Materialinnovationen made in Europe - Deutsche Erfolgsgeschichten aus der europäischen Forschungsförderung - BMBF
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Materialinnovationen made in Europe Deutsche Erfolgsgeschichten aus der europäischen Forschungsförderung
1 Inhaltsverzeichnis Informationen zur europäischen Forschungsförderung 2 SENSIndoor: Nanosensor steuert die Luftqualität 6 WALiD: Rotorblatt in neuem Gewand 8 LaWin: „Flüssige Gebäudehüllen“, inspiriert vom Wasserfall 10 CO-PILOT: Nanopartikel nach Maß 12 DIMAP: Tinten mit exquisiten Eigenschaften 14 FlexHyJoin: Das richtige Material am richtigen Ort 16 Bio4Self: Kunststoffe sind längst bio 18 ADIR: Urban Mining der nächsten Generation 20 SINTBAT: Batterien mit bester Ökobilanz 22 N2B-patch: Innovation in der Behandlung von Multipler Sklerose 24 Hinweise zur Antragsstellung 26 Impressum 29
2 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
Informationen zur europäischen
Forschungsförderung
Horizont 2020 ist das Rahmenprogramm der Europäischen Union für Forschung und Innovation. Das Förderprogramm
zielt darauf ab, EU-weit eine wissens- und innovationsgestützte Gesellschaft und eine wettbewerbsfähige Wirtschaft
aufzubauen. Gleichzeitig trägt es zu einer nachhaltigen Entwicklung bei. Um gezielt in die Gesellschaft wirken zu können,
setzt das Programm Schwerpunkte und enthält einen umfassenden Maßnahmenkatalog.
Programmaufbau Horizont 2020 ∙∙ Säule Führende Rolle der Industrie
Nicht allein in Universitäten und Hochschulen
Das aktuelle EU-Rahmenprogramm für Forschung und findet Forschung und Entwicklung statt – sie spielt
Innovation – Horizont 2020 – ist darauf ausgelegt, eine auch eine zentrale Rolle in der Industrie. Gezielt
EU-weite Wissensbasis zu schaffen und eine wettbewerbs- werden Schlüsseltechnologien – Leadership in
fähige Wirtschaft zu erhalten. Das Programm unter- Enabling and Industrial Technologies (LEIT) – zur
gliedert sich in mehrere Teile. Förderung von neuen Produkten und mehr Wettbe-
werbsfähigkeit gefördert. Die Entwicklung neuer
Horizont 2020 basiert auf drei Säulen und ist weit mehr Materialien oder Produktionstechnologien ist zum
als ein Forschungsrahmenprogramm (FRP). Indem einen als Geschäftsfeld relevant, zum anderen bietet
es erstmals die bisher getrennten EU-Programme der sie darüber hinaus eine Grundlage für Lösungen
Forschungs- und Innovationsförderung weitgehend gesellschaftlicher Herausforderungen. Nicht zuletzt
bündelt, soll es dazu beitragen, dass weltweit wettbe- soll der Zugang zu Risikofinanzierung geschaffen
werbsfähige Forschung besser in Wachstum und werden, da immer erhebliche Investitionen
Arbeitsplätze übertragen wird. Der Europäische notwendig sind, um gute Ideen zur Anwendung zu
Forschungsraum ist ein politisches Konzept der bringen. Durch die Etablierung eines spezifischen
Europäischen Union. Ziel ist es, einheitliche Rahmen KMU-Instruments werden innovationsstarke
bedingungen für Forschung und Innovation in Europa kleine und mittelständische Unternehmen wirk
zu schaffen. Im Zentrum stehen die Mobilität von samer eingebunden.
Forschenden und der freie Austausch von wissenschaft-
lichen und technologischen Erkenntnissen. ∙∙ Säule Gesellschaftliche Herausforderungen
Ein Großteil der Fördermittel wird für Projekte aufge-
∙∙ Säule Wissenschaftsexzellenz wendet, die sich mit der Lösung gesellschaftsrelevanter
Führende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Fragestellungen beschäftigen: Der demografische
in Europa werden nachhaltig unterstützt und gefördert. Wandel etwa führt zu Veränderungen und Herausforde-
Der Europäische Forschungsrat (ERC) vergibt Grants rungen in der medizinischen Versorgung und Pflege.
an exzellente Institute sowie Wissenschaftlerinnen Daher müssen Konzepte für moderne Gesundheitsver-
und Wissenschaftler zur Verwirklichung erfolgver- sorgung und Pflege entwickelt werden. Um die Lebens-
sprechender Projekte. Mittels der Future and Emer- mittelversorgung der wachsenden Bevölkerung
ging Technologies (FET) wird neuartige Grundlagen- sicherzustellen, muss in nachhaltige Agrarwirtschaft,
forschung vorangetrieben, die den Grundstein zu Fischerei, Biowirtschaft und maritime Forschung
neuen Technologien und Forschungsfeldern legen soll. investiert werden.
Wissenschaftliche Karrieren werden gefördert, indem Der Klimawandel selbst und seine Folgen müssen
grenzüberschreitende Forschungsaufenthalte mittels begrenzt werden. Zur Erzielung der Ziele zur
Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen ermöglicht Limitierung der Treibhausgasemissionen (bis 2050 um
werden. So werden Nachwuchswissenschaftlerin- 95 Prozent) sollen beispielsweise alternative, nachhaltige
nen und Nachwuchswissenschaftler bestärkt, Brennstoffe für die Mobilität entwickelt und eine
Erfahrungen in anderen Ländern zu sammeln. kostengünstige CO2-neutrale Energieversorgung
Die Schaffung von Forschungsinfrastrukturen führt geschaffen werden. Ein ressourcenschonender, umwelt-
zu einer besseren Vernetzung von Forscherinnen freundlicher Verkehr muss vorangetrieben werden.
und Forschern in Europa und gilt mit Blick auf Dazu zählen auch Konzepte für ein geringeres Verkehrs-
Innovationen als weltweites Alleinstellungsmerkmal. aufkommen.
INFORMATIONEN ZUR EUROPÄISCHEN FORSCHUNGSFÖRDERUNG 3
Programmaufbau Horizont 2020
Ausweitung
I. Wissenschafts- II. Führende Rolle III. Gesellschaftliche
der
exzellenz der Industrie Herausforderungen
Beteiligung
Europäischer Forschungsrat Grundlegende und industrielle Gesundheit, demografischer
(ERC) Technologien (LEIT) Wandel und Wohlergehen
Informations- und Kommu Wissenschaft
nikationstechnologien mit der und
(IKT); Nanotechnologien, für die
Fortschrittliche Materialien, Gesellschaft
Künftige und neu entstehende Biotechnologie, Produktions- Europäische bioökonomische
Technologien (FET) techniken (NMBP); Raumfahrt Herausforderungen
Marie-Skłodowska-Curie- Sichere, saubere
Risikofinanzierung
Maßnahmen und effiziente Energie
Gemeinsame
Forschungsstelle
(JRC)
Intelligenter, umweltfreund
Forschungsinfrastrukturen Innovation in KMU
licher und integrierter Verkehr
Klimaschutz, Umwelt,
Ressourceneffizienz
und Rohstoffe
Europäisches
Institut für
Innovation und
Technologie (EIT)
Integrative, innovative
und reflexive Gesellschaften
Sichere Gesellschaften
Bezeichnungen teilweise verkürzt wiedergegeben;
vgl. horizont2020.de/einstieg-programmstruktur.htm
4 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
Migration, Integration und soziale Ungerechtigkeit Vergleich zu anderen Programmteilen besonders erfolg-
machen die Schaffung eines gemeinsamen Verständnis- reich ab. Eine andere Kennzahl unterstreicht noch
ses der gesellschaftlichen Herausforderungen unab- eindrucksvoller die Bedeutung europäischer Projekte für
dingbar. Kriminalität, Terrorismus und Katastrophen die nationale Forschungslandschaft: 84 Prozent aller
erfordern verschiedenste Forschungsschwerpunkte zur NMBP-Projekte laufen mit deutscher Beteiligung.
Entwicklung unterschiedlicher Gegenmaßnahmen.
Die Motivation für eine Teilnahme an EU-Projekten ist
unterschiedlich. Die meisten Antragsteller schätzen
Weitere Aktivitäten insbesondere die Komplementarität der europäischen
Programme zur nationalen Förderung. Denn viele
Neben diesen drei Säulen werden noch weitere Ziele Forschungsfragen können nur im internationalen
verfolgt. Wirtschafts- und forschungsschwache Regionen Kontext angegangen werden und wären mit einem rein
werden gefördert, um eine möglichst breite Basis nationalen Konsortium nicht lösbar. Die internationale
innovationsfreudiger Spitzenforschung zu schaffen. Vernetzung im spezifischen Themenfeld, die Erschlie-
Ebenso soll die Gesellschaft mehr in die Wissenschaft ßung neuer Märkte sowie der Zugang zu europäischen
mit eingebunden werden. Die Gemeinsame Forschungs- Forschungs- bzw. Industrie-Infrastrukturen (z. B.
stelle (JRC) ist der wissenschaftliche Dienst der EU- Pilotlinien, Open Innovation Test Beds) stellen weitere
Kommission und berät die EU in wissenschaftlichen Gründe für das Engagement deutscher Projektpartner
Fragen zur Politikgestaltung. Das Europäische Innova- dar. In Horizont 2020 stammt mehr als die Hälfte aller
tions- und Technologieinstitut (EIT) fördert und stärkt deutschen Antragsteller aus der Industrie. Dies
Synergien zwischen Wirtschaft, Bildung und Forschung. ist ein weiterer Beleg für die Attraktivität der EU-For-
schungsprogramme sowohl für Großunternehmen als
auch für kleine und mittlere Unternehmen (KMU).
Ausblick Horizont Europa
In dieser Broschüre werden die Erfolgsgeschichten zehn
Nach Auslaufen des EU-Rahmenprogramms Horizont deutscher Partner skizziert, um den Mehrwert der EU-
2020 (Laufzeit 2014–2020) wird das Nachfolgepro- Forschungsförderung zu verdeutlichen. Die vorge-
gramm Horizont Europa starten und den Zeitraum stellten Vorhaben zeigen dabei nicht nur die große
zwischen 2021 und 2027 abdecken. Dabei werden viele thematische Bandbreite und Vielfalt der Materialforschung,
bewährte Bestandteile aus Horizont 2020 aller Voraus- sondern legen auch exemplarisch dar, dass sich grenzüber-
sicht nach beibehalten, sodass sich das neue Programm schreitende Zusammenarbeit für jeden Einzelnen auszahlt.
wiederum in drei Säulen untergliedert: So sollen potenzielle Antragsteller aus Forschung und
∙∙ Excellent Science Industrie für eine aktive Teilnahme am nächsten Rahmen-
∙∙ Global Challenges and European programm Horizont Europa gewonnen werden.
Industrial Competitiveness
∙∙ Innovative Europe Die vorgestellten Projekte wurden im Rahmen des
Forschungs- und Innovationsprogramms der Euro
Einen Überblick über den aktuellen Diskussionsstand päischen Union Horizont 2020 auf Grundlage der
findet sich auf http://ec.europa.eu/horizon-europe. nachfolgenden Finanzhilfevereinbarungen gefördert:
SENSindoor: 604311
WALiD: 309985
Deutsche Erfolgsgeschichten LaWin: 637108
CO-PILOT: 645993
Von den rund 2 Mrd. Euro Fördermitteln, die in den ersten DIMAP: 685937
vier Jahren von Horizont 2020 im Programmbereich FlexHyJoin: 677625
Nanotechnologies, Advanced Materials, Biotechnology and BIO4SELF 685614
Advanced Manufacturing and Processing (NMBP) bewilligt ADIR: 680449
wurden, gingen 17,5 Prozent an deutsche Partner. Damit SINTBAT: 685716
schneiden deutsche Antragsteller in diesem Bereich im N2B-patch: 721098
5 Deutsche Erfolgsgeschichten aus der europäischen Forschungsförderung
6 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
Nanosensor steuert die Luftqualität
Neun Forschungspartner arbeiteten länderübergreifend daran, mit fortschrittlichen Sensorsystemen die Luftqualität
in Innenräumen zu überwachen und durch bedarfsgerechte Lüftung für saubere Luft zu sorgen. Im internationalen
Projekt SENSIndoor wurden massentaugliche Produktionsmethoden entwickelt, die die Herstellung günstiger
Sensoren ermöglichen.
Die Innenraumluftqualität hat einen großen Einfluss auf extrem empfindlich und selektiv bezüglich der Detektion
unsere Gesundheit, denn wir verbringen etwa 80 bis 90 von gesundheitsschädlichen Verbindungen. Außerdem hat
Prozent des Tages in geschlossenen Räumen.¹ Um eine gute das Konsortium eine massentaugliche Produktionsmetho-
Luftqualität gewährleisten zu können, sind fortschrittliche de entwickelt, um so kostengünstige Sensoren herzustellen.
Sensorsysteme erforderlich, die laufend die Luftqualität
insbesondere im Hinblick auf gesundheitsschädliche flüch-
tige organische Verbindungen überwachen. Wenn die Entwicklung von neuen
Konzentration dieser gesundheitsschädlichen Verbindun- Mikro-Präkonzentratoren
gen zu hoch ist, kann durch eine bedarfsgerechte Lüftung
ein optimaler Kompromiss zwischen Energieverbrauch In der Praxis konzentrierte sich das Projekt auf die drei
und gesunder Raumluft erzielt werden. Schadgase Benzol, Formaldehyd und Naphthalin, die eine
besonders hohe Gesundheitsgefahr darstellen. Diese Ver-
Im Projekt SENSIndoor wurden länderübergreifend in bindungen sind häufig in Farbanstrichen, Fußböden oder
Frankreich, Finnland, Schweden sowie in der Schweiz und Möbeln enthalten und schon in kleinen Konzentrationen
Deutschland Sensorsysteme erforscht, die exakt diese sehr toxisch aufgrund ihrer krebserregenden Eigenschaften.
Anforderungen erfüllen. Die entwickelten Sensoren, die
eine wohldefinierte Nanostrukturierung aufweisen, s ind Ein zentraler innovativer Ansatz im Projekt war die
Entwicklung von neuen Mikro-Präkonzentratoren
auf Basis von porösen metallorganischen Gerüsten
und Polymerschichten, die bestimmte Moleküle sehr
SENSIndoor selektiv binden. Erstmals konnten Präkonzentratoren
demonstriert werden, bei denen der Gastransport
PROJEKTLAUFZEIT: 01.01.2014–31.12.2016 allein durch Diffusion erfolgt und somit keine teuren
PROJEKTVOLUMEN: 4 619 315,60 Euro
und anfälligen Mikropumpen erfordert.
EU-FÖRDERUNG: 3 399 995,00 Euro
WEBSITE ZUM PROJEKT: Durch die Aufkonzentration der Zielgase konnte eine
sensindoor.eu Steigerung der Sensitivität um etwa zwei Größenord-
nungen demonstriert werden. Durch eine gleichzeitige
ANSPRECHPARTNER:
Reduzierung von Störeinflüssen durch Permanentgase
Prof. Dr. Andreas Schütze, Universität des Saarlandes
wie CO, H und Wasser wurde eine bis dato unerreichte
²
KONSORTIUM: Selektivität von mehr als vier Größenordnungen (z. B. für
§§ Koordinator: Universität 1 ppb Benzol in einem Hintergrund von 10 ppm Ethanol)
des Saarlandes, Deutschland erzielt. Die Sensorsysteme wurden in umfangreichen
§§ NanoSense SARL, Frankreich
Labor- und Feldversuchen erprobt und die Ergebnisse
§§ Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung
der angewandten Forschung e. V., Deutschland durch Vergleichsstudien in metrologischen Forschungs-
§§ Oulun yliopisto, Finnland einrichtungen in Deutschland und Italien verifiziert.
§§ Universitet Linköping, Schweden
§§ SenSiC AB, Schweden „Das SENSIndoor-Projekt bringt eine erhebliche Multipli-
§§ SGX Sensortech S.A., Schweiz
kationswirkung für die beteiligten Partner mit, deren
§§ 3S – Sensors, Signal Processing,
Systems GmbH, Deutschland Gesamtpotenzial heute noch nicht endgültig absehbar ist.
§§ Picodeon Ltd Oy, Finnland Die Vernetzung der beteiligten Arbeitsgruppen aus
§§ Eurice GmbH, Deutschland Forschung und Industrie hat sich durch das EU-Projekt
und die damit verbundene internationale Sichtbarkeit
1)
Quelle: bmu.de
NANOSENSOR STEUERT DIE LUFTQUALITÄT 7
wesentlich erhöht. Dies ermöglichte schließlich auch den
Einstieg in neue Anwendungsfelder“, betont Prof. Dr.
Andreas Schütze von der Universität des Saarlandes, der
mit der Koordination des Projektes betraut war.
Auf dem Weg zu marktreifen
Sensorsystemen
Inzwischen wurde an der Universität Linköping das
Spin-off DANSiC ausgegründet, das Gas-Sensorsysteme
für die Bewertung der Innenraumluftqualität auf Basis der
Forschungsergebnisse entwickelt und vermarktet. Das
teilweise im Rahmen des Projektes entwickelte Software-
paket DAV³E (Data Analysis and Verification/Visualization/
Validation Environment) steht als Open-Source-Projekt
zur Verfügung. Es handelt sich um ein Tool, das sowohl in Batch aus Sensor-Präkonzentrator-Systemen, zum Teil abgedeckt mit exakt
der Forschung als auch in der Produktentwicklung eine positioniertem Gaszutritt
schnelle Entwicklung und sichere Bewertung von Auswer-
tealgorithmen ermöglicht. Durch die freie Verfügbarkeit ist Im Bereich der Messtechnik für flüchtige organische
dieses Tool für weitere interessierte Gruppen nutzbar. Verbindungen in der Geruchsmessung ist das BMBF-
Projekt SEPEG entstanden. Zudem wird auch ein
Derzeit arbeiten die industriellen Partner auf der Basis der umfassendes Aus- und Weiterbildungskonzept verfolgt,
Projektergebnisse an der Entwicklung verschiedener dass einerseits industrielle Nutzer und andererseits den
Produkte bis zur Marktreife, sowohl im Bereich von Sensor- akademischen Nachwuchs adressiert. Als eine Kompo-
elementen als auch von Sensorsystemen. Hierfür kooperie- nente ist ein Projekt entstanden, das bereits Schülerin-
ren die Projektpartner in unterschiedlichen Konstellatio- nen und Schüler an die Gasmesstechnik heranführt
nen und mit weiteren Partnern. Mehrere wissenschaftliche und für eigene Umweltstudien begeistert, z. B. zur
Mitarbeiter der akademischen Projektpartner wechselten Erfassung der Innenraumluftqualität in Schulen
zu industriellen Projektpartnern, um dort die im Projekt (DBU-Projekt SUSmobil; susmobil.de). Hierdurch sollen
begonnenen Arbeiten im Hinblick auf eine Vermarktung frühzeitig Nachwuchskräfte auf dieses spannende
der Technologien fortzusetzen. Das Anwendungsspektrum Themengebiet aufmerksam gemacht und gleichzeitig
erstreckt sich dabei nicht nur auf die Innenraumluftquali- ihr Umweltbewusstsein gestärkt werden.
tät, sondern auch auf Sensoren für die Außenluftqualität
sowie auf die Geruchsbewertung. Damit sollen weitere Anwen- Das SENSIndoor-Projekt wurde im Juni 2017 mit dem
dungsbereiche wie die Atemgasanalyse oder das Geruchs- Best Project Award beim EuroNanoForum 2017 in
monitoring erschlossen werden. Hierdurch wird auch die Malta ausgezeichnet. Der Preis würdigt aktuelle und
Tür für neue Ansätze im Bereich des Umweltmonitorings abgeschlossene EU-Projekte aus dem Bereich Nano-
ergänzend zu den wenigen bestehenden offiziellen Mess- und Materialwissenschaften im Hinblick auf ihr
stationen aufgestoßen, z. B. für Smart Citys mit neuen Um- herausragendes Potenzial für Industrie und Gesell-
weltinformationsdiensten und für Citizen-Science-Projekte. schaft. Die binationale Dissertation von Dr. Christian
Bur, Universität des Saarlandes und Universität
Linköping, wurde 2015 mit dem Messtechnik-Preis des
Frühzeitige Begeisterung AHMT (Arbeitskreis der Hochschullehrer für Mess
der Nachwuchskräfte technik) als beste Dissertation im deutschsprachigen
Raum im Gebiet Messtechnik ausgezeichnet.
Des Weiteren entstanden zum Teil bereits während der
Projektlaufzeit neue Kontakte und Kooperationsprojekte.
8 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
Rotorblatt in neuem Gewand
Rotorblätter mit wirtschaftlichem, fortschrittlichem und leichtem Verbundwerkstoffdesign (Wind Blade Using Cost-
Effective Advanced Composite Lightweight Design, kurz WALiD) eines internationalen Forschungskonsortiums mit
15 Beteiligungen begeistern die Fachwelt. Gemeinsames Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie der
beteiligten Firmen ist die Entwicklung eines wettbewerbsfähigen Rotorblattdesigns für die europäische Offshore-
Windindustrie. Sie leisten damit einen wichtigen Beitrag zur Erreichung der EU-Klimaziele.
Offshore-Windenergieanlagen werden immer größer. die gleichzeitig eine hohe Materialfestigkeit bieten. Denn
Transport, Montage, Demontage und auch die Entsorgung das geringere Gewicht erleichtert den Auf- und Abbau der
der gigantischen Rotorblätter stellen die Betreiber stets vor Windturbinen und verbessert die Stabilität auf See.
neue Herausforderungen. Windkraftanlagen mit bis zu 80
Meter langen Rotorblättern und einem Rotordurchmesser
von mehr als 160 Metern sind auf maximale Energieerträge Entwicklung neuer thermoplastischer
ausgelegt. Da die Länge der Blätter durch ihr Gewicht Tape-Materialien für einen
begrenzt ist, ist es notwendig, leichte Systeme zu entwickeln,
automatisierten Tapelegeprozess
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler nehmen
WALiD die Form der Rotorblätter wie auch die Materialien in den
Fokus. So wurde unter anderem das Design des Rotorblatts
PROJEKTLAUFZEIT: 01.02.2013–31.01.2017 an thermoplastische Tape-Materialien angepasst und die
PROJEKTVOLUMEN: 5 499 110,65 Euro
EU-FÖRDERUNG: 3 964 797,00 Euro Blattanbindung mit einem neuen Anschlusskonzept
versehen. Thermoplastische Tape-Materialien wurden im
WEBSITE ZUM PROJEKT: Rahmen des Projekts für einen automatisierten Tapelege-
eu-walid.com/the-project prozess für verschiedene strukturelle und semistrukturelle
Rotorblattkomponenten entwickelt. Dabei wurden auch
ANSPRECHPARTNER:
Björn Beck und Carolyn Fisher, die Eigenschaften von thermoplastischen Schäumen als
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT Kernmaterialien für Sandwichkomponenten im Bereich
des „shear webs“ (Scherstegs) genauer in Augenschein
KONSORTIUM: genommen. Zusätzlich wurde die Umweltbeständigkeit
§§ Koordinator: Fraunhofer-Gesellschaft
von thermoplastischen Beschichtungen verbessert.
zur Förderung der angewandten
Forschung e. V., Deutschland
§§ WPS Windrad Power Derzeit werden Rotorblätter für Windkraftanlagen mit
Systems GmbH, Deutschland einem hohen Anteil an manuellen Arbeitsschritten aus
§§ Norner Innovation AS, Norwegen duroplastischen Harzsystemen hergestellt. Einer der
§§ Smithers Rapra and Smithers
Hauptnachteile ist, dass diese nicht recycelbar sind, da sie
Pira Limited, Vereinigtes Königreich
§§ Nederlandse Organisatie voor nach einmaliger Erwärmung dauerhaft aushärten. WALiD
Toegepast Natuurwetenschappelijk setzt im Gegensatz dazu auf die Verwendung von thermo-
Onderzoek TNO, Niederlande plastischen Materialien. Dabei handelt es sich um wiederauf-
§§ A.P.T. Archimedes Polymer schmelzbare Polymermaterialien, die in automatisierten
Technologies LTD, Zypern
Produktionsanlagen mit weniger manuellem Arbeitsauf-
§§ PPG Industries Fiber Glass BV, Niederlande
§§ Norner AS, Norwegen wand als herkömmliche duroplastische Polymere effizient
§§ Comfil ApS, Dänemark verarbeitet werden können. Diese thermoplastischen
§§ Loiretech SAS, Frankreich Materialien eignen sich sowohl für die Außenschale der
§§ Coriolis Composites SAS, Frankreich Rotorblätter als auch für Segmente der inneren Tragstruktur.
§§ Stichting Nederlands Normalisatie-Instituut,
Niederlande
§§ Windrad Engineering GmbH, Deutschland Hochsteife, kohlefaserverstärkte Thermoplaste bewähren
§§ Norner Research AS, Norwegen sich für die Bereiche mit der größten Belastung des
§§ Loiretech Mauves, Frankreich Blattes, während Glasfaser die weniger beanspruchten
Bereiche verstärkt. Erstmalig wurde für thermoplastischeROTORBLATT IN NEUEM GEWAND 9
Materialien im Bereich des „shear webs“ ein modulares decken. Bis 2020 soll Windenergie 12 bis 14 Prozent
Design eingeführt, wodurch Einzelsegmente separat des gesamten EU-Strombedarfs decken. Dieser Beitrag
voneinander gefertigt werden können und anschließend verteilt sich sowohl auf die Onshore- als auch auf die
zusammengefügt werden. Neue, ultraleichte, steife Offshore-Windenergie. Neben dem für alle erneuerba-
thermoplastische Tape-Materialien mit erhöhten ren Energien beschlossenen Ziel für 2020 wurden für die
mechanischen Eigenschaften erlauben eine schnelle und Windindustrie die folgenden Vorgaben festgelegt:
kostengünstige Herstellung der Rotorblätter durch ∙∙ 180 GW installierte Gesamtleistung
einen hohen Grad an Automatisierung. (davon 35 GW Offshore)
∙∙ Jährliche Installationen von 16,8 GW
(davon 6,8 GW Offshore)
Gemeinsame Arbeit für
ein Zukunftsthema Dieses Ziel wurde von der EU 2014 auf 27 Prozent der
erneuerbaren Ressourcen bis zum Jahr 2030 angeho-
Die thermoplastische WALiD-Beschichtung ist eine ben, was 46 bis 49 Prozent der erzeugten Elektrizität
schützende Oberflächenschicht, die eine erhöhte Haltbar- entspricht. Prognosen sehen vor, dass Windenergie den
keit unter rauen Bedingungen aufweist. Darüber hinaus größten Teil dieses Stroms mit einem Beitrag von
wurde ein neues Vorhersagemodell validiert, das die mindestens 21 Prozent erzeugen wird.
Entwicklung der Beschichtungen unterstützt. Der
Zusammenhang zwischen Oberflächeneigenschaften und Obwohl die europäische Offshore-Windindustrie in den
Erosionsbeständigkeit wurde so deutlicher erkennbar. vergangenen zehn Jahren ein enormes Wachstum
verzeichnet hat, steht sie immer noch vor Herausforde-
„WALiD gab uns die Möglichkeit, auf Kompetenzen aus rungen. Die größte besteht darin, die Kostenwettbewerbs-
ganz Europa zurückzugreifen und Ergebnisse zu errei- fähigkeit zu erreichen. Dazu zählt auch die Reduzierung
chen, die auf nationaler Ebene nicht möglich gewesen der mit der Lieferkette verbundenen finanziellen Aufwen-
wären. Es war ein Privileg, mit den Partnern an einem so dungen wie etwa Bau- und Montageeinrichtungen.
wichtigen Zukunftsthema zu arbeiten. Aus unserer Analysen zufolge muss die europäische Offshore-Windin-
gemeinsamen Arbeit sind auch bilaterale Kooperationen dustrie 26 Prozent der Kosten senken, um bis 2023
entstanden, von denen die jeweiligen Firmen auch nach gegenüber konventionellen Energieträgern wettbe-
Projektende noch profitieren“, sagt Björn Beck vom werbsfähig zu sein. Das WALiD-Projekt will die Industrie
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT, das dabei unterstützen, dieses Ziel zu erreichen.
mit der Projektkoordination betraut war.
Die Zusammenarbeit mit der Wissenschaft ermöglichte es
den Industriepartnern, die Ergebnisse auf ihre Organisatio-
nen zu übertragen und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit zu
steigern. Das wird als wichtiger Beitrag für die europäische
Innovationskraft gewertet. Zudem förderte die Zusam-
menarbeit auf internationaler Ebene auch das Zusammen-
spiel von verschiedenen Segmenten der Lieferkette, was
sich wiederum positiv auf deren Qualität ausgewirkt hat.
Forschung für die Erreichung
der EU-Klimaziele
Die EU hat sich 2009 das rechtsverbindliche Ziel gesetzt,
bis 2030 mindestens ein Fünftel ihrer Energieversorgung
aus Wind und anderen erneuerbaren Ressourcen zu Projektpräsentation auf Messestand10 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
„Flüssige Gebäudehüllen“, inspiriert vom Wasserfall
Im Rahmen des durch die Europäische Kommission geförderten Projektes „LaWin – Large Area Fluidic Windows“
wurden sogenannte „flüssige Gebäudehüllen“ entwickelt. Eine flüssige Gebäudehülle imitiert die thermischen Eigen-
schaften eines Wasserfalls: In Außenwänden und Fenstern zirkulierende, für sichtbares Licht transparente Flüssig-
keiten verwandeln passive Wandflächen in thermisch aktive Gebäudekomponenten. Durch ein großes, transparentes
Fenster strömt ein Fluid, und die Scheibe fungiert als Wärmetauscher.
Die Projektidee basiert auf der Strukturierung einer Temperaturen arbeiten. Während für klassische Innen-
Glasscheibe mit einem innen liegenden Kapillarsystem. raumheizungen oft Vorlauftemperaturen von 60 Grad
Innerhalb des Systems befindet sich ein Fluid, das für Celsius üblich waren, können Niedertemperatursyste-
den Betrachter im Zusammenhang mit den Kapillaren me selbst an kalten Wintertagen mit häufig nicht mehr
nicht sichtbar ist. Mithilfe von Druckleitungen zirku- als 30 Grad Celsius auskommen. Eingesetzt werden
liert das Fluid innerhalb des Systems mit entsprechen- diese bisher z. B. in Fußbodenheizungen.
den Absorptionsvorgängen im Scheibenbereich und
einer Anbindung an ein Heizsystem. Das Konzept ist
hervorragend für Niedertemperatursysteme geeignet, Abkehr von umweltschädlichen
also für Heizsysteme, die mit vergleichsweise niedrigen fossilen Rohstoffen
Gebäude sind für mehr als ein Drittel des weltweiten
Energiebedarfs verantwortlich, einschließlich der damit
LaWin verbundenen CO2-Emissionen. Gleichzeitig verbringen
wir mehr als drei Viertel unseres Lebens im Inneren von
PROJEKTLAUFZEIT: 01.01.2015–31.12.2017 Gebäuden und stellen dabei immer höhere Ansprüche
PROJEKTVOLUMEN: 7 508 780,88 Euro an Komfort und Funktionalität. „Die Entwicklung neuer,
EU-FÖRDERUNG: 5 481 912,25 Euro
nachhaltiger, CO2-effizienter Materialien und Verfahren
WEBSITE ZUM PROJEKT: zur Reduktion des Energiebedarfs von Gebäuden bei
lawin.uni-jena.de gleichzeitiger Erhöhung der Gebäudefunktionalität und
des Komfortlevels ist daher eine der großen Prioritäten
ANSPRECHPARTNER: in globalen Technologie-Roadmaps“, sagt Prof. Lothar
Prof. Dr. Lothar Wondraczek,
Wondraczek von der Friedrich-Schiller-Universität Jena,
Friedrich-Schiller-Universität Jena
der das Projekt mit 14 Konsortionalpartnern koordiniert
KONSORTIUM: hat. „Der Rahmen des Programms Horizont 2020
§§ Koordinator: Friedrich-Schiller- ermöglichte es uns als Konsortium, die Forschungs- und
Universität Jena, Deutschland Entwicklungsarbeiten von Anfang an unter einer
§§ Schott Technical Glass
realistischen Umsetzungsperspektive durchzuführen.
Solutions GmbH, Deutschland
§§ Bauhaus-Universität Weimar, Deutschland Zudem konnten durch breite Vernetzungsaktivitäten
§§ Ducatt NV, Belgien über verschiedene Projektcluster hinaus unmittelbare
§§ EurA Innovation GmbH, Deutschland Synergien erschlossen und Ansätze für weitere Spin-off-
§§ Glass Service, a.s., Tschechien Technologien entwickelt werden.“
§§ Flachglas Sachsen GmbH, Deutschland
§§ Eilenburger Fenstertechnik GmbH & Co. KG,
Deutschland Der Vorteil der „flüssigen Gebäudehülle“ ist nicht nur
§§ A. + E. Ungricht GmbH + Co. KG, Deutschland die deutlich effizientere Isolierung, sondern auch die
§§ Fickert + Winterling Maschinenbau GmbH, sehr viel kostengünstigere Beheizung oder Kühlung,
Deutschland die sich an die Wettervorhersage und die Jahreszeit
§§ Beuth Hochschule für Technik Berlin, Deutschland
anpasst. Die zirkulierende Flüssigkeit wird dabei als
§§ Folienwerk Wolfen GmbH, Deutschland
§§ Clariant Produkte (Deutschland) Wärmeträgermedium genutzt, mit dessen Hilfe Wärme
GmbH, Deutschland aus der Umgebung in das Gebäude eingetragen,
§§ LISEC Austria GmbH, Österreich innerhalb des Gebäudes verteilt oder auch heraus-
transportiert werden kann.„FLÜSSIGE GEBÄUDEHÜLLEN“, INSPIRIERT VOM WASSERFALL 11
Ganzheitlicher Ansatz für Gegenstand der Förderphase waren großflächige
neue Technologie Fluidikelemente, die es in einzigartiger Weise erlau-
ben, funktionale Flüssigkeiten in Fenster- und
Auf Basis funktionaler, großflächiger Glaselemente mit Fassadenelemente aktiver und passiver Gebäudehül-
integrierten Kanalstrukturen wurde eine Technologie len zu integrieren. Diese Elemente basieren auf einem
bereitgestellt, die flüssige Gebäudehüllen zur Realität Glas-Glas-Laminat, in dem eines der beteiligten
macht. In einem ganzheitlichen Ansatz wurde diese Gläser der Funktion entsprechende Kapillarstruktu-
Technologie bis zur Verfügbarkeit kompletter Fluidik- ren enthält. Die Kapillarstrukturen dienen dem
fenster mit Zwei- und Dreifachverglasung vorangetrie- Transport einer Wärmetauscherflüssigkeit. Für die
ben. Derartige Fenstersysteme eignen sich nicht nur als flächendeckende Anwendung müssen die Laminatele-
Wärmetauscher, sondern gleichzeitig auch zur aktiven mente nicht nur ihre Primärfunktion dauerhaft
Verschattung, zur solarthermischen Energiegewinnung tragen, sondern einerseits in bestehende Produktions-
oder beispielsweise zur steuerbaren Einfärbung von prozesse für Zwei- und Dreifachverglasungen inte
Fassaden. In Form flächiger Kühlelemente können sie grierbar sein, andererseits den Anforderungen einer
zudem heutige Klimaanlagen mit starker Luftbewegung Lebensdaueranalyse standhalten. Ergänzt wurde dies
und hohem Energiebedarf nachhaltig ersetzen. durch die Entwicklung von Integrationskonzepten für
die Implementierung mit einer Gebäudeinfrastruktur.
Dazu gehörten Fragen der Verschaltung mehrerer
Elemente, Fluidik- und Wärmeübergabekonzepte
(Wärmepumpen) sowie Fragen der Nutzerakzeptanz.
Aus diesem Erfolg ergaben sich zahlreiche Szenarien
der weiteren Anwendung. So sind etwa neue Wege der
Innenraumklimatisierung auf Basis großflächiger,
architektonisch ansprechender und energetisch
nachhaltiger Kühltechnologie denkbar – oder auch
die Verwendung von Fluidikfenstern als Luftwärmetau-
scher, die direkte Beheizung (oder Kühlung) durch
Fensterflächen sowie die Implementierung funktiona-
ler Flüssigkeiten (z. B. foto-, elektro- oder thermo-
chrom) zur Beschattung und gezielten Steuerung des
spektralen Lichteintrages in Gebäuden. „Das Alleinstel-
Prinzipdarstellung der Projektidee lungsmerkmal dieser neuartigen Technologie ergibt
sich dabei nicht aus den Einzelfunktionen, sondern vor
allem aus der Kombinationsfähigkeit mehrerer Funk-
Die grundlegende Herausforderung des Projektes tionen“, so Lothar Wondraczek.
war es, einen flüssigen Wärmeträger kontrolliert,
großflächig und aus ökologischer wie ökonomischer
Sicht nachhaltig in hochwertige Gebäudehüllen zu
integrieren. Von besonderem Interesse war dabei die
Integration in Fenstersysteme, die einerseits die
energetisch schwächste Stelle moderner Gebäude-
hüllen darstellen, andererseits die hinsichtlich
optischer Transparenz und Integration größte
Herausforderung bieten: Wenn es gelingt, Flüssig
keiten in „Smart Windows“ zu integrieren, so ist die
Integration auch in andere, nicht transparente
Fassadenelemente möglich.12 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
Nanopartikel nach Maß
Viele gute Ideen für neue Industrieprodukte bleiben in der Schublade, weil die technische Infrastruktur zum Aus
probieren fehlt – insbesondere, wenn es um den Einsatz von Nanopartikeln geht. Hier setzt das Forschungsprojekt
CO-PILOT an: Es ermöglicht die flexible Herstellung von verhältnismäßig kostengünstigen Nanokompositen im
Pilotmaßstab. 13 Konsortiumspartner haben eine „Open-Access-Infrastruktur“ aufgebaut, die es vor allem kleinen und
mittelständischen Unternehmen (KMU) ermöglicht, mit Nanotechnologie zu experimentieren.
Von der „Nanoküche“ spricht man am Fraunhofer- einem kleinen Maßstab ausprobieren möchten. Da vor
Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg, um Laien allem KMU nicht unbedingt auf die für die Herstellung
anschaulich darzulegen, woran in den Laboren gear- und Modifizierung von Nanopartikeln sowie deren
beitet wird. Das hoch spezialisierte technische Equip- Weiterverarbeitung nötige technische Infrastruktur
ment umfasst unter anderem einen 100-Liter-Rührre- verfügen, schließt dieses Angebot eine Lücke.
aktor für das Upscaling von Laborsynthesen oder eine
mannshohe halbkontinuierliche Zentrifuge. Damit ist
das ISC eine Anlaufstelle für Unternehmen und Nanopartikel wecken Ideen für
wissenschaftliche Einrichtungen, die eine Nanoidee in neue Produkteigenschaften
Funktionelle Kompositwerkstoffe auf der Basis von
Nanomaterialien oder -partikeln haben in den
CO-PILOT vergangenen Jahren kontinuierlich an Bedeutung
gewonnen. Viele interessante Materialeigenschaften
PROJEKTLAUFZEIT: 01.01.2015–31.01.2017 lassen sich durch Nanoadditive erreichen – das weckt
PROJEKTVOLUMEN: 5 475 358,75 Euro Ideen für neue Produkteigenschaften. Ein Manko für
EU-FÖRDERUNG: 5 021 858,50 Euro Produktentwickler ist bisher jedoch die schlechte
Verfügbarkeit von produktionstauglichen Nanoparti-
WEBSITE ZUM PROJEKT:
h2020copilot.eu keln. Die beschriebenen Produktionsmengen sind
meist kleiner als ein Gramm, die Infrastruktur für die
ANSPRECHPARTNER: Herstellung größerer Mengen ist teuer, die Synthese-
Dr. Karl Mandel, Fraunhofer-Institut prozesse sind störungsanfällig und nicht ohne Weiteres
für Silicatforschung ISC
skalierbar. Viele gute Ideen scheitern so schon vor
KONSORTIUM: der eigentlichen Produktentwicklung.
§§ Koordinator: Nederlandse Organisatie
voor Toegepast Natuurwetenschappelijk „Die EU hat damit einen neuen Ansatz der Dienstleis-
Onderzoek TNO, Niederlande tung gefördert“, sagt Dr. Karl Mandel, Leiter der
§§ Fraunhofer-Gesellschaft
Partikeltechnologie des Fraunhofer ISC. „Ein einfa-
zur Förderung der angewandten
Forschung e. V., Deutschland cher und offener Zugang zu hochklassiger Infrastruk-
§§ SKZ-KFE gGmbH, Deutschland tur für die zuverlässige Produktion kleiner Chargen
§§ Momentive Performance von funktionalisierten Nanopartikeln und Nanokom-
Materials GmbH, Deutschland positen zu Testzwecken, das könnte Unternehmen aus
§§ LS Instruments AG, Schweiz
Chemie und Pharmazie den Weg hin zu neuen
§§ Sonaxis S.A., Frankreich
§§ Institute of Occupational nanobasierten Produkten erleichtern.“ Er vergleicht
Medicine, Vereinigtes Königreich die Pilotlinie mit einer Hightechküche: „Wir stellen
§§ Trinity College Dublin, Irland ausgefeiltes Equipment und Profiköche zur Herstel-
§§ Carl Padberg Zentrifugenbau lung eines Nanomenüs à la carte oder nach individu-
GmbH, Deutschland
ellen Wünschen zur Verfügung. So können Unterneh-
§§ Nabaltec AG, Deutschland
§§ Ioniqa Technologies BV, Niederlande men ihre oder auch unsere Rezepte erstmals testen,
§§ Kriya Materials BV, Niederlande bevor sie sich zum Nachkochen oder zum Aufbau
§§ Stichting NanoHouse, Niederlande einer eigenen Nanoküche entschließen.“ Neben dem
ISC sind zwei weitere „Open-Access-Linien“ imNANOPARTIKEL NACH MASS 13
niederländischen Eindhoven sowie am Süddeutschen
Kunststoffzentrum in Selb aufgebaut worden.
Projekt ermöglicht
einzigartige Ausstattung
Was das Angebot in Würzburg für Kunden besonders
interessant macht, ist die langjährige Erfahrung der
betreuenden Projektteams im Material- und Eigen-
schaftsdesign von Partikeln sowie in der Steuerung von
komplexen Synthesen. Durch das EU-geförderte Projekt
wurde eine einzigartige Ausstattung für robuste und
zuverlässige Herstellprozesse ermöglicht. So wurde ein
neuartiger Prototyp einer halb kontinuierlichen
Zentrifuge zur Partikelabscheidung speziell für diese
Pilotlinie entwickelt. Damit werden bis zu fünf Kilo- Der Rührreaktor für Partikelsynthesen im Maßstab 100 Liter
gramm Partikelgel mit einem Feststoffgehalt von 70
Prozent pro Zyklus aus dem Syntheseansatz „geerntet“.
Kunststoffe etwa werden durch Nanotechnologie
Online-Analysegeräte ermöglichen eine ständige reißfester und beständiger, was eine ganze Bandbreite
Überwachung und Steuerung der Partikelsynthese und von Anwendungen ermöglicht. Auch für die Weiterent-
-funktionalisierung. Damit sind die Syntheseprozesse wicklung von Brennstoffzellen oder von Katalysatoren
ebenso wie die Abscheidung der Partikel exakt steuerbar eignet sich die „Nanoküche“.
und effizient und garantieren reproduzierbar das
gewünschte Eigenschaftsprofil der Partikel auch im Die Ergebnisse aus dem Projekt CO-PILOT dienen als
Kilogrammmaßstab. Grundlage für Folgeprojekte. Das Fraunhofer
ISC kümmert sich aktuell in diesem Jahr im EU-
Erprobt wurde die Pilotlinie mit vier unterschiedlichen Forschungsprojekt OASIS um induktiv heizbare
Partikelsystemen: Magnetpartikel für neuartige Pultrusionsansätze im
∙∙ Layered Double Hydroxides (LDH) als flammhemmen- Pilotmaßstab.
de Füllstoffe zur Compoundierung in Kunststoffen
∙∙ Titandioxid für optisch hoch brechende Komposite
∙∙ hohle Silikapartikel für gefüllte Silikonpolymere
∙∙ Magnetpartikel mit katalytisch modifizierten Ober-
flächen für das Recycling von PET
Materialdesign und Syntheserouten ermöglichen dabei
auch die Funktionalisierung von Partikeln hinsichtlich
ihrer weiteren Verarbeitung, also beispielsweise die
Anpassung an die chemische Beschaffenheit der Matrix
bei der Compoundierung.
Nanopartikel helfen etwa dabei, dass Plastik nicht brennt.
Oder sie versehen Oberflächen mit neuen Eigenschaften,
wie das Beispiel Fotovoltaik zeigt. Die Oberflächen von
Fotovoltaikanlagen werden dahingehend verändert, dass
die Staubablagerung auf den Glasflächen gestoppt wird.14 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
Tinten mit exquisiten Eigenschaften
Ob ein menschlicher Unterkiefer aus Titan oder eine künstliche Aortaklappe – nicht nur im Gesundheitswesen
revolutioniert der 3-D-Druck die Behandlungsmethoden. Mit den Materialien für diese Form der Fertigungstechnik
beschäftigte sich das Forschungsprojekt DIMAP: Es wurden Silber- und Keramik-Nanopartikel mit hervorragender
Leitfähigkeit, Hochleistungspolymere und schäumbare Tinten für Leichtbauanwendungen entwickelt und optimiert.
Ziel von DIMAP (Novel nanoparticle enhanced Digital Für den Druck dieser Materialien wurde eine spezifische
Materials for 3D Printing and their application shown for Druckerarchitektur realisiert.
the robotic and electronic industry) war es, den Anwen-
dungsbereich und die Möglichkeiten des Multimaterial-
3-D-Drucks zu erweitern. Es ist gelungen, 3-D-Druckma- Neue Möglichkeiten mit
terialien für die PolyJetTM-Technologie mit völlig neuen neuen Materialien
Eigenschaftsprofilen zu definieren und nanotechnolo-
gisch weiterzuentwickeln. Dabei handelt es sich um: 3-D-Drucker fertigen heute mehr als Plastikteile – auch
∙∙ elektrisch leitfähige Tinten mit Silbernanopartikeln Edelstahl, Aluminium oder Titan können verarbeitet
∙∙ thermisch leitfähige Tinten mit keramischen werden. Diese Form der additiven Fertigung (im Gegensatz
Nanopartikeln steht die subtraktive Fertigung, die durch Fräsen oder Sägen
∙∙ schäumbare Tinten für Leichtbauanwendungen etwas wegnimmt) verlangt Materialien, die auf die jeweilige
∙∙ Hochleistungtinten aus Polyimid Anlagentechnik abgestimmt sind. Zwar besitzt die PolyJet™-
Technologie mit der Fähigkeit des Multimaterialdrucks eine
herausragende Eigenschaft im Feld der 3-D-Druck-Techno-
logien, die eine beispiellose Funktionsintegration innerhalb
eines Printvorgangs ermöglicht. Allerdings wären vielfäl
tigere Materialeigenschaften wünschenswert, und auch
DIMAP mangelnde Haltbarkeit der Materialien war bisher eine
wesentliche Schwäche des Prozesses.
PROJEKTLAUFZEIT: 01.10.2015–30.09.2018
PROJEKTVOLUMEN: 4 997 351,25 Euro An diesem Punkt setzen die 12 Konsortiumspartner an.
EU-FÖRDERUNG: 4 997 351,25 Euro
Das internationale Team mit Wissenschaftlerinnen und
WEBSITE ZUM PROJEKT: Wissenschaftlern aus Israel, den Niederlanden, Österreich,
dimap-project.eu Spanien und Deutschland hat sich zum Kernziel gesetzt,
mit neuen Materialien neue Möglichkeiten zu schaffen.
ANSPRECHPARTNER: Sie haben Silber- und Keramiknanopartikel in den
Thomas Lück, cirp GmbH
Druckprozess integriert und Designstrategien ausgearbei-
KONSORTIUM: tet, um bessere Produkteigenschaften zu erzielen – eine
§§ Koordinator: Profactor GmbH, Österreich äußerst anspruchsvolle und komplexe Aufgabe.
§§ Stratasys Ltd., Israel
§§ Karlsruher Institut für Technologie, Der erste Schritt war die Analyse der Anforderungen an das
Deutschland
Material. Dementsprechend wurden passende Rezepturen
§§ Borealis Polyolefine GmbH, Österreich
§§ Tiger Coatings, Österreich von den Partnern entwickelt. Durch Beigabe von abge-
§§ Festo AG & Co. KG, Deutschland stimmten Nanopartikeln konnte das Ergebnis optimiert
§§ Universität Linz, Österreich werden. Unterstützt wurde die Entwicklung der neuen
§§ Soreq Nuclear Research Center, Israel Materialien durch computerbasierte Simulationsmodelle.
§§ cirp GmbH, Deutschland
So entstanden vier neue Tinten, die dem 3-D-Druck z. B. in
§§ P.V. Nano Cell Ltd., Israel
§§ Tecnología Navarra der Elektroindustrie neue Spielräume eröffnen:
de Nanoproductos S.L., Spanien ∙∙ elektrisch leitfähige Tinten mit Silbernanopartikeln,
§§ Signify Netherlands BV, Niederlande zum Drucken von Leiterbahnen und elektrischen
KomponentenTINTEN MIT EXQUISITEN EIGENSCHAFTEN 15
∙∙ thermisch leitfähige Tinten mit keramischen schen DIMAP-Polyjet-Drucker, der bei drei verschiedenen
Nanopartikeln, etwa für die Kühlung von LEDs Projektpartnern zum Einsatz kam. Dadurch konnten die
∙∙ schäumbare Tinten für Leichtbauanwendungen und verschiedenen Arbeitspakete parallel bearbeitet und dann
geringen Materialverbrauch gemeinsam fokussiert werden. Die Hardware und die
∙∙ Hochleistungstinten aus Polyimid für sehr hohe Software zur Verarbeitung der DIMAP-Materialien
Temperaturbeständigkeit und exzellente chemische wurden in vielen Teilen neu aufgebaut.
Beständigkeit
„Das Projekt führte zu einem signifikanten Know-how-
Unter den Ergebnissen, die das Forschungskonsortium Zuwachs innerhalb der cirp GmbH und mündete in einem
hervorhebt, ist der erste Druck eines polyimidbasierten Ausbau des Unternehmens mit neuem Personal“, sagt
Materials auf einer PolyJet™-Maschine. „Die DIMAP- Thomas Lück. „Für unser Dienstleistungsspektrum ist
Polyimide zeichnen sich durch sehr hohe Temperatur es elementar, auf dem neuesten Stand der Technik zu
beständigkeit und sehr gute dielektrische Eigenschaften sein und damit Angebote zu führen, die Alleinstel-
aus“, betont Thomas Lück, der bei dem Heimsheimer lungsmerkmale besitzen. Aus der Zusammenarbeit in
Unternehmen und DIMAP-Konsortialpartner cirp GmbH Forschungsprojekten entstehen immer wieder Koope-
als Leiter für Vertrieb und Innovationen verantwortlich ist. rationen, die die Entwicklung nachhaltig verbessern.“
Des Weiteren ist es gelungen, silberbasierte Tinten im Das Unternehmen ist zuversichtlich, dass die neuen
Druckprozess leitfähig zu sintern – darunter versteht DIMAP-Materialien mit recht hohem Reifegrad schon
man das Erhitzen eines Werkstoffes zur Veränderung bald das Dienstleistungsspektrum des mittelstän
der Struktur, was wiederum die Integration der dischen Unternehmens erweitern. Zudem haben sich
vorgefertigten Komponenten erleichtert. Während die durch die zahlreichen Erfolge innerhalb des DIMAP-
elektrisch leitfähigen und die Hochleistungs-Poly- Projekts, die vor allem auf der fruchtbaren multidiszip-
imid-Tinten im Projekt bereits einen sehr hohen linäre Zusammenarbeit über Grenzen hinweg erreicht
Reifegrad erreichten, verblieben die keramischen und wurden, bereits verschiedene mögliche Folgeprojekte
die schäumbaren Tinten in einem labormäßigen ergeben. Unter anderem wird ein DIMAP-Anschluss-
Entwicklungsstatus. Sie konnten deswegen noch nicht projekt anvisiert. Des Weiteren ist geplant, mit den
in die Demonstratoren verbaut werden. Die Verarbeitung DIMAP-Versuchsdruckern bei den jeweiligen Partnern
der DIMAP-Materialien erfolgte auf einem prototypi- weiterführende Experimente durchzuführen.
Der pneumatische Festo Roboter Aktuator wurde in einem Schritt mit maximaler Funktionsintegration gedruckt.16 MATERIALINNOVATIONEN MADE IN EUROPE
Das richtige Material am richtigen Ort
Zehn europäische Forschungspartner arbeiten im Projekt FlexHyJoin länderübergreifend daran, eine vollautoma-
tische Fertigungszelle zum Fügen von gewichtsneutralen Hybridstrukturen aus Metallen und Polymerverbundstoffen
ohne die Verwendung von Klebstoffen mit potenziell schädlichen Lösungsmitteln zu fertigen. Diese Hybridfüge-
technologie senkt unter anderem Kosten und Fertigungszeit – gute Nachrichten für die Industrie.
Übergeordnetes Ziel von FlexHyJoin (Flexible Produc- Anders als beim Kleben sind bei den eingesetzten
tion Cell for Hybrid Joining) ist die Entwicklung und Verfahren keine zusätzlichen Additive notwendig. Die
der Aufbau einer Prototypen-Fertigungszelle zum lasttragende Faserstruktur des TP-FKV wird nicht
Fügen von Hybridbauteilen, die aus thermoplastischen geschädigt, wie es beim Schrauben oder Clinchen der
Faserkunststoffverbunden (TP-FKV) und Metallen Fall ist. Die Großserientauglichkeit konnte anhand
bestehen. Dazu werden Induktions- und Laserfügen einer vollautomatischen Fertigungszelle demonstriert
mit einer Laservorbehandlung der Metalloberfläche, werden, in der eine Dachversteifung aus kontinuierlich
Prozesskontrolle und -überwachung, sowie zerstö- glasfaserverstärktem Polyamid 6 mit metallischen
rungsfreie Prüfung via Lock-In-Thermografie kombi- Verbindungselementen gefügt wird.
niert. Somit soll ein speziell auf hybride Metall-TP-
FKV-Verbindungen angepasster Fügeprozess
bereitgestellt werden, damit das jeweilige Werkstoff- Effiziente Kombination
potenzial voll ausgeschöpft werden kann. innovativer Technologien
In der Fertigungszelle werden im ersten Schritt die in
einem vorgeschalteten Stanzverfahren umgeformten
metallischen Befestigungselemente durch einen
FlexHyJoin Hochgeschwindigkeitslaser vorstrukturiert. So werden
linienförmige Kavitäten mit Hinterschnitten einge-
PROJEKTLAUFZEIT: 01.10.2015–31.12.2018 bracht, durch die beim Folgeschritt Fügen eine
PROJEKTVOLUMEN: 5 868 683,75 Euro formschlüssige Verbindung zwischen Metall und
EU-FÖRDERUNG: 4 141 347,64 Euro TP-FKV erzeugt wird. Nach der Oberflächenstruktu-
rierung werden sowohl die Verbindungselemente als
WEBSITE ZUM PROJEKT:
flexhyjoin.eu auch die Dachversteifung zum Prozessschritt Fügen
transportiert. Die Metallhalterungen werden auf dem
ANSPRECHPARTNER: vorgeformten, thermoplastischen Organoblechprofil
Nora Feiden, Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, der Dachversteifung positioniert, die Seitenteile durch
Michael Begert, EDAG Engineering GmbH
Laser und das mittlere Metallelement durch elektro-
KONSORTIUM: magnetische Induktion erwärmt. Durch die Erwär-
§§ Koordinator: Institut für Verbundwerkstoffe GmbH, mung des Metalls wird der Matrixwerkstoff des
Deutschland TP-FKV an der Kontaktstelle zum Metall schmelzflüs-
§§ Fundación Tecnalia Research & sig und fließt infolge des gleichzeitig aufgebrachten
Innovation, Spanien
Fügedrucks in die laserinduzierten Kavitäten der
§§ Gubesch Thermoforming GmbH, Deutschland
§§ EDAG Engineering GmbH, Deutschland laserstrukturierten Metalloberfläche.
§§ Leister Technologies AG, Schweiz
§§ Centro Ricerche Fiat S.C.p.A., Italien Nach dem Abkühlen entsteht eine Hybridstruktur, die
§§ New Infrared Technologies, S.L., Spanien auf einer kombinierten formschlüssigen und stoff-
§§ Fraunhofer-Gesellschaft
schlüssigen Verbindung basiert. Um sicherzustellen, dass
zur Förderung der angewandten
Forschung e. V., Deutschland die Verbindung den geforderten Qualitätsanforderungen
§§ KGR S.p.A., Italien entspricht, werden die Fügestellen in der Fertigungszel-
§§ Fill Gesellschaft m.b.H, Österreich le zerstörungsfrei durch Lock-in-Thermografie auf
Fehlstellen geprüft. Nach der Qualitätskontrolle ist esDAS RICHTIGE MATERIAL AM RICHTIGEN ORT 17
Laser-Oberflächenvorbehandlung Induktions- und Laserfügen
Zerstörungsfreie Prüfung
Bestückung Roboter
Entwickelte Fertigungszelle im Projekt FlexHyJoin
möglich, die Hybridbauteile durch nachgeschaltete Spektrum von Anwendungen, die neben der Automo-
Montageschritte in eine übergeordnete Baugruppe zu bilindustrie auch in Industriezweigen wie Medizin,
integrieren. Im Rahmen des FlexHyJoin-Projektes Sport und Freizeit oder der Luft- und Raumfahrt
konnten alle beschriebenen Technologien so effizient eingesetzt werden.
miteinander kombiniert werden, dass eine Ferti-
gungszelle maßgeschneiderte Fügetechnologien für Im Rahmen des Projektes konnten mehrere großseri-
Hybridbauteile bereitstellt. „Es ist eine bereichernde entaugliche Verfahren erfolgreich kombiniert
und inspirierende Erfahrung, ein EU-Forschungspro- werden. Zukünftig können diese von Endanwendern
jekt zu konzipieren und zu koordinieren, in dem genutzt bzw. von Forschungseinrichtungen weiter-
Partner aus europäischen Ländern grenzüberschrei- entwickelt werden.
tend hoch motiviert zusammenarbeiten und schließ-
lich ein so ambitioniertes Ziel wie die FlexHyJoin- Mögliche zukünftige Entwicklungsarbeiten:
Fertigungszelle erreichen“, beschreibt Projekt- ∙∙ Erweiterung der möglichen Bauteilgeometrien
koordinatorin Nora Feiden vom Institut für Verbund- ∙∙ Herleitung von Konstruktionsrichtlinien, die die
werkstoffe (IVW) stellvertretend für das gesamte Besonderheiten dieser Fügetechnologie berücksichtigen
Team. Leichtere Bauteile in der Automobilindustrie ∙∙ neue Werkzeugkonzepte
reduzieren den Kohlendioxidausstoß und wirken sich ∙∙ neue Werkstoffkombinationen
somit positiv auf die Umwelt aus. Das FlexHyJoin-Pro- ∙∙ innovative Konzepte zur Prozessregelung und
jekt stellt mit seiner hybriden Fügetechnologie einen -überwachung (Digital Twin, Industrie 4.0)
Wegweiser für zukünftige Mobilitätskonzepte dar.
Für zukünftige Entwicklungstätigkeiten, insbesondere
bei Fahrzeugen und deren Komponenten in neuer
Grundstein für neue Bauweise, beispielsweise in der Elektromobilität, sieht
Konstruktionsmöglichkeiten einer der Konsortiumspartner, der Engineering-Dienst-
leistungen für die Automobilindustrie entwirft, sehr
Die Entwicklung der Zelle repräsentiert den Grund- gute Chancen, die FlexHyJoin-Technologie bei Exterieur-
stein für neue Konstruktionsmöglichkeiten im und Interieuranwendungen als innovative Leichtbaulö-
hybriden Leichtbau. Sie unterstützt die Etablierung in sung zu nutzen. Auch die Rohstoff- und Halbzeugindus-
Bereichen wie beispielsweise E-Mobilität oder der trie hat das Potenzial erkannt: In weiterführenden
lastgerechten Verstärkung von Fahrzeugstrukturen Kundenprojekten sollen die Möglichkeiten dieser
durch Faserkunststoffverbunde. Die sehr gute Technologie mit weiteren, auf spezielle Anwendungen
Verbindungsqualität und -festigkeit bei einer kurzen zugeschnittenen Materialkombinationen erprobt
Taktzeit in der Herstellung eignet sich für ein breites werden.Sie können auch lesen
