus Pflanzenabfällen
8. Kostengünstige Verfahren für Halbleiter-Nanodrähte
9. Nanokristalline Metallschäume um das 10-fache stabiler
10. Automatisierte Online-„Mitfahrzentrale“ für Frachtgüter

 

Effizientes und umweltfreundliches Reinigen mittels Laser
Die Clean-Lasersysteme GmbH, eines der rund 30 Spin-Off Unternehmen des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT, hat ein innovatives Reinigungsverfahren entwickelt. Bislang werden zum Reinigen technischer Oberflächen meist giftige und gesundheitsschädliche  Lösemittel eingesetzt. Zum Beispiel, wenn alte Korrosionsschutz-Anstriche oder chromhaltige Lacke entfernt werden müssen. Außerdem verursachen diese konventionellen Verfahren Verschleiß bei der Reinigung verschmutzter Maschinen und Ausschuss in der Produktion. Auch verunreinigte Strahlmittel wie Sand oder Wasser müssen aufwändig aufbereitet und entsorgt werden. Bei dem neuartigen Reinigungsverfahren entfernt ein fokussierter Laserstrahl Schmutz- und Deckschichten von Materialien durch Verdampfen. Der gepulste Laserstrahl wirkt nur sehr kurz ein, daher bleibt das Grundmaterial kalt und wird nicht beschädigt. Schmutz, alter Lack oder Flugrost verdampfen dabei in Sekundenbruchteilen und lassen sich sofort absaugen. Giftige Partikel werden so nicht mehr in die Umwelt freigesetzt. Im Vergleich zu herkömmlichen Reinigungsverfahren lassen sich mehr als 80 Prozent Energie einsparen.

 

Werkstoffprüfung mit Ultraschall um Faktor 100 beschleunigt
In der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung (Pipelines, Eisenbahnräder, Kraftwerkkomponenten, Brückenpfeiler etc.) hat sich Ultraschall seit Jahren bewährt. Mit einem Prüfkopf strahlt man ihn ins Werkstück hinein, und aus der Laufzeit der zurückreflektierten Signale lässt sich erkennen, wo sich Materialfehler befinden. Fraunhofer-Forscher gelang es nun jedoch, ein neues, wesentlich schnelleres und zugleich aussagekräftigeres Verfahren mit einer bis zu hundertfach erhöhten Prüfrate zu entwickeln. Dabei wurde das konventionelle Echolot-Verfahren – eine einfache Ultraschallmethode – mit einer innovativen Software für die Erzeugung dreidimensionaler Bilder kombiniert. Dr.-Ing. Andrey Bulavinov: „Wir arbeiten nicht mehr mit dem Verfahren des Echolot, das ein Schallfeld in eine bestimmte Richtung einstrahlt, sondern erzeugen mit dem Prüfkopf – Experten nennen ihn Phased Array – eine defokussierte, nicht gerichtete Welle, die das Material durchdringt. Dann kommen aus allen Richtungen Signale zurück, und der Rechner rekonstruiert aus diesen das Bild.“ Ähnlich wie in der medizinischen Computertomographie entstehen am Ende dreidimensionale Bilder des untersuchten Objekts, auf denen eventuelle Fehlstellen leicht erkennbar sind. Das Verfahren ist dabei praktisch für alle Materialien der Luft- und Raumfahrt- sowie der Automobilindustrie geeignet, insbesondere auch für Leichtbauwerkstoffe. Sogar austenitische Stähle, eine Stahlsorte, die mit den konventionellen Ultraschallmethoden nur sehr eingeschränkt geprüft werden kann, ist für dieses Verfahren geeignet.

 

Intelligente Sensorverpackung gegen Gammelfleisch
Fraunhofer-Forscher (die aus vielen Instituten bestehende größte Forschungseinrichtung Europas) haben eine spezielle Sensorfolie entwickelt, die in die Lebensmittelverpackung integriert Qualitätskontrollen wahrnimmt. Ist der Inhalt verdorben, warnt sie durch einen Farbwechsel. Die Sensorfolie auf der Innenseite der Verpackung reagiert dabei auf biogene Amine, das sind Moleküle, die beim Zersetzungsprozess von Lebensmitteln, vor allem Fisch und Fleisch, entstehen. Der Vorteil: Die Information der Sensorfolie beruht im Gegensatz zum Mindesthaltbarkeitsdatum nicht auf einer Schätzung, sondern auf der tatsächlichen Kontrolle des Lebensmittels und trägt somit zur Lebensmittelsicherheit bei. Da das System sehr kostengünstig ist, scheint eine großflächige Anwendung wahrscheinlich.

 

Bio-Verbundwerkstoffe mit Widerstandsfähigkeit von Kevlar
Brasilianische Wissenschaftler der Staatsuniversität São Paulo forschen derzeit an besonders leistungsfähigen Fasern aus pflanzlicher Zellulose. Dabei werden die Zellulosefasern beispielsweise aus Bananen- und Ananaspflanzen oder Agaven und Kokosfasern in einer Art von Dampfkochtopf mit Chemikalien in Bruchstücke zerlegt. Diese nanometergroßen Fasern werden dann konventionellen Kunststoffen zugesetzt. Die daraus gefertigten Werkstücke sind leicht und zugleich besonders fest und widerstandsfähig – ähnlich dem Hochleistungskunststoff Kevlar, der auch in kugelsicheren Westen verarbeitet wird. Ein großes Anwendungsfeld eröffnet sich beispielsweise in der Automobilindustrie, wo die Nanofasern als Armaturenbretter, Stoßfänger und andere Karosserieteile verarbeitet das Gewicht und damit den Spritverbrauch senken könnten. Die Fasern sind zudem besonders resistent gegen Hitze und Benzin.

 

Neuartiges Solardisplay ersetzt Ladegerät
Das französische Unternehmen Wysips hat auf der Mobilfunkmesse CTIA Wireless den Prototypen einer speziellen durchsichtigen und ultradünnen Dünnschicht-Photovoltaik für Touchscreens vorgestellt. Das Display wird dabei mit einem weniger als 100 Mikrometer dicken Photovoltaik-Film überzogen, der auch bei diffusem Licht funktioniert. Dadurch wird der Bildschirm von Smartphones oder Tablett-PCs gleichzeitig zu einer Solarzelle, die den Akku innerhalb von nur sechs Stunden mit Sonnenlicht aufladen kann und den Benutzer damit unabhängig von Ladegeräten machen kann. Das Produkt soll in einem Jahr auf den Markt kommen. Mit der Technologie lassen sich aber beispielsweise auch die Scheiben von Elektrofahrzeugen beschichten, wodurch deren Reichweite erhöht und die Kosten für das Aufladen des Akkus reduziert wird.

 

Neuer Weltrekord bei Dünnschicht-Solarmodulen
Das Solarunternehmen Q-Cells SE (Sitz in Bitterfeld-Wolfen / Sachsen-Anhalt) hat mit einem CIGS-Dünnschicht-Solarmodul aus der monolithisch integrierten Serienfertigung seinen eigenen Wirkungsgrad-Weltrekord gebrochen. Der Gesamtflächenwirkungsgrad beträgt 13,4 Prozent, bezogen auf die aktive Fläche (Aperturfläche) sogar 14,7 Prozent. Gerhard Rauter, Technikvorstand von Q-Cells: „Im Juni 2010 erzielte Q-Cells mit einem CIGS Solarmodul des gleichen Typs einen ersten Weltrekord mit einem Wirkungsgrad von 13 Prozent. Mit dem neuen Rekordwert von 13,4 Prozent bei einem Modul aus der laufenden Serienfertigung stellt Q-Cells einmal mehr seine Technologieführerschaft in der Photovoltaik-Branche unter Beweis.“ Verschiedene Q.SMART-Solarstromanlagen über Europa hinweg würden laut dem Unternehmen bei unterschiedlichster Einstrahlungsstärke und nach einjähriger Betriebszeit sogar teilweise Leistungssteigerungen zeigen.

 

Neues Syntheseverfahren für Biodiesel aus Pflanzenabfällen
An der Polytechnischen Universität in Valencia wurde ein neues, hoch effizientes Synthese-Verfahren entwickelt, das hochwertigen Biodiesel aus Pflanzenabfällen erzeugt, also aus nicht essbaren Kohlenhydraten. Dieser so genannte Biosprit der zweiten Generation verwendet beispielsweise Reste der Olivenölpressung oder aus der Zuckerrohrverarbeitung und steht damit nicht mehr in einer Nutzungskonkurrenz mit Nahrungsmitteln und deren Anbauflächen. Das nun vorgestellte Syntheseverfahren ist verhältnismäßig einfach und kostengünstig und benötigt zudem auch keine organischen Lösungsmittel. Der gewonnene Biodiesel sei von hervorragender Qualität und könne theoretisch direkt mit konventionellem Diesel gemischt werden.

 

Kostengünstige Verfahren für Halbleiter-Nanodrähte
Die Herstellung von Halbleiter-Nanodrähten im industriellen Maßstab war bislang aufwendig und sehr teuer. Grund sind Verarbeitungstemperaturen von 600-900°C und teure Katalysatoren wie Gold. Nanodrähte aus Halbleitermaterialien wie Silizium sind entscheidend für die Entwicklung effizienterer und preiswerterer Solarzellen, für leistungsstärkere Batterien und als wichtige Bausteine für die verkleinerte Elektronik der Zukunft, der Nanoelektronik. Max-Planck-Forscher haben nun ein kostengünstigeres Herstellungsverfahren für Silizium-Nanodrähte entwickelt. Dabei kann die Verarbeitungstemperatur auf 150°C gesenkt und die teuren Katalysatoren durch günstigere Materialien wie Aluminium ersetzt werden. Durch die Steuerung der Größe der Aluminiumkörner lässt sich zudem das jeweils gewünschte Muster von Silizium-Nanodrähten exakt herstellen. Ein weiterer entscheidender Vorteil ist, dass sich mit dem neuen Verfahren nanostrukturierte Silizium-Bauteile auf die meisten Kunststoffe direkt aufbringen lassen, auch wenn diese hitzeempfindlich sind.

 

Nanokristalline Metallschäume um das 10-fache stabiler
An der Universität des Saarlandes wurden die mechanischen Eigenschaften von konventionellen Metallschäumen durch eine nanokristalline Beschichtung erheblich verbessert. Das Verfahren wurde patentiert und auch bereits Prototypen erfolgreich hergestellt. Nun wird ein industrieller Partner zum Erwerb einer exklusiven Lizenz gesucht. Metallschäume sind sehr leicht und weisen dabei gleichzeitig eine hohe Festigkeit auf. Mit Hilfe des nanokristallinen Nickels kann beispielsweise die Fähigkeit der offenporigen Aluminiumschäume, Energie zu absorbieren, um das Zehnfache erhöht werden, wodurch sich das Material vor allem auch als ein idealer Crash-Schutz für Autos oder Züge eignet. Die beschichteten Metallschäume halten nicht nur höheren Druck als die herkömmlichen Schäume aus, sondern sind, bei nur minimaler Gewichtszunahme, auch steifer und weniger anfällig für Zugkräfte.

 

Automatisierte Online-„Mitfahrzentrale“ für Frachtgüter
Rund 20 Prozent der Lkws auf deutschen Straßen sind ohne Ladung unterwegs. Dies hat wirtschaftliche Auswirkungen auf die betroffenen Speditionen und erzeugt ökologische und verkehrstechnische Probleme. Eine neue Internetplattform soll nun zu einer besseren Auslastung der Fahrzeuge beitragen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM haben dafür eine prototypische Softwareplattform entwickelt. Mit deren Hilfe bilden Transportdienstleister eine Kollaborationsgemeinschaft und einen gemeinsamen Auftragspool. Hendrik Ewe erläutert den Ablauf einer Auktion: „Zunächst stellen die Firmen die Aufträge ein, die nicht in den eigenen Tourenplan passen. Nach der Bietphase wird ermittelt, welche Spedition den Auftrag erhält. Die komplexen Gewinnaufteilungen zwischen Auftraggebern und Abnehmern berechnet die Software mithilfe von eigens entwickelten Algorithmen.“ In einer Pilotstudie konnten mit der Auktionsplattform bereits deutliche Einsparpotenziale erzielt werden.

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