103-015_DGM_MFD_Dresden_16

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 Foto: HZDR / Frank Bierstedtkristallen für die Halbleiterindustrie. lässt sich die Strömungsstruktur in chende Methoden der Strömungs-Letzteres ist vor allem im Hinblick Metallschmelzen bestimmen. CIFT kontrolle in Erstarrungsprozessen zuauf das Recycling von Solarsilizium beruht darauf, dass eine Strömung entwickeln.von Photovoltaikanlagen interes- unter dem Einfluss eines von außensant. Auch hier steht der Effekt der angelegten Magnetfeldes elektrische Ein bereits in die Anwendung ge-Energieeinsparung mit im Vorder- Ströme induziert, die wiederum das brachtes und an das Unternehmengrund. Das gebrauchte Silizium, das angelegte Magnetfeld deformieren. SAAS GmbH lizenziertes Systemnicht mehr den Reinheitsstandards Diese extern messbaren Magnetfeld- ist die kontaktlose elektromagneti-entspricht, zugleich aber eine große Deformationen tragen Information sche Durchflussmessung. Durch dieMenge an Energie aus der ursprüng- über den Strömungszustand und Bestimmung der Phasenverschiebunglichen Materialgewinnung enthält, können durch Lösung eines inversen zwischen zwei Empfängerspulen, diekann man so wieder in den Prozess Problems zu dessen Bestimmung gegenüber einer Sendespule ange-zurückführen. genutzt werden. ordnet sind, kann die Strömungs- geschwindigkeit der Schmelze ohneDabei arbeiten die Wissenschaftler Der konvektive Transport von Wärme Eingriff in das System ermittelt wer-mit namhaften Industrieunterneh- und Legierungselementen in Metall- den. Dabei toleriert der Aufbau Tem-men zusammen. Insbesondere die legierungen während der Erstarrung peraturen der Schmelze von bis zuForschungsumgebung der LIMM- hat einen direkten Einfluss auf die 800 Grad Celsius im Inneren einerCAST-Anlage (Liquid Metal Model Kornstruktur und damit auch auf die Rohrleitung.for Continuous Casting) stellt ein mechanischen Eigenschaften desAlleinstellungsmerkmal dar. In den erstarrten Materials. Phänomene wieletzten Jahren wurden mit dieser die Kornfeinung infolge einer Frag-Infrastruktur durch die Abteilung mentation von Dendriten oder dieMagnetohydrodynamik am HZDR Herausbildung von Entmischungsge-zahlreiche Verfahren zur kontaktlo- bieten sind auch auf Strömungsvor-sen Bestimmung der Strömungen gänge in der erstarrenden Schmelzeentwickelt. zurückzuführen. Mittels röntgenra- diographischer Methoden untersu-Messverfahren für Flüssigmetalle chen die Forscher die Wechselwir-Ein wesentliches Verfahren findet kung von Strömung und Kristall-inzwischen erste Anwendungen in wachstum in unmittelbarer Nähe derder experimentellen Modellierung Erstarrungsfront. Die Visualisierungverschiedener technologischer trägt wesentlich zum umfassendenProzesse: die Contactless Inductive Verständnis der Vorgänge bei, zu-Flow Tomography (CIFT). Damit gleich ermöglicht sie es, entspre-

50 – 51 CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbH Phasenbildung und -umwandlung von co-gesputterten und thermisch verdampf- ten TiAl Dünnschichten auf LGS und CTGS Intermetallische TixAly Schichten Für diesen Verwendungszweck Ratenregelung mittels Schwingquarz- werden als Dickschichtmaterial werden die Dünnschichten bevor- Sensoren angewendet. Um die Wech- für technische Komponenten mit zugt durch den „Lift-off“ Prozess selwirkung der Schichtgrenzfläche hoher thermischer und mechani- strukturiert. Dieser Prozess bedingt substratseitig zu untersuchen, wur- scher Belastung industriell be- eine gerichtete Abscheidung der den verschiedene Barrieren (W, SiO2, reits erfolgreich eingesetzt. metallischen Dünnschichten, wie es Al2O3, TiN) getestet. Die Proben Besonders die ␥-TiAl Phase ist bei der thermischen Abscheidung wurden nach der Beschichtung bei für Hochtemperatur-Dünn- der Fall ist. Da die Eigenschaften von unterschiedlichen Temperaturstufen schichtanwendungen, wie bspw. Dünnschichten in Abhängigkeit der für 10 h unter Hochvakuum getem- als Elektrodenmaterial für Inter- angewandten Abscheidetechnologie pert und anschließend analysiert. digitaltransducer (IDT) mit variieren, wurden die Phasenbildung leistungsbelastete akustische und die spezifischen elektrischen Wi- Die Bestimmung der Elementzusam- Oberflächenfilter. derstände von co-gesputterten und mensetzung in den abgeschiedenen co-verdampften TixAly Schichten auf Schichten erfolgte mittels optischer Kontakt neuartigen, hochtemperaturstabilen, Emissionspektroskopie bei induktiv piezoelektrischen Substratmaterialien eingekoppelten Plasma (ICP-OES), CREAVAC-Creative (Langasite (La3Ga5SiO14) und CTGS die Phasenindizierung der getem- Vakuumbeschichtung GmbH (Ca3TaGa3Si2O14) untersucht. perten Proben mittels Röntgendif- fraktometrie (XRD). Der spezifische Löbtauer Straße 65-71 Die co-gesputterten TiAl-Schichten elektrische Widerstand wurde mit D-01159 Dresden sind mittels 4“ DC-Magnetrons, bei der 4-Punkt van der Pauw-Messme- einem Prozessdruck von ca. 5x10-3 thode ermittelt. Weiterhin wurde die Tel.: +49 (0)351 21838-0 mbar abgeschieden. Die co-ver- chemische Zusammensetzung inner- Fax: +49 (0)351 21838-19 dampften TiAl-Schichten wurden halb der Schicht mit der Augerelek- mit einem transversalen Elektronen- tronenspektroskopie (AES) analysiert. [email protected] strahlverdampfer (Ti) und einem Die Oberflächenmorphologie ist www.creavac.de thermischen Widerstandsverdampfer mittels Rasterelektronenmikroskopie mit Bornitrit-Liner (Al) bei einem Pro- (SEM) abgebildet. Mithilfe eines zessdruck von 5x10-6 mbar abge- fokussierten Ionenstrahls (FIB) schieden. Die Proben sind ohne Vor- wurden Schichtquerschnitte für die behandlung, rotierend und bei Raum- Analyse der Grenzflächen zwischen temperatur beschichtet worden. Für Substrat, Barriere und Schicht prä- die Co-Verdampfung wurde eine pariert.

CREAVAC-Creative Vakuumbeschichtung GmbHa) b) Abb. 1: Schichtquerschnitte und Oberflächenmorphologie von co-verdampften TiAl-Dünnschichten (mit 20 nm W Barriere auf (a) LGS und (b) CTGS Substraten nach dem Tempern).Die Auswertung der Röntgendiffrak- zunehmen. Jedoch sind zusätzliche Autoren:togramme sowie der Elementanalyse Schutzschichten nötig, um sowohl Eric Lattner1,2)zeigen starke Oxidationseffekte bei Schichtoxidation als auch Zersetzung Dr. Siegfried Menzel1)den 600 °C und 800 °C getemperten zu verhindern. Vergleicht man beide Dr. Steffen Heicke3)TixAly-Schichten. Aufgrund der Oxi- Prozesse auf LGS-Substraten, so zeigt Prof. Dr. Jürgen Eckert1,2)dation, vorwiegend von Aluminium, sich für die co-verdampften TixAly-verändert sich die Elementzusammen- Schichten eine bessere Phasenbildung. 1) IFW Dresden, Institute of Complexsetzung innerhalb der Schicht, so dass Für die co-sputterten TixAly-Schichten Materials, SAWLab Saxony, PO Boxdie ␥-TiAl Phasenbildung stark ge- ist eine reduzierte Oxidation zu er- 270116, 01171 Dresden, Germany.hemmt bzw. verhindert wird. Die kennen. Die Veränderung der Schicht-Messungen deuten auf eine starke struktur durch das Tempern an co-ver- 2) TU Dresden, Institute of MaterialsAbhängigkeit zwischen der TiAl-Pha- dampften Proben zeigt Abb. 1. Science, Helmholtzstr. 7,senbildung, den eingesetzten Subs- 01062 Dresden, Germany.tratmaterialien sowie den Änderun- Die Barrierewirkung der Wolfram-gen der Schichtzusammensetzungen Schichten bei einer Stärke von ca. 3) Creavac GmbH, Löbtauer Str. 65-71,hin, insbesondere aufgrund der Tem- 20 nm ist bis 600 °C stabil. Bei höhe- 01159 Dresden, Germany.perungen. Für die co-verdampften ren Temperaturen, insbesondere beiTixAly-Schichten auf CTGS @ 600 °C 800 °C zeigen sich jedoch starkeist eher eine TiAl2-Zusammensetzung Wechselwirkungen zwischen denstatt einer ␥-TiAl-Phasenbildung an- TixAly-Schichten und den Substraten. Alles aus einer Hand • Anlagenbau Die Vielfalt ist entscheidend: • Lohnbeschichtung CREAVAC - Creative • Technologieentwicklung Vakuumbeschichtung GmbH Löbtauer Str. 65-71 • 01159 Dresden103-015-019_CS5.indd 1 Tel.: 0351 21838-0 • Fax: 0351 21838-19 12.05.16 17:33

52 – 53 IM BLICKPUNKT Festkörper- und Werkstoffforschung

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Wissenschaftlicher Direktor: Zielgruppen/Branchen:Prof. Dr. Manfred Hennecke ■ Materialforschung ■ Mikro- und NanoelektronikKaufmännischer Direktor: ■ SensorikDr. Doreen Kirmse ■ Maschinenbau ■ Biomedizin ■ Energietechnik Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoff- forschung Dresden (IFW) ▲Das Leibniz-Institut für Festkörper- technischen Nachwuchses zu fördern Professoren an der TU Dresden bzw.und Werkstoffforschung Dresden – und die gewonnenen Erkenntnisse für an der TU Chemnitz sind:kurz IFW Dresden – betreibt mo- die Wirtschaft nutzbar zu machen. ■ Institut für Festkörperforschungderne Werkstoffwissenschaft aufnaturwissenschaftlicher Grundlage. Das IFW Dresden beschäftigt ca. 500 Direktor: Prof. Dr. Bernd BüchnerDabei spannen die Forschungsarbei- Mitarbeiter. Davon sind 280 Wissen- ■ Institut für Metallische Werkstoffeten einen großen Bogen vom puren schaftler, zumeist Physiker, ChemikerErkenntnisfortschritt auf den Gebie- und Ingenieure. Darunter zählen Direktor: Prof. Dr. Kornelius Nielschten Physik und Chemie bis hin zur auch 120 Nachwuchswissenschaftler, ■ Institut für Komplexe Materialientechnologischen Vorbereitung neuer die am IFW ihre Doktorarbeit anferti-Materialien und Produkte. Moderne gen. Jährlich weilen ca. 100, zumeist Direktor: Dr. Thomas GemmingMaterialforschung, die das gesamte ausländische Gastwissenschaftler (kommissarischer Leiter)Feld von Grundlagenforschung bis jeweils für mehrere Wochen oder ■ Institut für Integrative Nano-zur Anwendung umfasst, muss inter- Monate am Institut. wissenschaften, Direktor:disziplinär sein. Das IFW Dresden Prof. Dr. Oliver G. Schmidtbringt viele Disziplinen zusammen: Das IFW Dresden ist eine rechtlich ■ Institut für Theoretischeexperimentelle und theoretische eigenständige, außeruniversitäre For- Festkörperphysik, Direktor:Festkörperphysik, Chemie, Werkstoff- schungseinrichtung und Mitglied der Prof. Dr. Jeroen van den Brinkforschung, Nanotechnologie und Leibniz-Gemeinschaft. Die Grund-Elektrotechnik. Bei aller Breite, die finanzierung von ca. 33 Mio. Euro Hinzu kommen die Bereichedurch dieses Spektrum gegeben ist, (2015) wird jeweils zur Hälfte durch Forschungstechnik und Verwaltung.gibt es einen wichtigen gemeinsa- Bund und Länder bereitgestellt. Zu-men Aspekt aller Forschungsaktivitä- sätzlich zur Grundfinanzierung wirbt Kontaktten am IFW Dresden: Es werden noch das IFW jährlich ca. 10 Mio. Eurounerforschte Eigenschaften neuer Projektmittel ein. Das IFW Dresden Leibniz-Institut für Festkörper- undMaterialien untersucht, um neue arbeitet weltweit eng mit führen- Werkstoffforschung Dresden (IFW)Funktionalitäten und Anwendungen den Gruppen an Universitäten und Prof. Dr. Manfred Henneckezu generieren. Das Spektrum der Ma- Forschungseinrichtungen zusammen Helmholtzstraße 20terialien ist fokussiert auf Quanten- und ist in zahlreichen europäischen D-01171 Dresdenmaterialien, Funktionswerkstoffe und Netzwerken und Projekten aktiv, von Tel.: +49 (0)351 4659-0Nanomaterialien. denen es einige selbst koordiniert. Fax: +49 (0)351 4659-500 [email protected] der Forschung gehört es zu Der wissenschaftliche Bereich des www.ifw-dresden.deden Aufgaben des Instituts, die Fort- IFW Dresden gliedert sich in fünf Ins-bildung des wissenschaftlichen und titute, deren Direktoren gleichzeitig

54 – 55 IM BLICKPUNKT Von der Physik zu neuen Werkstoffen Quantenzustände der Materie schungsgebiet sind intermetallische den, gleichzeitig aber auch für die Das IFW erforscht Phänomene, Materialen. Diese zeigen eine große Grundlagenforschung von Interesse die durch die Quantenmechanik Bandbreite exotischer physikalischer sind. Es beinhaltet zum Beispiel den bestimmt werden, wie Supraleitung Phänomene, wie Spin-Dichte-Wellen, großen Bereich der metallischen und Magnetismus. Auch in Materia- große magnetische Momente, meta- Gläser und nanostrukturierten Le- lien mit eingeschränkten räumlichen magnetische Phasenübergänge, was gierungen, die besonderen mecha- Ausdehnungen nanoskaligen Sys- Gegenstand der Forschung am IFW nischen, chemischen und magne- temen spielen Quanteneffekte eine ist. Gleichzeitig sind Intermetallische tischen Eigenschaften aufweisen, wichtige Rolle. Verbindungen als Hochleistungsmag- z.B. große elastische Dehnung bei nete, Selten-Erd-freie Magnete oder hoher Festigkeit, Korrosionsbestän- Hier werden neue Grundzustände für magnetische Kühlung für vielfäl- digkeit oder magnetische Isotropie. der Materie und damit verbundene tige Anwendungen von größtem Inte- Die Kombination dieser Eigenschaf- neue physikalische Effekte theore- resse. Um diese Materialien zur Anwen- ten kann durch die Änderung der tisch und experimentell untersucht. dungsreife zu bringen, müssen die Legierungszusammensetzung gezielt Gleichzeitig entstehen Visionen physikalischen Effekte auf Quanten- geändert werden. Voraussetzung und Ideen, diese Effekte in neuen ebene gut verstanden sein. Gleichzei- für die technische Nutzung dieser Materialien und Bauelementen nutz- tig spielen Faktoren wie der Herstel- Legierungen ist eine genaue Kenntnis bar zu machen. Supraleitung und lungsprozess, der Kristallisationsverlauf, der Bildungsbedingungen und der Magnetismus sind zwei physikalische die Mikrostruktur eine große Rolle. resultierenden Eigenschaften. Effekte, die auf quantenphysikali- schen Phänomenen beruhen und ein Funktionsmaterialien Akustische-Oberflächenwellen- großes Anwendungspotential haben. Funktionsmaterialien sind Werkstoffe, Bauelemente werden als Frequenz- Das IFW Dresden widmet sich dabei die auf Grund ihrer physikalischen, filter zur Auswahl von Signalüber- gleichermaßen den Aspekten der mechanischen und chemischen Eigen- tragungskanälen und Sensoren Grundlagenforschung und der Mate- schaften eine bestimmt Aufgabe er- verwendet. Sie bestehen aus einem rialentwicklung. Das IFW kann dabei füllen: zum Beispiel den Strom leiten, piezoelektrischen Einkristallchip, auf auf ein breites Spektrum sich ergän- Wellen einer bestimmten Frequenz dem elektrische in akustische Signale zender Methoden und Expertisen der filtern, ein magnetisches Feld abschir- und wieder zurück umgewandelt theoretischen und experimentellen men, Energie speichern etc. werden. Das IFW hat auf diesem Festkörperphysik sowie der Ingeni- Gebiet wichtige Innovationsbeiträge eurwissenschaft zurückgreifen. Dieses Forschungsgebiet umfasst den geleistet, z.B. die erhebliche Verbes- Bereich der Werkstoffe, deren physi- serung der Temperaturstabilität und Ein Beispiel für das enge Zusammen- kalische, mechanische und chemische der elektromechanischen Anregung spiel von Grundlagenforschung und Eigenschaften im Hinblick auf kon- durch Aufbringen eines speziellen Materialentwicklung in diesem For- krete Anwendungen optimiert wer- Dünnschichtmaterials.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Weitere Themen in diesem For- Mitunter zeigen Materialien an ihren Das IFW – ein gefragte Partnerschungsgebiet betreffen Materialien die Grenzflächen oder Oberflächen von Unternehmenfür bio-medizinische Anwendungen, Eigenschaften, die im Inneren des Innovative Produkte mit neuen be-Materialien für die Energiespeiche- Materials nicht vorhanden sind, zum sonderen Materialeigenschaften undrung und -umwandlung sowie Beispiel elektrische Leitfähigkeit, Funktionalitäten sind entscheidendaufgerollte Nanomembranen für Supraleitung oder Magnetismus. Das für den Erfolg von Unternehmenoptische, elektronische und nano- eröffnet weite Felder sowohl für phy- und von gesamtgesellschaftlicherfluide Anwendungen. sikalische Grundlagenforschung und Relevanz. Das IFW ist der Partner, theoretische Modelle als auch für die wenn es darum geht, MaterialienNanoskalige Materialien Materialsynthese und -manipulation grundlegend zu verstehen, chemisch-Nanomaterialien sind Stoffe oder mit dem Ziel der Anwendungen in physikalisch zu erforschen und zurStrukturen, deren Größe in einer der Nanotechnologie. Anwendungsreife zu entwickeln.oder mehreren Dimensionen (Höhe, Dabei spannen wir einen Bogen vonBreite, Länge) 100 Nanometer oder Auf dem Gebiet der Nanophotonik den kleinsten elementaren Baustei-weniger beträgt, wodurch ihre Eigen- widmet sich das IFW dem Design, nen über Nanopartikel und dünneschaften stark beeinflusst werden. Im der Herstellung und der Charak- Schichten bis hin zu Halbzeugen undIFW Dresden werden z.B. molekulare terisierung von nanostrukturierten Prototypen von Bauteilen. NeuesteNanostrukturen, anorganische Nano- Materialien, mit denen einzelne Ideen und Forschungsergebnissemembranen, Nanopartikel, nano- Photonen und verschränkte Photo- werden erfolgreich patentiert undkristalline Legierungen und lithogra- nenpaaren erzeugt werden können. können somit Unternehmen exklusivphisch hergestellte Nanostrukturen Des Weiteren werden photonische zur Verfügung gestellt werden. Überuntersucht. Bauelementen wie Quanten-LEDs, 300 nationale und internationale aufgerollte optische Mikroröhren und Patente und ein hohe Lizensierungs-In diesem Forschungsgebiet geht es 3D photonische Kristalle entwickelt. grad zeigen die Praxisrelevanz derum Materialien und Strukturen, die Die Vision dabei ist es, komplexe Forschung am IFW.aufgrund ihrer Nanoskaligkeit Effekte photonische Funktionalitäten für eineder Quantenmechanik aufweisen. integrierte opto-elektronische Platt- Neben direkten Industriekoopera-Konkret sind das sehr dünne Schich- form zur Verfügung zu stellen. tionen finden unsere Ergebnisseten, Grenzflächen und sogenannte den Weg in die Praxis über Spin-Heterostrukturen aus dünnen Schich- Bei all diesen Themen kommt eine off-Unternehmen. Vier von IFW-ten unterschiedlicher Zusammenset- große Bandbreite verschiedener Mitarbeitern gegründete Firmenzung, Quantenpunkte, photonische Präparationsverfahren, spektrosko- haben sich bereits erfolgreich amKristalle sowie molekulare Nanostruk- pischer Methoden und theoretischer Markt etabliert und schaffen durchturen wie Fullerene, leitfähige Poly- Expertise zum Einsatz, deren Kombi- ihr Wachstum Arbeitsplätze in dermere und organische Halbleiter. nation am IFW einzigartig ist. Region.

56 – 57 IM BLICKPUNKT Zwei Beispiele für IFW-typische Materialforschung Neue Generation flexibler in vielen Bereichen der Elektrotechnik und anschließend filtriert. Die mit der Magnetsensoren und des Maschinenbaus vielverspre- Lösung gefüllten Kohlenstoffnano- Für die Steuerung elektrischer An- chend. Derzeit wird die Anwendung röhren werden dann getrocknet und triebe und Maschinen sind Magnet- im Werkzeugmaschinenbau verfolgt, unter Wasserstoffzufuhr zur Zielver- feldsensoren unerlässlich. Eine sehr um höhere Positionierungsgenau- bindung reduziert. Auf diese Weise präzise Methode besteht darin, die igkeiten in magnetisch gelagerten entstehen kugelförmige, voneinander Magnetfeldsensoren im schmalen, Hochgeschwindigkeits-Spindeln zu separierte Partikel, die wie eine locker gekrümmten Luftspalt zwischen Rotor erreichen. Neben den interessanten gefädelte Perlenkette das Innere der und Stator zu platzieren. Hierfür wer- Anwendungsmöglichkeiten punkten Kohlenstoffnanoröhren ausfüllen. Die den besonders dünne und biegsame die neuen Sensoren auch mit niedri- Größe der Kristalle lässt sich durch Sensorelemente benötigt. IFW-For- gen Herstellungskosten. den Durchmesser der Nanoröhre kon- scher haben neuartige flexible und trollieren. Nach vollendeter Synthese ultradünne Magnetfeldsensoren ent- Nanomagnete aus der Röhre bilden die Kohlenstoffnanoröhren wickelt, die genau das leisten können. Im Zeitalter der Nanotechnologie sind eine schützende Hülle gegen Korro- Sie sind nur ein Zehntel Millimeter die Wissenschaftler bestrebt, alles im- sion und andere chemische Verände- „dick“, können mit Biegeradien von mer kleiner zu machen. Dabei sollen rungen. Die chemische Stabilität der 5 Millimeter auf gekrümmte Ober- die chemischen und physikalischen Ei- von Kohlenstoffnanoröhren umman- flächen integriert werden und dabei genschaften erhalten bleiben, die für telten Nanopartikel ist ein großer magnetische Flussdichten bis zu 2,2 die Funktionalität von Materialien und Vorteil, da Korrosion in metallischen Tesla zuverlässig messen. Die Kernidee elektronischen Bauelementen wichtig Materialien immer ein Problem dar- beruht auf der Kombination flexibler sind. Manchmal ergeben sich aber stellt. Die Nanokristalle haben durch Polymermembranen und magnetisch durch den Übergang in die Nanome- ihre Winzigkeit außerdem andere hochempfindlicher metallischer Dünn- ter-Bereich Änderungen, die ganz magnetische Eigenschaften. Um sie schichten. Diese Synergie führt zu neue Funktionen ermöglichen. IFW-For- vollständig zu entmagnetisieren muss einzigartigen Eigenschaften mit einer scher haben magnetische Nanokris- man ein Feld anlegen, das 30-mal neuartigen Funktionalität der Verform- talle gezüchtet, die besonders stark stärker ist, als dies bei größeren Kris- barkeit. Der Einsatz dieser Sensoren ist und korrosionsbeständig sind. Die tallen oder Schichten der Fall ist. neue Methode, die dabei angewandt wurde, besticht vor allem durch ihre Einfachheit und Eleganz. Die Metall- salze der Verbindungskomponenten Kobalt, Eisen und Gallium werden in Wasser gelöst. In dieser Lösung wer- den die Kohlenstoffnanoröhren bei moderaten Temperaturen behandelt

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016FLE XIB ILITÄT, INNOVATION & EINZIGARTIGER SERVICE DAS RADISSON BLU PARK HOTEL & CONFERENCE CENTRE, DRESDEN RADEBEUL, IST EINES DER GRÖSSTEN MEETING- UND EVENT-HOTELS DER REGION UND SOMIT DER IDEALE ORT FÜR VERANSTALTUNGEN, KONGRESSE, EVENTS UND KICK-OFF-MEETINGS IM GROSSEN UND KLEINEN STIL. VON FUNKTIONELLEN RÄUMEN UND MODERNSTER TECHNIK BIS HIN ZU EINEM ERFAHRENEN TEAM, DAS AUF IHRE INDIVIDUELLEN BEDÜRFNISSE EINGEHT – MACHEN SIE IHRE VERANSTALTUNG ZU ETWAS BESONDEREM MIT UNS. 4 9, 0 0 €TAGUNGS PAUSCHALE AB ÜBERNACHTUNG MIT FRÜHSTÜCK AB 75,00€ IHRE VORTEILE: • EINZIGARTIGE HOTEL ANL AGE MIT 574 ZIMMERN • 16 FLE XIBLE VER ANSTALTU NGSR ÄU ME VON 25M² B IS 1.10 0 M² • VOLLK LIMATISIERTE TAGU NGSR ÄU ME MIT TAGESLICHT • PK W BEFAHR BAR & EBENER DIG - AUTOPR ÄSENTATION MÖGLICH • LOB BYFOYER 1. 50 0 M2 FÜR PR ÄSENTATIONEN U ND AUSSTELLU NGEN • INKLUDIERTES INTERNET • 360 TIEFGAR AGENSTELLPL ÄT ZE • WELLNESSBEREICH 1.000M2 UND 25M SCHWIMMBAD • SEHR GUTE ANBINDUNG AN ÖFFENTLICHE VERKEHRSMITTEL, FLUGHAFEN (9KM) UND AUTOBAHN A4 RADISSON BLU PARK HOTEL & CONFERENCE CENTRE Nizzastrasse 55, 01445 Radebeul, Dresden T: +49 351 8321 0 F: +49 351 8321 404 [email protected] radissonblu.de/parkhotel-dresdenradebeul

58 – 59 PHYSTECH COATING TECHNOLOGY GMBH Abb. 1: Die Geschäftsführer Dr. Georg Strauss (links) und Dr. Stefan Schlichtherle Abb. 2: Beschichtungsanlagen12 Phystech Coating – Meisterstücke der PVD Dünnschichttechnologie Das Unternehmen In den folgenden Jahren wurden die funktioneller Eigenschaften: sie filtern Die Phystech Coating Technology Prozess- und Anlagentechnik kontinu- und reflektieren Licht, schützen und GmbH wurde 2003 als universitä- ierlich ausgebaut und auch die dafür veredeln Oberflächen, isolieren gegen rer Spin-Off des Instituts für Ionen- erforderlichen Betriebs-, Labor- und Hitze und Kälte oder leiten Strom und physik der Universität Innsbruck Büroräumlichkeiten geschaffen. unterstützen die Speicherung von gegründet. Die beiden Gründer Heute arbeitet das Unternehmen als Informationen. und heutigen Geschäftsführer, Entwickler und Beschichter im Bereich Dr. Georg Strauss und Dr. Stefan der Vakuum- und Dünnschichttech- Beschichtungstechnologien Schlichtherle, sind beide Absol- nologie für Kunden aus vielen Indus- und Analytik venten der Universität und waren triebereichen von der Optik, Tribolo- Die Aktivitäten des Unternehmens auch schon mit den Themen ihrer gie, Medizintechnik und Architektur sind in den Bereichen Technologien, Doktorarbeiten (Doktorvater: bis zur Verpackungs- und Halbleiter- Wissenschaft und Service gebündelt. Prof. Hans K. Pulker) auf dem industrie und setzt neue Standards Als Technologien stehen verschiede- Gebiet der Dünnschicht- und bei Entwicklung, Optimierung und ne PVD-Verfahren für Problemlösun- Plasmatechnik tätig. Prozesscharakterisierung. Die mit dem gen bereit, darunter verfügbaren Anlagenpark produzier- ■ MS Magnetron Sputtering: ten, zum Teil ultradünnen Schichten verleihen den beschichteten Werk- dc- und dc-pulsed stoffen und Bauteilen eine Vielzahl ■ ASD Arc Source Deposition: dc und dc-pulsed Kontakt Abb. 3: Arc Beschichtung PhysTech Coating Technology GmbH Knappenweg 34 A-6600 Pflach Tel.: +43 (0)676 7295330 offi[email protected] www.phystech-coating.com

PHYSTECH COATING TECHNOLOGY GMBH Abb. 5: Plasmamonitor PPM 421 25 Fotos: © Phystech Coating Technology GmbH■ RLVIP Reactive Low Voltage Ion Prozesscharakterisierung sowie Be- Gebiet der PVD Dünnschichttech- Plating schichtungs-, Material- und Target- nologie betrieben, Fachkenntnisse tests. Dafür stehen folgende Metho- im Rahmen von Lehrtätigkeiten an■ IAD Ion Assisted Deposition den und Einrichtungen zur Verfü- Universität und Fachhochschule ver-■ GFS Gasfluss Sputtering gung: mittelt und auch Schulungen und ■ Plasmamonitor-PPM421 (Inficon) Know-How-Transfer an KundenAuf Grundlage des verfügbaren An- ■ Optische Emissionsspektroskopie durchgeführt.lagenparks werden dünne Schichtenund Schichtsysteme entwickelt, (PlasCalc) Die Anwendungenoptimiert und appliziert, Prototypen ■ Faraday Cup System-MIEDA Nachfolgend werden die Aktivitätenentwickelt und auch Kleinserien des Unternehmens an ausgewähltengefertigt. Schichtcharakterisierung, (PhysTech) Beispielen kurz vorgestellt:Automatisierung und Visualisierung ■ Langmuir Probe Systemsowie das Schichtdesign mit maß- ᭤ Plasmaanalyse und Prozessopti-geschneiderter Anpassung an das (Scientific Instruments) mierung von DC und DC-ge-Anforderungsprofil spielen ebenfalls ■ Schichtanalytik (mit Partnern) pulsten Magnetron Sputteringeine wichtige Rolle. ■ Mobile Beschichtungseinrichtung Prozessen mit dielektrischen Target-Materialien.Zu den Serviceleistungen zählen die MoCoatPVD-Prozess- und Plasmaanalyse, die ■ Prozessdatenbank VizProc, VizCoat In dieser Arbeit wurden unterschied- liche sub-stöchiometrische Targetma- Im Bereich Wissenschaft werden terialien wie z. B. Nb2O5 oder Ta2O5 Forschung und Entwicklung auf dem auf ihre Prozesstauglichkeit unter- sucht, entscheidende Prozess- und Plasmadaten wie Beschichtungsrate, Prozessstabilität, Prozessfenster, Energieverteilung der Ionen, Ionen- stromdichten gemessen und mit den relevanten Schichteigenschaften wie Brechungsindex, Stress und optische Absorption verglichen und korreliert.Abb. 4: Magnetron-Sputtern

60 – 61 PHYSTECH COATING TECHNOLOGY GMBH 67 ᭤ Arc Source Deposition in DC und ᭤ Industrialisierung von Forschungs- Abb. 6: Sputteranlage mit Plasmamonitor DC-gepulsten Betrieb. ergebnissen. Abb. 7: Sekundärelektronenvervielfacher Untersuchung und Analyse eines Arc- Umsetzung von Forschungsergeb- zur Plasmaanalyse Source Prozesses im kontinuierlichen nissen in die industrielle Serie, z.B. DC Modus und im DC-gepulsten Mo- zur Steigerung der Effizienz, zur Ver- dus am Beispiel von Ti und Al/Ti besserung der Prozessstabilisierung Kathoden. Optimierung der Prozess- oder zur Erzielung von neuen bzw. parameter und Analyse des Prozess- verbesserten Schichteigenschaften. plasmas. Die Kunden ᭤ Test und Analyse von neuen Phystech bietet seine Leistungspa- Beschichtungsmaterialien. lette sowohl Unternehmen an, die Beschichtungsmaterialien, Beschich- Neue Materialien, wie z. B. Mischma- tungsquellen oder Beschichtungsan- terialien oder dielektrische Materia- lagen entwickeln, herstellen und ver- lien, werden auf ihre Prozesstaug- treiben als auch Unternehmen, die lichkeit getestet und die möglichen Dünnschichtsysteme entwickeln und Prozessparameter bzw. Prozessfenster Produkte beschichten. Ebenfalls Ein- ermittelt. Auf Basis dieser Informatio- richtungen, die wissenschaftliche Pro- nen können die Prozesstechnologien jekte durchführen, sowie lehrende auf die neuen Materialien angepasst, Einrichtungen für technische und optimiert und die Korrelationen zwi- naturwissenschaftliche Disziplinen schen Material-, Prozess- und Schicht- zählen zu den Kunden. eigenschaften hergestellt werden. Abb. 8: PVD Aufdampf- materialien – Titan

Geschäftsführung: PhysTech Coating Technology GmbHDr. Stefan Schlichtherle Knappenweg 34 I A-6600 PflachDr. Georg Strauss Tel.: +43 (0)664 2554847 (Strauss) Tel.: +43 (0)676 7295330 (Schlichtherle) offi[email protected] www.phystech-coating.com Masterpieces of PVD technologyServices Technologies Science PVD process and plasma PVD processes Research and developmenttechnologies – development & Evaporation, Sputtering, Arc activities in the field of PVD optimisation Source Deposition technologiesAnalysis and characterisation Process control, process Teaching at the university of of plasma assisted pvd automatisation and Innsbruck and applied technology visualisation universities Development of thin film Deposition of thin films Seminars, workshops and products and vacuum Characterisation of thin film know-how transfer in the systems field of thin film technology properties103-015-008_CS5.indd 1 27.04.16 09:44

62 – 63 IM BLICKPUNKT Polymerforschung Foto: Jürgen Jeibmann Foto: Jürgen Jeibmann Foto: Wolfgang Wittchen Foto: Emanuel Richter

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Vorstand Zielgruppen/Branchen (u.a.): ■ Mikro- und Nanoelektronik/SensorikWissenschaftliche Direktorin: ■ MedizintechnikProf. Dr. Brigitte Voit ■ Leichtbau ■ EnergietechnikKaufmännischer Direktor: ■ UmwelttechnikAchim von Dungern (Wasseraufbereitung)Leibniz-Institut Foto: Karin Wolffür PolymerforschungDresden e. V. Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. ▲Das Leibniz-Institut für Polymerfor- wissenschaftlichen Verständnisses Übergreifend fokussieren dieschung Dresden e. V. (IPF) ist eine der der notwendigen Techniken und Pro- Forschungsarbeiten am IPF auf viergrößten Polymerforschungseinrich- zesse sowie der zugrunde liegenden strategische Themen:tungen in Deutschland. Als Institut physikalischen Aspekte, um auf die- ᭤ Funktionale nanostrukturierteder Leibniz-Gemeinschaft ist es der ser Basis langfristig tragfähige Kon-anwendungsorientierten Grundlagen- zepte für eine technische Realisierung Grenzflächen und Polymersystemeforschung verpflichtet und erhält und Anwendung zu entwickeln. ᭤ Biologie-inspirierte Grenzflächen-seine Grundfinanzierung zu gleichenTeilen von Bund und Ländern. Die am Institut bearbeiteten Themen und Materialgestaltung sind stark zukunftsorientiert. Sie ᭤ Polymere Netzwerke: Struktur,Das IPF betreibt ganzheitliche Poly- beinhalten Material- Technologie-,mermaterialforschung von der Syn- und Systementwicklungen, die Theorie und Anwendungthese und Modifizierung polymerer essentiell für die Zukunftsfähigkeit ᭤ Prozessgeführte StrukturbildungMaterialien, über die Charakterisie- des Wirtschaftsstandorts Deutsch-rung, theoretische Durchdringung bis land und zur Sicherung von Lebens- polymerer Materialienhin zur Verarbeitung und Prüfung. standard, Lebensqualität und Nach- haltigkeit sind. Sie ermöglichen KontaktCharakteristisch für die Arbeiten am Innovationen z. B. in der Medizin,IPF ist das enge Zusammenwirken Verkehrs- und Energietechnik, sowie Leibniz-Institut für Polymerforschungvon Natur- und Ingenieurwissen- in der modernen Kommunikations- Dresden e.V. (IPF)schaftlern, denen eine umfangreiche technologie. Prof. Dr. B. Voitgerätetechnische Ausstattung bis hin Hohe Straße 6zu Kleintechnika für Werkstoff- und Das Institut gliedert sich in fünf D-01069 DresdenTechnologieentwicklungen unter Programmbereiche: Tel.: +49 (0)351 4658-0industrienahen Bedingungen zur ■ Makromolekulare Chemie Fax: +49 (0)351 4658-284Verfügung steht. [email protected] Prof. Dr. Brigitte Voit www.ipfdd.deSchwerpunktmäßig werden Mate- ■ Physikalische Chemie und Physikrialfragestellungen aus der realenAnwendung aufgegriffen, die über der Polymeregezielte Steuerung der Grenzflächen- Prof. Dr. Andreas Feryeigenschaften bzw. der Wechselwir- ■ Polymerwerkstoffekungen an der Grenz- und Ober- Prof. Dr. Gert Heinrichfläche gelöst werden können. Ziel ■ Biofunktionelle Polymermaterialienist das Erlangen eines tiefgehenden Prof. Dr. Carsten Werner ■ Theorie der Polymere Prof. Dr. Jens-Uwe Sommer

64 – 65 IM BLICKPUNKTFoto: Jürgen Jeibmann Strategische Themen der Forschung am IPF Funktionale nanostrukturierte Funktionalität und Morphologie in Eigenschaftskombinationen schaffen Grenzflächen und Polymer- hoch integrierte Bauteile und in lassen. Die resultierenden Entwick- systeme komplexe Materialverbunde einge- lungen liefern Lösungsansätze für Hochintegrierte neue Technologien, baut werden können. Die Nutzung zentrale globale Herausforderungen z.B. für Kommunikation, Medizin von einzelnen Makromolekülen als wie Gesundheit und Energie- und und Energieerzeugung und -speiche- nanoskalige Funktionselemente erfor- Ressourceneffizienz. rung erfordern Materialien mit neu- dert neben der genauen Anpassung artigen, genau definierten Eigen- der Chemie und Architektur eine Um seine Kompetenzen in Theorie, schaften und optimal angepassten exakte Steuerung der Positionierung Synthese, Grenzflächengestaltung Funktionalitäten. Funktionale nano- und Manipulation der Einzelmoleküle und Verarbeitung von Polymeren strukturierte Polymere besitzen hier- auf nanoskopischer Ebene sowie die für Biologie-inspirierte Werkstoff- für ein hohes Potential, das am IPF Integration dieser Nanoelemente in entwicklung wirksam werden zu durch die Entwicklung von Funktions- makroskopische Systeme und Bauteile. lassen, hat das IPF gemeinsam mit polymeren und nanostrukturierten Für die dazugehörige chemische und der Technischen Universität Dres- (Hybrid-)Materialien erschlossen wer- strukturelle Analyse werden mo- den das Max-Bergmann-Zentrum den soll. Gezielt wird auf die exakte dernste Charakterisierungstechniken für Biomaterialien Dresden (MBC) Einstellung der Architektur, Funk- genutzt. etabliert. Das MBC verfolgt einen tionalität, Selbstorganisation und interdisziplinären Forschungsansatz Nanostruktur von Polymeren über Biologie-inspirierte Grenzflächen- und kooperiert eng mit den Dresdner neue und verbesserte Synthesestrate- und Materialgestaltung Zentren für Regenerative Therapien gien, aber auch durch die Steuerung Mit dem Erkenntnisgewinn der (CRTD) und Molekulare Bioingeni- der physikalischen Wechselwirkun- molekularen Lebenswissenschaften, eurswissenschaft (B CUBE). gen und Grenzflächeneigenschaften insbesondere auf den Gebieten der sowie auf ein besseres Verständnis Zellbiologie, Genetik, Entwicklungs- Anwendungsperspektiven dieser der Zusammenhänge zwischen und Systembiologie stehen der Forschung liegen in der Medizin- molekularer Struktur, Nanomorpho- Polymerforschung heute Möglich- technik, vor allem bei regenerativen logie, Grenzflächenfunktionalität und keiten für die Biologie-inspirierte Therapien, sowie in nicht-medizi- den makroskopischen Material- und Gestaltung funktioneller Materialien nischen Technologien in Sensorik, Gebrauchseigenschaften. zur Verfügung, die an das archaische Oberflächen- und Umwelttechnik, Prinzip des Lernens von der Natur wo neuartige biomimetische Ma- Für eine Funktionsintegration wird anknüpfen, jedoch durch die Nut- terialien mit kontrollierter Bioadhä- sichergestellt, dass die Materialien zung molekularer Funktionseinheiten sion, Gleitreibung oder Adaptions- reproduzierbar, langzeitstabil in ihrer bisher unerreichte Materialcharak- und Selbstheilungseigenschaften Funktion, umweltverträglich und teristika in synthetischen Systemen innovative neue Lösungsansätze kostengünstig in der gewünschten nachempfinden und völlig neue eröffnen.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 Foto: Jürgen JeibmannPolymere Netzwerke: Struktur, ständnis der Beziehungen zwischen am komplexen Bauteil – erlaubenTheorie und Anwendung molekularer und übermolekularer Innovationen besonders für dieDurch Vernetzungsprozesse werden Struktur, der Topologie und den Energie- und Umwelttechnik sowieFormstabilität und Festkörpereigen- Eigenschaften in vernetzten Poly- für Leichtbautechnologien.schaften, wie reversibles Deforma- mersystemen, vor allem solchen,tions- und Quellungsverhalten, auf die unter geometrischen Einschrän- In einem sehr praxisnahen Ansatzweiche Polymermaterialien über- kungen (z.B. Polymerfilme) oder in werden für die Optimierung undtragen. selbstorganisierten, mehrkompo- Maßschneiderung von Materialei- nentigen Polymersystemen gebil- genschaften Strukturbildungspro-Im Zusammenspiel mit strukturieren- det werden. Über die Erarbeitung zesse direkt im Werkstoffherstel-den Präparations- oder Selbstorga- theoretischer und analytischer Mo- lungsprozess genutzt. Erforschtnisationsprozessen werden Vernet- delle werden Grundlagen für neue und umgesetzt wird das z.B. fürzungsprozesse beispielsweise für die Funktions- und Konstruktionswerk- reaktiven Spritzguss bei Thermo-Stabilisierung von nanostrukturier- stoffe geschaffen, diese experimen- plasten, reaktive Mischverfahren beiten Materialien, zur Steuerung der tell getestet und charakterisiert und Elastomeren, Modifizierung mittelsEigenschaften von Kompositmate- für Anwendungen entsprechend Energieeintrag über Elektronen wäh-rialien oder zur Erzeugung von Trä- weiterentwickelt. rend der Verarbeitung, für chemischgermaterialien in biologisch aktiven initiierte Dispergierungsstrategien beiSystemen eingesetzt. Gequollene Prozessgeführte Strukturbildung Nanokompositen, und für gezieltepolymere Netzwerke (Gele) erlangen polymerer Materialien Strukturbildung, Stabilisierung undinsbesondere für biomedizinische Die enge Verknüpfung von natur- Lokalisierung von Nanofüllstoffen inAnwendungen sowie bei Smart Ma- wissenschaftlicher und ingenieur- mehrphasigen Polymerblends undterials für die Aktorik, Sensorik und wissenschaftlicher Kompetenz am -verbundwerkstoffen.Mikrofluidik/Mikrosystemtechnik IPF bietet hervorragende Voraus-eine zunehmende Bedeutung. Als setzungen für die Entwicklung Die wissenschaftlichen Herausfor-Konstruktionswerkstoffe, unter an- von polymeren Funktions- und derungen erstrecken sich dabei vonderem für energieeffiziente Leicht- Mehrkomponentenwerkstoffen für neuen verfahrenstechnischen An-bau- und Mobilitätstechnologien, Maschinen-, Anlagen- und Fahr- sätzen, über neue werkstofflichesind vernetzte Polymere in Form von zeugbau sowie die dazugehörigen Konzepte unter Einbeziehung multi-elastomeren Werkstoffen und Werk- Verarbeitungstechnologien. Kom- funktionstragender Nanofüllstoffe,stoffverbunden unverzichtbar. plexe Herangehensweisen und enge anzupassende Charakterisierungs- Abstimmung werkstofftechnischer, methoden bis hin zu neuen ange-Die Arbeiten zu polymeren Netzwer- naturwissenschaftlich geprägter und passten physikalischen Modellen,ken am IPF zielen auf den Abbau prozesstechnischer Schnittstellen – u.a. zu polymervermittelten Füll-von bestehenden Defiziten im Ver- vom Molekül bis zum Werkstoff stoffwechselwirkungen.

66 – 67 IM BLICKPUNKT Abb. 1: Gedruckte OFETs (Foto: Wolfgang Wittchen) Aktuelle Ergebnisse/Highlights aus dem IPF Polymere für Elektronik gen, wie z.B. Transistoren, Solarzel- verfügbaren Halbleiter-Polymeren. Neue maßgeschneiderte Polymere len oder organischen lichtemittie- Eine weitere Steigerung um nochmals sind der Schlüssel für wesentliche renden Dioden, ist das Design von den Faktor 10 ist Ziel künftiger For- Innovationen in der Mikro- und neuen Polymerstrukturen nötig, die schungsarbeiten, um das Leistungsni- Nanoelektronik. Zum einen ist das möglichst einfach zu synthetisieren veau weiter an das der siliziumbasier- der Tatsache geschuldet, dass die sind und eine höhere Leistungsfähig- ten Halbleiter anzunähern. Gelungen siliziumbasierte Elektronik an ihre keit aufweisen. ist es mit den Diketopyrrolopyrrolen physikalischen Grenzen gelangt, zum bereits, ein anderes Hindernis für den anderen sind elektronische Bauele- Eingebunden in das Exzellenzcluster Durchbruch der organischen Elek- mente aus Kunststoffen ökonomisch Centre for Advancing Electronics tronik aus dem Weg zu räumen, das und technologisch attraktiv, da sie Dresden (cfaed), haben Forscher aus bisher in mangelnder Langzeitstabilität sich deutlich kostengünstiger her- dem IPF hierzu bereits vielverspre- bestand. Die Alterung durch Einfluss stellen lassen, z.B. über herkömmli- chende Ergebnisse vorgelegt. Sie von Licht und Luft konnte nahezu che Folien-Drucktechniken, und als synthetisierten Diketopyrrolopyrrole, ausgeschaltet werden. (Abb.1) leichte und flexible Folien variabel in deren Ladungsmobilität – und damit Systeme integrierbar sind. Für ihren die Schaltgeschwindigkeit – um das Prof. Dr. Brigitte Voit Einsatz in immer mehr Anwendun- Zehnfache höher ist als bei bisher [email protected] Robuste wasser- und ölabwei- Wassertropfen abperlen, sondern erschlossen werden können, bei sende Polymermembranen weist auch ölige Substanzen ab und denen besonders die Benetzung Ein Ergebnis der Forschung zu biomi- hält Mikroorganismen effektiv fern. mit öligen Flüssigkeiten kritisch ist. metischen Materialien sind robuste, Zudem ist diese Haut viel robuster Ausgangspunkt waren Untersuchun- wasser- und ölabweisende Polymer- gegenüber Abrieb als pflanzliche gen der Benetzungseigenschaften, membranen nach dem Vorbild der Oberflächen. der Nano- und Mikrostruktur und der Hautstrukturen von Springschwän- chemischen Zusammensetzung der zen (Collembola), einer weltweit Die Aufklärung der abweisenden Springschwanzhaut bei mehr als 35 vorkommende Gliederfüßer-Gattung. Eigenschaften der Springschwanzhaut Springschwanz-Arten. Die Ergebnisse Die Haut dieser nur millimetergroßen, lieferte Forschern am IPF die Idee für dieser Analysen wie auch von Simula- über die Haut atmenden Tiere lässt eine neuartige Polymermembran, mit tionen zeigten, dass die beobachteten nicht nur – wie beim sogenannten der Lebensdauer und Zuverlässig- Effekte ausschließlich auf der mar- Lotoseffekt schon weithin bekannt keit nicht-benetzender Oberflächen kanten Oberflächenstruktur der Haut und bereits technologisch genutzt – verbessert und neue Anwendungen beruhen: Eine nanoskopische Waben-

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 Abb. 2: Elektronenmikros- kopische Aufnahmen ab a) der Wasser- und ölabwei- senden Hautoberfläche eines Springschwanzes (Folsomia candida – Collembola) b) der omniphoben Polymer- membran nach Vorbild des Springschwanzesstruktur mit charakteristischen Über- Literatur Kooperation: Technische Universität Dresden,hängen innerhalb der Waben wurde Institute für Botanik und Angewandteals Ursache für die faszinierenden Hensel R., Neinhuis C., Werner C.: Mathematik, Senckenberg Museum fürBenetzungsresistenz identifiziert und The springtail cuticle as a blueprint for Naturkunde Görlitzschließlich mit Hilfe eines speziellen omniphobic surfaces. Chem Soc Rev. 2015lithographischen Verfahrens auf Basis Aug 4., [Epub ahead of print],synthetischer Polymere nachgebildet. DOI: 10.1039/c5cs00438a.Mit der Methode können freistehendeund flexible Polymermembranen her- Hensel R., Finn A., Helbig R., Braun H.G.,gestellt werden, die sich zur Beschich- Neinhuis C., Fischer W.J., Werner C.:tung von Oberflächen verschiedenster Biologically inspired omniphobic surfacesArt, Form und Größe eignen und so by reverse imprint lithography.interessante Anwendungsmöglich- Adv Mater. 2014 Apr 2; 26(13): 2029-33.keiten eröffnen. (Abb.2) doi: 10.1002/adma.201305408. Epub 2013 Dec 23.Prof. Dr. Carsten [email protected] Elastomere Einbindung einer stickstoffhaltigen mis nach seiner Selbstheilung nurVon den Arbeiten zu innovativen ionischen Flüssigkeit so modifiziert, marginal. Kleinere BeschädigungenGummiwerkstoffen ist – neben u.a. dass das Material einen Riss oder sind bereits innerhalb von nur einerumweltfreundlichem zinkoxidarmen, ein Loch selbst wieder verschließen Stunde ausgeheilt; Ausheilzeiten vonleitfähigem oder hochtemperaturbe- kann, indem sich die Kautschukmo- mehreren Tagen führen zu weiterständigem Gummi – in jüngster Zeit lekülketten durch Neubildung ioni- verbesserter Leistungsfähigkeit. Sodie Entwicklung von selbstheilendem scher Cluster selbstständig wieder erreichen die selbstheilenden Gum-Gummi herauszustellen. Kommerziell neu verknüpfen. Dies erfolgt, ohne mis nach einer Woche Ausheilungverfügbarer Butylkautschuk, wie er dass das Material dazu erhitzt oder eine Reißfestigkeit, die neunmal sobei der Herstellung von Autorei- verklebt werden muss, Erwärmung hoch ist wie die, bei denen normalefen zum Einsatz kommt, wurde in beschleunigt aber den Prozess. Autoreifen platzen. Im Vergleich zueiner interdisziplinären Kooperation konventionell schwefelvernetztenzwischen Werkstoffwissenschaft- Erstaunlicherweise verschlechtern Elastomeren weisen die selbstheilen-lern und Chemikern durch die sich die Eigenschaften des Gum- den Gummis eine um bis zu 100mal

68 – 69 IM BLICKPUNKTFoto: DGM kleinere Rissausbreitungsgeschwin- den Kollegen am Institut Modelle Literatur digkeit unter dynamischer Belastung entwickelt, die ein besseres Ver- auf. Für die Praxis bedeutet das eine ständnis der Selbstheilungsphäno- Das, A. et al.: ACS Applied um bis zu 100fach erhöhte Lebens- mene ermöglichen sollen. (Abb.3) Materials & Interfaces 7 (2015) dauer eines dynamisch belasteten 20623-20630. Gummiteils. Gegenwärtig werden Prof. Dr. Gert Heinrich zusammen mit theoretisch arbeiten- [email protected] Abb. 3: Schematische Darstellung der Selbstheilung durch Reformierung von Ionenclustern in Gummi-Netzwerk. Eine Probe des mit Imidazolium modifizier- ten Brombutylkautschuks wurde in zwei Stücke geschnitten. Nach dem Zusammen- fügen und 18 Stunden Heilungszeit wurde die Probe zum Bruch gestreckt.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Grenzschichtdesign beim Effekte an dort eingebetteten Gold- mikroskopische Versagensbeobach-Spritzgießen Nanopartikeln in Kombination mit tungen spritzgießinduzierter Grenz-Der Wachstumsmarkt für Werkstoff- der FTIR-Imaging-Technik. schichten in teilkristallinen Thermo-hybride erfordert die Entwicklung plasten (Dünnschnittpräparat).neuer stofflicher Haftverbunde Da selbst etablierte Prüfverfahrenund effektiver Fügeverfahren. Am nur begrenzte Aussagen zum Versa- Die ganzheitlichen Erkenntnisse zurIPF gelang dafür ein neues Grenz- gensverhalten der Verbunde bieten Grenzschichtbildung und -morpho-schichtdesign, das entweder gezielt und genormte Methoden zur Ermitt- logie sowie zum Versagensverhaltenmit der Prozessführung (Abb. 4), lung vergleichbarer Daten oft noch erlauben nun die Entwicklung neuerlokaler Funktionalisierung (Abb. 5) fehlen, wurde die Prüfmethodik für belastungsoptimierter Thermoplast-oder durch direkte Verknüpfung Hart-Weich-Verbunde weiterentwi- Werkstoffverbunde.von chemischen Reaktionen mit ckelt und mit Anwendern dafür eineklassischen Formgebungsprozessen neue VDI-Richtlinie erarbeitet. Weiter Dr. Ines Kühnertumgesetzt wird. entstand eine Prüfmethode für [email protected] wurde die Schmelzewärme beim Abb. 4: Prozessgeführtes Grenzschicht- Abb. 5: Funktionalisiertes Grenzschicht-Thermoplastspritzgießen für in-situ design in spritzgegossenem Polyethylen- design mit Goldnanopartikeln zwischenOberflächenmodifizierungen von Verbund (PEHD), polarisationsoptische Polycarbonat(PC)-Polyvinylamin(PVAm).sonst inaktiven Kunststoffoberflä- Mikroskopieaufnahme.chen genutzt, um in Lackier-, Ver- Dr. Cordelia Zimmerer, [email protected] und Metallisierungsschritten Dr.-Ing. Ines Kühnert, [email protected] weitere Stoffe anzukoppeln.Ferner sind neue stoffschlüssigeKunststoff-Metall-Verbunde mit sehrhohen Verbundfestigkeiten ent-standen, die auf mehrstufig reagie-renden Pulverlackbeschichtungenbasieren.Die molekulare Charakterisierungder nur wenige Nanometer umfas-senden Grenzschichten ermöglichteine gezielte Manipulierung desHaftverbundes und erfolgt durchdie Nutzung nichtlinearer optischer

70 – 71 IM BLICKPUNKT Leichtbau und Kunststofftechnik

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016ILK-Vorstand: Zielgruppen/Branchen:Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude ■ Fahrzeugbau ■ VerkehrstechnikProfessur für Leichtbaudesign und Strukturbewertung ■ Maschinen- und Anlagenbau ■ ElektromobilitätProf. Dr.-Ing. Niels Modler ■ Luft- und Raumfahrt ■ VerfahrenstechnikProfessur für Funktionsintegrativen Leichtbau ■ Medizintechnik ■ Energie- und UmwelttechnikProf. Dr. rer. nat. Hubert JägerProfessur für Systemleichtbau und MischbauweisenProf. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h.Dr. h.c. Werner HufenbachSeniorprofessur Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) ▲„Excellence in Lightweight Konstruktion, Simulation, Fertigung, rer. nat. Hubert Jäger (ProfessurDesign“ Prototypentests, Qualitätssicherung für Systemleichtbau und Mischbau-Das Institut für Leichtbau und Kunst- und Kosten. weisen), Prof. Dr.-Ing Niels Modlerstofftechnik (ILK) der Technischen (Professur für FunktionsintegrativenUniversität Dresden arbeitet seit mehr Das Team des ILK ist fachlich und Leichtbau) sowie Prof. Dr.-Ing. habil.als zwanzig Jahren auf dem Gebiet personell breit aufgestellt: Ingenieure Prof. E.h. Dr. h.c. Werner Hufenbachdes „Funktionsintegrativen System- (aus Maschinenbau, Werkstoffwissen- (Seniorprofessur).leichtbaus im Multi-Material-Design“. schaften, Elektrotechnik, Bauinge-Dabei ist es eingebettet im Wirt- nieurwesen), Technomathematiker, Mit Prof. Gude und Prof. Modlerschafts- und Wissenschaftsstandort Informatiker, Physiker und Wirt- wurden zwei erfahrene WissenschaftlerDresden, der optimale Bedingungen schaftsingenieure sowie technische berufen, die aus der wissenschaft-für innovative und zukunftsweisende Angestellte und wissenschaftliche lichen Nachwuchsförderung desForschung und Entwicklung bietet. Mitarbeiter, außerdem studentische Hauses hervorgegangen sind. Ergänzt Hilfskräfte. Diese rekrutieren sich wurde das Team auf dem neu einge-Am Institut für Leichtbau und Kunst- insbesondere aus der unikalen Stu- richteten Lehrstuhl für Systemleicht-stofftechnik (ILK) der TU Dresden dienrichtung Leichtbau mit rund 80 bau und Mischbauweisen durcharbeiten 240 Mitarbeiter branchen- Absolventen pro Jahr. Prof. Jäger, der als ehemaliger Leiterübergreifend – etwa für die Luft- und der Konzernforschung der SGL GroupRaumfahrt, den Fahrzeugbau sowie Eine neue Generation für den und als einer der führenden Indus-den Maschinen- und Anlagenbau – Leichtbaustandort Dresden trievertreter im Bereich Leichtbauan umfangreichen Forschungs- und Als im September 2014 der Gründer seine praktischen Erfahrungen ein-Entwicklungsaufgaben auf dem des Institutes und langjährige Leiter fließen lassen wird.Gebiet beanspruchungsgerechter des Forschungs- und LehrstandortesLeichtbaustrukturen und -systeme. Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr. h.c. KontaktGrundlage ist dabei das 1995 kreierte Werner Hufenbach eine Seniorpro-Dresdner Modell mit der Leitidee fessur annahm, wurden für seine Technische Universität Dresden„Funktionsintegrativer Systemleicht- Nachfolge von der TU Dresden drei Institut für Leichtbau und Kunststofftechnikbau in Multi-Material-Design“. Mit international anerkannte und fachlich Holbeinstraße 3 I D-01307 Dresdenseinem material- und produktüber- hochqualifizierte Wissenschaftler auf Tel.: +49 (0)351 463-37915greifenden systemischen Ansatz ist die Lehrstühle des Institutes berufen. Fax: +49 (0)351 463-38143es Messlatte und Vorreiter für andere Damit wird das ILK nunmehr von [email protected] und für die einem vierköpfigen Führungsteam www.tu-dresden.de/mw/ilkHightech-Industrie. Das Dresdner Mo- geleitet: Prof. Dr.-Ing. habil. Maikdell umfasst durchgängig die gesam- Gude (Professur für Leichtbaudesignte Wertschöpfungskette: Werkstoff, und Strukturbewertung), Prof. Dr.

72 – 73 IM BLICKPUNKTFoto: Rolls-Royce Forschungsschwerpunkte Die Kernkompetenz des ILK- Für die Überführung von Leichtbau- serienfähiger Prozessketten und be- Teams liegt im Entwickeln, Innovationen in die industrielle lastbarer Prozesssimulationen eine Auslegen und Optimieren von Anwendung sowie für die Serien- serienproduktionsgerechte Verar- Komponenten und Systemen des produktion arbeitet das ILK eng mit beitung von Hochleistungswerkstof- Hochleistungsleichtbaus sowie den Partnern Leichtbau-Zentrum fen im Multi-Material-Design. Der der prototypischen Fertigung, Sachsen (LZS) GmbH und Leichtbau- Anspruch dabei ist, die Faserver- wobei gemäß dem Dresdner Systemtechnologien KORROPOL (LSK) bundfertigung und konventionelle Modell die Mischbauweise eine GmbH zusammen. additive Fertigung zu einem Prozess zentrale Stellung einnimmt. Je zu verknüpfen. nach Anforderung werden alle Generative Fertigung zur inter- Werkstoffklassen vom Stahl über national führenden Technologie Die additive Fertigungstechnologie Aluminium, Magnesium, Titan entwickeln bietet eine Vielzahl von Möglich- und Kunststoff bis hin zur Kera- Im Fokus der Forschungsaktivitäten keiten, neuartige Produkte effizient mik entsprechend ihrem kon- am ILK steht der gezielte Einsatz von und mit hoher Gestaltungsfreiheit struktiv-technologischen Eigen- Hochleistungswerkstoffen und deren herzustellen. Hochindividualisierte schaftsprofil ebenso einbezogen synergetische Verbindung für einen und komplexe Bauteile können durch wie Composites mit Kurzfaser-, ressourcenschonenden und kosten- den charakteristischen schichtweisen Endlosfaser- oder Textilverstär- effizienten Multi-Material-Leichtbau. Aufbau automatisiert und reprodu- kung. Mit dem über die Professur für Funk- zierbar gefertigt werden. Additive tionsintegrativen Leichtbau einge- Fertigungsverfahren bieten durch die Die Grundlagenkompetenz des Insti- richteten „Innovationslabor für gene- nahezu grenzenlose Formfreiheit ein tuts spiegelt sich in einer Vielzahl un- rative Fertigung“ entwickeln die großes Potential für den Leichtbau. terschiedlicher interdisziplinärer Ver- Wissenschaftler die generative Ferti- Das Schmelzschicht-Verfahren (Fused bundforschungsvorhaben wider, bei gung als Verbindung von bionischen Deposition Modeling – FDM) gehört denen das ILK als Initiator und Spre- Verstärkungsstrukturen, Multi-Mate- dabei zu den erfolgreichsten Ver- cher fungiert. Die aus den Grundla- rial-Design und maßgeschneiderten fahrensvarianten. Die strukturellen genuntersuchungen gewonnenen Faserverbundtechnologie zur inter- Eigenschaften hergestellter Kompo- Erkenntnisse fließen in die Entwick- national führenden Technologie für nenten sind durch den Einsatz von lung innovativer Leichtbaustrukturen Mehrschichtverbundstrukturen in unverstärkten Thermoplasten bisher und zugehöriger Fertigungsprozesse Multi-Material-Design mit beanspru- jedoch begrenzt. Für die Anwendung bis hin zur Serienreife ein. Dies findet chungsgerechter 3D-Faserverstärkung. von endlosfaserverstärkten Ther- seinen Niederschlag in einer äußerst moplasten im 3D-Druck-Verfahren erfolgreichen Drittmitteleinwer- Die Forschung und Entwicklung im wurde am ILK im Innovationslabor bung und zeigt sich in langjährigen Bereich generativer Fertigung ermög- ein Druckkopf entwickelt, der die Industrie-Kooperationen. licht mittels neuartiger Anlagen, spezifischen Verarbeitungseigen-

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016 Foto: Rolls-Royce, TUD/ILKschaften und -anforderungen von ■ Werkstoffmechanische und werk- von Leichtbauwerkstoffen und struk-Faserverbunden berücksichtigt. Der stoffphysikalische Laboratorien, turen ein.neuartige Druckkopf ist in der Lage,erstmals kommerzielle Hybridgarne ■ CAE-Schulungs- und Entwick- In den letzten zwei Jahren erwei-im 3D-Druck zu verarbeiten und lungszentrum, terte das Institut seine Ausstattungdreidimensionale Objekte mit hohem stetig, um die immer komplexerenFaservolumengehalt zu erzeugen. ■ Technologiehallen, und anwendungsnahen Projekte ■ Innovationslabor für generative erfolgreich umsetzen zu können. SoDas ILK erweitert das Innovationsla- wurde beispielsweise neben einembor für generative Fertigung stetig. Fertigung Integralschäum-Mischkopf undSo sind die Wissenschaftler mit einer ■ 3D-Labor einer Arburg-Spritzgieß-Anlage mitneuen multifunktionalen Preforming- ■ Hochgeschwindigkeits-Prüfkom- 500 t Schließkraft die AusstattungAnlage zukünftig in der Lage, kom- zusätzlich um leistungsfähige Poly-plexe räumliche Strukturen aus endlos- plex mit Fallturm, mer- und Metalldrucker ergänzt. Mitfaserverstärkten Thermoplasten herzu- ■ Prüffeld für Prototypen. den Polymerdruckern ist neben derstellen. Die Anlage ermöglicht eine Verarbeitung von Standardpolymerenschnelle Ablage mehrerer faserver- Als Beispiele für die serienorientierte auch die Verarbeitung von gefülltenstärkter Thermoplast-Tapes, die indi- Ausstattung des ILK können die Lang- Polymeren und Hochleistungswerk-viduell, belastungsgerecht und end- faser-Injektions-(LFI-) Anlage mit stoffen, wie beispielsweise endlosfa-konturnah auf räumlichen Strukturen Werkzeugformenträger, die Zwei- serverstärkte Thermoplaste, möglich.abgelegt werden können. Ein Ziel der Komponenten-Spritzgießanlage mitILK-Forscher ist etwa die verschnitt- 2300 t Schließkraft und die Hoch- Lehrefreie Herstellung eines kompletten geschwindigkeits-Radialflechtanlage Das ILK bildet Studierende seit fastKarosserie-Seitenteils – inklusive der mit variablem Flechtauge genannt 15 Jahren in der unikalen Studien-Anbindungselemente für Gurte, Schar- werden. richtung Leichtbau aus. Grundlageniere oder Fenster sowie Funktionsele- ist auch hier das Dresdner Modell.menten wie Lautsprechern oder Be- Ergänzt werden die Fertigungseinrich- Die aktuellen Forschungsergebnisseleuchtung – in einem Fertigungsschritt. tungen am ILK durch ein modernes des ILK fließen unmittelbar in die Prüflabor mit einem Prüfkomplex zur Lehre ein. Darüber hinaus erhaltenAusstattung Computertomographie von Verbund- die Studierenden durch zusätzlicheDas ILK verfügt über eine moderne werkstoffen und -strukturen. Hiermit Ringvorlesungen von einschlägigund umfassende Ausstattung zur ist erstmals die Erstellung von In-situ- ausgewiesenen Vertretern derUmsetzung des Dresdner Modells. Tomogrammen von Probekörpern Industrie frühzeitig Einblicke in dieDazu zählen folgende übergeordnete sowie Strukturkomponenten unter Praxis. Die intensive Einbindung derEinrichtungen: gleichzeitiger mehrachsiger Belastung Studierenden in zukunftsträchtige möglich. Mit seiner CT-Ausstattung nimmt das ILK auch im internatio- nalen Vergleich eine führende Rolle bei der Erforschung und Entwicklung

74 – 75 IM BLICKPUNKT Forschungsprojekte des ILK führt zur ausgewiesene Kompetenz des ILK in große Vielfalt textiler Verfahren und Heranbildung kreativer Absolventen diesem Anwendungszweig, die unter Strukturen, die zahlreichen Möglich- mit hoher Kompetenz und Interdiszi- anderen auch bei der Forschungsar- keiten der Funktionsintegration, die plinarität sowie hohem Praxisbezug. beit im Sonderforschungsbereich 639 wirtschaftliche und reproduzierbare Die Absolventen der Dresdner Leicht- zur Anwendung kam. Fertigung, die Serientauglichkeit bauschule bewähren sich bestens in sowie durch ihre Recyclingfähigkeit Wirtschaft und Wissenschaft. DFG-Sonderforschungsbereich aus. Das bisher noch ungenutzte SFB 639 Potential der HGTT-Verbunde wird Ausgewählte Highlights am ILK Bei der Entwicklung von textilverstärk- daher nach den gewonnenen ten Verbundbauteilen für komplexe Erkenntnissen aus dem SFB für künf- Ultra-Leichtbau durch neue ganz- Anwendungen sind die Verstärkung tige Leichtbauanwendungen in den heitliche Automobilkonzepte und die Bauteilstruktur optimal an- unterschiedlichsten Branchen eine Am ILK forschten Wissenschaftler ge- einander anzupassen, was zwangs- besondere Bedeutung zugesprochen. meinsam mit Experten der Leichtbau- läufig eine enge Verzahnung der Zentrum Sachsen GmbH (LZS) und Gestaltungsprozesse von Werkstoff Ende 2015 fand der Sonderfor- der ThyssenKrupp AG im Projekt und Bauteil nach sich zieht. Im schungsbereich seinen erfolgreichen ALIEN an einem viersitzigen Elektro- Mittelpunkt der Forschungsarbeiten Abschluss. Die resultierenden Erkennt- fahrzeug InEco® für den metrourba- des 2004 eingerichteten (SFB) 639 nisse und entwickelten Technologien nen Raum. Bei einem Gesamtgewicht „Textilverstärkte Verbundkomponen- aus zwölf Jahren Forschung flossen von nur 900 Kilogramm – einschließ- ten für funktionsintegrierende Misch- in den generischen Demonstrator lich aller Komponenten sowie der bauweisen bei komplexen Leicht- „Funktionsintegrativer Fahrzeugsys- Batterie – vereint das Forschungs- bauanwendungen“ steht daher die temträger“ (FiF) ein. Eine hochinte- fahrzeug sportives Fahrvergnügen durchgängige Untersuchung des grative Fahrzeugstruktur, bestehend mit umweltverträglicher Nutzung gesamten Entwicklungsprozesses aus lediglich zwei tragenden Syste- sowie kostenattraktive Bauweisen von Leichtbaustrukturen in Misch- men – der Fahrzeugkabine und der mit elegantem Aussehen. Im Rahmen bauweise mit Textilverbunden. Tragstruktur, an der Fahrwerk und des InEco®-Projekts wurde nach ei- Antrieb angebunden sind – sorgt nem neuartigen, zukunftsorientierten In den fünf Projektbereichen des SFB für einen hohen Leichtbaugrad bei und nachhaltigen Fahrzeugansatz wurden neuartige Textilverbunde mit gleichzeitig minimalem Fertigungs- gesucht. Das Ergebnis dieser Heran- thermoplastischen Matrixsystemen aufwand. Die Anzahl der Bauteile für gehensweise ist ein generisches Pro- erforscht. Unter diesen textilverstärk- die gesamte tragende Fahrzeugstruk- jektfahrzeug in integraler Mischbau- ten Verbundwerkstoffen bietet be- tur wurde auf sechs hochintegrierte weise. So konnte die Anzahl der Fahr- sonders die noch junge Werkstoff- Bauteile reduziert. Darüber hinaus zeugkomponenten deutlich reduziert gruppe der Hybridgarn-Textil-Thermo- demonstrieren die SFB-Wissenschaft- und das Leichtbaupotenzial in hohem plast-(HGTT-)Verbunde viele Vorteile ler im FiF die Integration einer Viel- Maße ausgenutzt werden. gegenüber konventionellen Materi- zahl struktureller, elektrischer und alien. HGTT-Verbunde zeichnen sich adaptiver Funktionen. Das gesamte Die dabei gewonnenen Erkenntnisse unter anderem durch hohe Festigkeit Fahrzeug ist durchsetzt mit einem für den Leichtbau im Fahrzeugbe- und Steifigkeit bei gleichzeitig gerin- werkstoffeingebetteten Sensornetz- reich bilden die Grundlage für die ger Masse, die einstellbaren Dämp- werk, das die Datenkommunikation fungs- und Crasheigenschaften, die im Demonstrator übernimmt und

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Informationen – beispielsweise zum von derzeit mehr als 70 Partnern Leichtbau in Kraftfahrzeugen. Insbe-lokalen Werkstoffzustand – emp- aus Wissenschaft und Wirtschaft sondere durch Multi-Material-Designfängt, verarbeitet und an Bediener- in sieben Vorhaben. Übergreifende in Verbindung mit ressourceneffi-schnittstellen weiterleitet. Zielstellung ist dabei die systemische zienten Fertigungstechnologien Betrachtung der Prozess- und Wert- eröffnen sich große Chancen fürFOREL – Forschungs- und Techno- schöpfungsnetzwerke für die Herstel- hochintegrative Bauteil- und System-logiezentrum für ressourceneffi- lung von Elektrofahrzeugstrukturen. lösungen. Die FOREL-Studie zeigtziente Leichtbaustrukturen der FOREL bietet so die Möglichkeit, hier F&E-Aktivitäten und -ThemenElektromobilität Projekte gezielt dort anzusetzen, auf, die sowohl einen kurzfristigenFür die Umsetzung des zukunftswei- wo Sprunginnovationen mit großer Wissens- und Technologietransfersenden Ziels der Bundesregierung, Hebelwirkung für die deutsche erwarten lassen als auch mittel- undDeutschland bis zum Jahr 2020 als Industrie erwartet werden. langfristig angelegte AnstrengungenLeitmarkt mit einer Million Elektro- von Wissenschaft, Wirtschaft undfahrzeugen und gleichzeitig als Leit- Mitte 2015 wurde die FOREL-Studie Politik erfordern.anbieter für nachhaltige Elektromo- „Chancen und Herausforderungenbilität zu etablieren, bedarf es großer im ressourceneffizienten Leichtbau So sind etwa 97 Prozent der befrag-Kraftanstrengungen von Wissen- für die Elektromobilität“ vorgestellt. ten Teilnehmer überzeugt, dass dieschaft und Wirtschaft. Derzeit belegt In diese Studie flossen Antworten Werkstoffvielfalt in Elektrofahrzeu-Deutschland zwar einen Spitzenplatz von klein- und mittelständischen gen zunehmen wird, wobei gleichzei-als Leitanbieter für die Elektromobi- Unternehmen ebenso ein wie Ein- tig Herausforderungen, wie beispiels-lität, aber als Leitmarkt ist es nach schätzungen aus Forschung und Ent- weise im Recycling oder in der Ver-den USA, Japan und China nur im wicklung (F&E) sowie Prognosen von bindungstechnik zu bewältigen sind.Mittelfeld. Großunternehmen wie Zulieferern Obwohl eine große wirtschaftliche und OEM aus der Automobilbranche Relevanz durch die Befragten bestä-Die Nationale Plattform Elektromobi- und verwandten Branchen. Ziel war tigt wird, spielt das Thema Recyclinglität (NPE) identifizierte daher als eine es, aktuelle Ansätze und Entwicklun- beim Großteil der Befragten bisherSchlüssel- und Zukunftstechnologie gen auf dem Gebiet des elektromo- nur eine untergeordnete Rolle. Alsfür die erfolgreiche Marktdurchdrin- bilspezifischen Leichtbaus zu erfassen Hemmnisse wurden unter anderemgung den Bereich „Funktionsintegra- und Entwicklungs- und Forschungs- unzureichende Informationen undtiver Systemleichtbau in Multi-Mate- bedarfe aufzuzeigen. Qualitäten der Recyclingware sowierial-Design“. Vor diesem Hintergrund die nicht hinreichend an Recycling-haben führende Experten aus Wissen Die Antworten der 240 Wirtschafts- ware angepassten Fertigungspro-schaft und Wirtschaft das vom Bun- und Wissenschaftsexperten auf zesse genannt. An diesem Punkt setztdesministerium für Bildung und For- dem Gebiet des Leichtbaus und der das durch FOREL initiierte Verbund-schung (BMBF) geförderte nationale Elektromobilität ergaben die hohe vorhaben ReLei an. Ziel dieses For-Forschungs- und Technologiezen- Relevanz des Leichtbaus insbeson- schungsprojektes, das im Dezembertrum für ressourceneffiziente Leicht- dere für die Elektromobilität aber 2014 startete, ist die Entwicklungbaustrukturen der Elektromobilität – auch für den allgemeinen Fahrzeug- von Recyclingstrategien für zukünf-kurz FOREL – ins Leben gerufen. Die bau. Die Reduzierung der Fahrzeug- tige Elektrofahrzeuge zur stofflichenForschungsplattform FOREL bündelt masse ist dabei längst nicht mehr Verwertung von Leichtbaustrukturenund koordiniert Leichtbauforschung der einzige Treiber für konsequenten in Faserkunststoffverbund-Hybrid-

76 – 77 IM BLICKPUNKT © Newkon GmbH bauweise. ReLei wurde vom BMBF Methoden für die Konstruktion Dieses Netzwerk schafft darüber hin- im Mai 2015 als Leuchtturmprojekt und Auslegung sowie die Fertigung aus vielfältige Karrieremöglichkeiten ausgezeichnet. und Prüfung innovativer Leichtbau- für Absolventen. So wurden bisher strukturen. Diese Zusammenarbeit über 60 Dresdner Absolventen direkt University Technology ermöglicht die effiziente Realisierung von Rolls-Royce, von Zulieferunter- Centre Dresden komplexer Entwicklungsprozesse nehmen und Forschungspartnern „Lightweight Structures and vom Labormaßstab (TRL 1) bis hin eingestellt. Weiterhin haben Absol- Materials and Robust Design” zum fliegenden oder fahrenden venten die Kooperationen genutzt, Die Rolls-Royce Group – einer der Bauteil (TRL 6). Nutznießer dieser um ihr gewonnenes Knowhow in weltweit führenden Hersteller von Kooperation sind insbesondere säch- einem Spin-Off einzusetzen. Antriebssystemen für die zivile Luft- sische klein- und mittelständische fahrt sowie für die land- und seege- Unternehmen, die sich inzwischen als Inzwischen wurden und werden im bundene Mobilität – gründete im langfristige Direktzulieferer für Rolls- Rahmen der Zusammenarbeit mehr Jahr 2006 an der Technischen Uni- Royce und auch für andere Luftfahrt- als 150 gemeinsame Forschungs- versität Dresden das University unternehmen etablieren konnten. projekte für die Bereiche Luft- und Technology Centre (UTC) für „Leicht- Im Rahmen dieser Zusammenarbeit Seefahrt bearbeitet, bei denen stän- baustrukturen und Werkstoffe und entstand bisher eine große Anzahl an dig bis zu 100 Wissenschaftler und robustes Design“. Neben dem Insti- gemeinsamen Patenten, die bereits Techniker der TU Dresden eingebun- tut für Leichtbau und Kunststofftech- durch die erfolgreiche Marktein- den sind. Es ist absehbar, dass diese nik (ILK) als Koordinator sind am führung neuer Produkte verwertet Kooperation insbesondere auch für UTC auch die Professuren für Turbo- werden. Antriebssysteme im Bereich Schie- maschinen und Strahlantriebe, für nenfahrzeuge noch weiter ausge- Thermische Energiemaschinen und Für die involvierten Wissenschaftler baut wird. -anlagen, für Werkstofftechnik und bietet das weltweite UTC-Netzwerk für Maschinenelemente beteiligt. Das die ausgezeichnete Chance, langfris- Rolls-Royce-Forschungs- und Ent- tige Kooperation mit international wicklungsnetzwerk umfasst weltweit führenden Forschungseinrichtungen 31 UTCs und wird ergänzt durch wei- zu initiieren. So besteht bereits eine tere außeruniversitäre Forschungsein- langjährige Zusammenarbeit von richtungen. Forschern der TU Dresden mit Wis- senschaftlern am Imperial College in Das Dresdner UTC fördert den London sowie an den Universitäten schnellen Transfer zukunftsfähiger Oxford und Bristol. Von dieser Koope- Leichtbautechnologien mit Hochleis- ration profitieren auch die Studieren- tungswerkstoffen für den Nieder- den und Doktoranden, denen hier- und Hochtemperaturbereich aus der durch die Möglichkeit eines auch län- Wissenschaft in die Anwendung. gerfristigen Lern- und Forschungsauf- Dabei entwickeln die Forscher des enthaltes an der Partnereinrichtung UTCs in Zusammenarbeit mit Rolls- eröffnet wird. Inzwischen haben Royce und weiteren Partnerunterneh- mehr als 150 Studenten an dem Aus- men der Zulieferindustrie neuartige tausch teilgenommen.

2 M– A3TERIALFORvSCerHiUtaNsGaSVgERBUND DRESDEN – MFD 2016

78 – 79 VERITAS AGVeritas AG – Gelnhausen. Veritas AG – Emissionsreduktion durch Material- kompetenz für Funktions- und Modullösungen Die Veritas AG ist internationaler Die Kunden der Veritas Sachsen GmbH nischen Puebla, in der Olympia-Stadt Technologieführer im Bereich sowie des Mutterunternehmens der Sarajevo oder in Kunshan bei der Verbindungstechnik und aner- Veritas AG sind die namhaften Auto- Metropole Shanghai – sind wir nahe kannter Partner führender deut- mobilhersteller wie BMW, Daimler, bei den großen Automobilherstellern scher Automobilhersteller. Un- General Motors oder Volkswagen. und aufs engste mit ihnen vernetzt. sere Produkte und Ideen helfen Für die Veritas Sachsen GmbH sind heute schon, Autos sicherer, für das Jahr 2016 Umsätze in Höhe Mit ihren weltweit über 4.600 Mitar- komfortabler und besser zu ma- von 92,2 Millionen Euro geplant. beitern erwirtschaftete die Veritas AG chen. Und daran arbeiten wir mit im Jahr 2015 einen Umsatz von 644 Vollgas weiter: Denn das Auto Mit unserem motivierten Team vor Mio. Euro. ohne Veritas-Produkte ist wie ein Ort und unseren innovativen Spritz- Auto ohne Zukunft. Am Stand- gießverfahren sind wir ein wachsender Veritas-Produkte machen die Welt ort Neustadt beschäftigten wir Standort innerhalb der Veritas-Gruppe, grüner: Weniger Abgase – höhere zurzeit über 340 Menschen aus die mit den Menschen wächst. Dem Luftqualität der Region. In vier Werkshallen Wachstum der Veritas Sachsen GmbH Feinstaub aus Dieselruß ist eine der mit einer Produktionsfläche von gerecht zu werden, bilden wir gemein- Belastungen, denen Veritas den mehr als 11.000 m² sorgen die sam mit unserem Ausbildungspartner Kampf angesagt hat. Wir stellen Lei- Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Polysax Verfahrensmechaniker für tungen für Dieselruß-Partikelfilter (DPF) für die Mobilität der Automobile. Kunststoff- und Kautschuktechnik aus. her, um die im Abgas von Dieselmo- toren vorhandenen Partikel zu redu- Kontakt Nach der Fertigstellung von vier Bau- zieren. Der Partikelfilter fängt die bei abschnitten ist die Veritas Sachsen der Verbrennung von Dieselkraftstoff Veritas AG GmbH in Neustadt ein immanenter entstehenden Rußpartikel auf und Stettiner Straße 1-9 Bestandteil in der Wachstumsstrate- speichert diese. Ist die Speicherfähig- D-63571 Gelnhausen gie des Veritas Konzerns. Die Veritas keit des Filters ausgeschöpft, wird der Tel.: +49 (0)6051 821-4970 AG ist ein weltweit agierender Auto- Ruß verbrannt und der Filter dadurch konzernkommunikation@ mobilzulieferer. Zum Produktport- gesäubert. Die verbrannten Partikel veritas-ag.de folio zählen hochmoderne Systeme sind nun unschädliche Komponenten www.veritas.ag im Kraftstoff- und Luftbereich, für und werden ausgestoßen. Wie ef- Hydraulik-Anwendungen, zur Emissi- fektiv diese Systeme arbeiten, zeigen onsreduzierung und für den automo- immer wieder Tests, etwa des ADAC, tiven Leichtbau. denen zufolge die Dieselvarianten der Fahrzeuge mit Euro-6-Motoren Mit unseren neun Werksstandorten bei der Öko-Bilanz fast immer besser oder Repräsentanzen – so im mexika- abschneiden als die Benziner.

VERITAS AGVeritas Sachsen GmbH – Standort Neustadt.SCR reduziert Stickoxide der Euro-6-Norm für Pkws wird die Abb.: SCR-TankDie Methode der Selektiven Kataly- Entwicklung des SCR-Systems auchtischen Reduktion (SCR) ermögliche dort verstärkt vorangetrieben undeine chemische Reaktion am Kataly- teilweise bereits in Serie eingeführt.sator, mit der in erster Linie toxischeStickoxide reduziert werden, ohne Literatur zum Nachlesen:dass unerwünschte Nebenreaktionen Nähere Informationen über diesestattfinden. Da für diesen Vorgang Technologie bietet das Buch „SCR-ein flüssiges Reduktionsmittel be- Tank- und Leitungssysteme“ aus dernötigt wird, ist zur Bevorratung und Reihe „Die Bibliothek der Technik“.Dosierung des Mittels im Fahrzeug Erhältlich im Verlag Moderne Indus-ein System notwendig, das der trie oder direkt bei Veritas unter derKraftstoffanlage ähnelt. Hier setzen E-Mail-Adresse: [email protected] SCR-Tank- und Leitungssysteme Allgemeine Informationen zum The-von Veritas an, wie sie am Standort ma Veritas gibt es unter:Neustadt entstehen. Die ersten in der www.veritas.agAutomobilbranche in Serie eingesetz- http://www.veritas.ag/de/ten SCR-Systeme kamen bei Nutz- unternehmen/standorte/fahrzeigen zur Anwendung. Damit deutschland#neustadtkonnte die Euro-5-Norm für Lkws http://www.veritas.ag/de/jobs-und-erfüllt werden. Seit der Einführung karriere/stellenboerse Unsere Produkte machen die Welt grüner: Denn weniger Abgase bedeuten eine höhere Luftqualität. Die Veritas AG ist internationaler Partner mit führender Materialkompetenz für individuelle Funktions- und www.veritas.ag Modullösungen zur Emissionsreduktion. Unsere Produkte und Ideen helfen heute schon, Autos sicherer, 25.04.16 15:51 komfortabler und besser zu machen. Daran arbeiten wir mit Vollgas weiter: Denn das Auto ohne Veritas-Produkte ist wie ein Auto ohne Zukunft.103-015-034_CS5.indd 1

80 – 81 IM BLICKPUNKT Institut für Massivbau der TU Dresden Foto: Ulrich van Stipriaan Foto: Harald Michler Foto: Ulrich van Stipriaan Foto: Silke Scheerer Foto: Laura Ritter

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Institutsleiter: Zielgruppen/Branchen:Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. ■ Konstruktiver IngenieurbauManfred Curbach ■ Bauplanung und -ausführung ■ Bauforschung ■ Maschinenbau ■ Bauerhaltung ■ Architektur Foto: Silke Scheerer Institut für Massivbau der TU Dresden ▲Das Institut für Massivbau ist eines im Grundfachstudium Bauingenieur- für Massivbau und andere Institutevon elf Instituten an der Fakultät für wesen, in Grundzügen aber auch bei der Universität aus, andererseits istBauingenieurwesen der Technischen den Studenten der Wasserwirtschaft es auch technischer Dienstleister fürUniversität Dresden. Bereits seit den und des Wirtschaftsingenieurwe- externe Auftraggeber. Neben der1830er Jahren wird an der damaligen sens gelehrt. Im Vertiefungsstudium Expertise im Bereich der Grundlagen-Technischen Bildungsanstalt Dresden werden dann spezielle Themen der forschung besteht langjährige Erfah-Bauwesen gelehrt, und bis heute hat Massivbauweise behandelt sowie rung bei der Untersuchung von Bau-dieser Fachbereich einen wichtigen Brückenbau und Entwurf von Massiv- werken im Auftrag für öffentlicheStellenwert. Ganz allgemein erfor- bauwerken unterrichtet. Neben dem und private Bauherrn, Ingenieure undschen wir am Institut für Massivbau Neubau von Baukonstruktionen wer- Architekten, Behörden, VerbändeBeton als Konstruktionswerkstoff, der den zudem Bauökologie, nachhal- sowie für das Baugewerbe und diebewehrt oder unbewehrt ausgeführt tiges Bauen und Bauen im Bestand Bauindustrie. Eine Spezialität sindwerden kann. thematisiert. Ein weiterer Themen- In-situ-Versuche zum Beispiel von komplex sind Diskretisierungs- und Bauteilen des Hochbaus, wie Stützen,Aktuell forschen und lehren am Insti- Modellierungsverfahren. Weiterhin Decken und Wänden in Neu- undtut für Massivbau 28 Wissenschaftler sind Prof. Curbach und Prof. Häußler- Bestandsbauten, aber auch von histo-und Wissenschaftlerinnen, die von Combe im internationalen Masterstu- rischen Gebäuden oder Brücken.insgesamt 20 Kollegen und Kollegin- diengang Advanced Computationalnen im Labor und in der Verwaltung and Civil Engineering Structural Kontaktunterstützt werden. Studies ACCESS mit mehreren Mo- dulen involviert. Institut für MassivbauIm Institut für Massivbau sind zwei Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h.Professuren vereint. Die Professur für Dem Institut für Massivbau ist das Manfred CurbachMassivbau hat Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. Otto-Mohr-Laboratorium ange- George-Bähr-Straße 1E.h. Manfred Curbach inne. Professor schlossen. Mit einer modernen und D-01069 DresdenCurbach ist gleichzeitig Direktor des umfangreichen Ausstattung ist das Tel.: +49 (0)351 4633-7660Instituts und des angeschlossenen Team um Dr.-Ing. Torsten Hampel, Fax: +49 (0)351 4633-7289Otto-Mohr-Laboratoriums. Prof. der Leiter der Versuchshalle ist, auf [email protected]. habil. Ulrich Häußler-Combe zerstörungsfreie Untersuchungen www.tu-dresden.deist Inhaber der Professur für Spezielle und zerstörende BelastungsversucheMassivbauwerke. an einer Vielzahl von Materialien des konstruktiven Ingenieurbaus spezia-Das Hauptthema in der universitären lisiert. Das Otto-Mohr-LaboratoriumLehre ist bewehrter Beton. Die Grund- führt einerseits Forschungs- und Ent-lagen des Stahlbetonbaus werden wicklungsaufgaben für das Institut

82 – 83 IM BLICKPUNKTFotos: Silke Scheerer Betoneigenschaften im Fokus Betonbauwerke sind aus unserem steht aber weiter Forschungsbedarf, Ein Phänomen ist die Tragfähigkeit heutigen Leben nicht wegzuden- teilweise auch zu grundlegenden von Beton bei mehraxialen Span- ken. Wohnen, Arbeiten, Verkehr, Materialeigenschaften und Tragme- nungszuständen. Tatsache ist, dass Kommunikation, Versorgung – chanismen. Eine Ursache ist, dass vor Beton eine gegenüber der einaxialen nichts ist ohne Gebautes möglich. allem in den vergangenen 20 Jahren Festigkeit erhöhte Tragfähigkeit auf- Unbewehrter oder bewehrter immer mehr spezielle Betonsorten weist, wenn er gleichzeitig aus zwei Beton ist dabei in sehr vielen entwickelt wurden, die sogenann- oder drei Richtungen durch Druck- Fällen der geeignetste Baustoff. ten Betone der neuen Generation. spannungen beansprucht wird. Ein Er ist einfach herzustellen, preis- Heute gibt es maßgeschneidert für gegenteiliger Effekt tritt auf, wenn wert, robust, formbar und sehr den jeweiligen Anwendungszweck Druck und Zug kombiniert werden. dauerhaft. extrem feste Betone, Betone mit Schon ein geringer äußerer Querzug erhöhter Zugtragfähigkeit, besonders führt dazu, dass die Tragfähigkeit ra- Beton ist aber keine Erfindung der dichte oder besonders leichte. Alle pide absinken kann. Wie stark diese Neuzeit. Schon vor über 2000 Jahren haben besondere Eigenschaften, die Effekte bei einer Betonsorte ausge- verwendeten beispielsweise die untersucht und beschrieben werden prägt sind, hängt von der grundsätz- Römer opus caementitium und damit müssen, damit man die Baustoffe lichen Materialfestigkeit oder der Art einen Baustoff, der unserem heutigen in der Praxis auch sicher anwenden der verwendeten Zuschläge ab. Auch Beton ähnlich ist. Die Leistungsfähig- kann. der Zusatz von Fasern beeinflusst keit dieses Werkstoffs war enorm, das Trag- und Verformungsverhalten was noch heute erhaltene Bauwerke, Am Institut für Massivbau der TU deutlich. Um diese Mechanismen zu wie beispielsweise das Pantheon in Dresden haben wir uns auf folgende erforschen, steht uns im Otto-Mohr- Rom, eindrücklich beweisen. Später Forschungsschwerpunkte spezia- Laboratorium eine der weltweit leis- geriet Beton in Vergessenheit und lisiert: tungsfähigsten Triaxial-Prüfmaschi- wurde quasi erst Mitte des 19. Jahr- ■ Mehraxiale Festigkeit, statische nen zur Verfügung. Bisher wurden hunderts (wieder) erfunden. Seitdem Erkenntnisse zu Normalbetonen, hat bewehrter Beton einen unver- und dynamische Material- und Leichtbetonen und (ultra-)hochfes- gleichlichen Siegeszug erlebt. Kein Bauteilversuche, ten Betonen gewonnen. Anhand der anderer Baustoff prägte in den ver- ■ Verbundverhalten, Stoffgesetze, Versuchswerte wurden Materialmo- gangenen 100 Jahren unser gebautes Bemessungsverfahren, delle entwickelt, die z. B. im aktuellen Umfeld so nachhaltig und findet ■ Textilbewehrter Beton und Betone Model Code enthalten sind. heute so oft Verwendung, weshalb der neuen Generation, Stahlbeton auch als „Jahrhundert- ■ In-situ-Belastungsversuche an Eine weitere Besonderheit ist die baustoff“ betitelt wird. Trotz dieser Bauwerken und Langzeitüber- Abhängigkeit der mechanischen langen Entwicklungsgeschichte be- wachung, Eigenschaften von Beton von der von denen einige kurz näher vorge- Belastungsgeschwindigkeit. Bei stellt werden sollen.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Foto: Ulrich van Stipriaan Foto: Sylke Scholz Die Umsetzung dieser technischen Revolution ist Ziel des Projektkonsortiums „Carbon Concrete Composite C3“ im Rahmen der Bundesinitiative „Zwanzig20 – Partnerschaft für Innovation“.langandauernder Druckbeanspru- pensiert. Allerdings muss Beweh- losgarnen, die auf Textilmaschinenchung kann sich Beton beispielsweise rungsstahl ausreichend von Beton gefertigt werden, in einer hochfestender Last teilweise entziehen. Wird Be- ummantelt werden, damit eine und dichten Feinbetonmatrix fixiert.ton hingegen sehr schnell belastet, z.B. Korrosion auch bei langer Nutzungs- Dadurch kann die Zugbewehrung –durch den Anprall eines Fahrzeugs dauer sicher ausgeschlossen werden analog dem Bewehrungsstahl beimoder eine Explosion, reagiert er träge, kann. Die teilweise sehr dicke Be- Stahlbeton − entsprechend deswas in einer erhöhten kurzzeitigen tondeckung ist aber in vielen Fällen Kraftflusses im Bauteil ausgerichtetTragfähigkeit resultiert. Allerdings ist für die reine Tragfähigkeit nicht werden. Weitere Vorteile der neuenes bisher noch nicht gelungen, die erforderlich. Bauweise liegen auf der Hand:einzelnen Mechanismen, die dieseFestigkeitssteigerung bewirken, Die Suche nach alternativen Werk- ■ Die textile Bewehrung ist flexibel.quantitativ zu erfassen. Grundlagen- stoffkombinationen brachte Dresdner Deshalb können geschwungeneforschung dazu betreiben wir am Forscher Anfang der 1990er Jahre und ästhetisch ansprechendeInstitut für Massivbau hauptsächlich auf die Idee, den korrosionsanfälli- Formen viel einfacher als mitin ein- und zweiaxialen Split-Hopkin- gen und schweren Bewehrungsstahl Stahlbeton realisiert werden.son-Bars, in denen Betonproben ho- durch Faserwerkstoffe aus zugfesten,hen Dehnraten unterzogen werden nicht korrodierenden Endlosfasern, ■ Dass Textilbeton bezogen aufkönnen. Versuche an großformatigen wie z. B. Carbon oder alkaliresistentes seine Schichtdicke eine sehr hoheBauelementen können im neuen (AR-)Glas, zu ersetzen – der neue Tragfähigkeit besitzt, ist besondersFallturm durchgeführt werden. Hier Baustoff Textilbeton war geboren. bei der Verstärkung bestehenderliegt der Fokus zunächst auf der Er- Seither wurde Grundlagenforschung Bauwerke vorteilhaft, da eineforschung von Maßstabseffekten bei maßgeblich in den beiden DFG-Son- deutliche TragfähigkeitserhöhungFallversuchen und des Einflusses ver- derforschungsbereichen SFB 528 schon mit einer sehr geringenschiedener Beton- und Bewehrungs- in Dresden und SFB 532 in Aachen Anzahl Textillagen erreicht werdenarten auf die Versuchsergebnisse. geleistet. kann, so dass das Eigengewicht also nur minimal vergrößert wird.Beim Stahlbeton wird üblicherweise Textilbeton zeichnet sich durch seineder wenig zugfeste Beton mit geripp- Leichtigkeit bei gleichzeitig hoher ■ Textilbeton kann leicht von Handtem Bewehrungsstahl kombiniert. Tragfähigkeit aus. Typische Schicht- hergestellt werden. Schwere Ma-So werden die Defizite der geringen dicken betragen ein bis drei, in Aus- schinen und Geräte sind nichtZugtragfähigkeit des Betons einer- nahmefällen maximal fünf Zentime- nötig.seits, die Anfälligkeit des Stahls ter. Im Gegensatz zum Faserbeton, inhinsichtlich Korrosion oder hohen dem die kurzen Verstärkungsfasern In Zukunft wollen wir hier noch einenTemperaturen, beispielsweise im ungerichtet eingebettet sind, werden Schritt weiter gehen und erreichen,Brandfall, andererseits ideal kom- beim Textilbeton Gelege aus End- dass ein merklicher Prozentsatz der heute üblichen Stabstahlbewehrung durch Carbon ersetzt wird.

84 – 85 IM BLICKPUNKT Bauingenieurwesen

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Leiter der Forschungsstelle: Zielgruppen/Branchen:Prof. Dr.-Ing. Peer Haller ■ Materialforschung ■ Biomaterialien Institut für Stahl- und Holzbau (ISH) ▲Holz und Nachhaltigkeit Wald im Wandel die Reserven treibt die Kosten undDer Wald ist nicht nur einer der größten Der Bedarf an langen und geraden fordert Investitionen und Innovati-sondern auch einer der billigsten Stoff- Stämmen für Decken und Dächer hat onen. Ressource, Infrastruktur undproduzenten der Erde. Es ist daher in der Vergangenheit dazu geführt, Nutzung stehen seit jeher in einerschwer einzusehen, dass ein Rohstoff, dass bevorzugt mit Nadelbäumen komplexen Wechselbeziehung, dieder auf etwa einem Drittel der Fläche aufgeforstet wurde und die Natur demnächst vom Wald dominiertder Erde mit Hilfe von Sonnenenergie des Waldes sich dadurch zusehends wird. Die Industrie wird sich mit inno-nachwächst, von Materialien preislich veränderte. Heute hängt die Wert- vativen Prozessen und Produkten aufunterboten werden kann, zu deren Her- schöpfungskette der Forst- und Holz- diese Situation einstellen müssen.stellung sehr viel Kapital und Energie wirtschaft zu 90 % am Nadelbaum.aus fossilen Rohstoffen benötigt wird. Fast zwei Drittel davon entfallen auf Die Buche ist eine Schattenbaumart. den Bau! Der Verlust biologischer Forstwirtschaftlich fristet sie ihr Da-In der Auseinandersetzung um nach- Vielfalt, Anfälligkeit gegenüber Stür- sein im Schatten der Fichte. Obwohlhaltige Entwicklung versäumt es die men und Schädlingen sowie der sie im Laubwald vorherrscht, verhin-Forst- und Holzwirtschaft deshalb Klimawandel haben ein Umdenken dern der kurze Stamm, die mächtigenicht, auf die Vorzüge ihres Rohstof- im Waldbau eingeleitet. Krone und das langsame Wachstumfes hinzuweisen: nachwachsend, um- ihren Einsatz auf der Baustelle. Daranweltfreundlich, mit wenig Kraft und Die jüngst erschienene Dritte Bundes- ändert auch die herausragende Fes-Energie bearbeitbar, recycelbar und waldinventur belegt, wie weit dieser tigkeit und Steifigkeit nichts.leicht zu entsorgen. Ein Musterbeispiel Wandel inzwischen fortgeschrittenin Sachen Nachhaltigkeit! Wie aber ist ist. Seit der letzten Inventur vor zehn Kontaktes mit der Rohstoffeffizienz bestellt? Jahren ist die Fichte – Brotbaum der deutschen Forstwirtschaft – erneut Technische Universität DresdenDie Analyse des Stoffstromes entlang um 8 % zurückgegangen, während Fakultät Bauingenieurwesender Wertschöpfungskette vom Baum die Buche wieder deutlich zugelegt Institut für Stahl- und Holzbau (ISH)zum Bau zeigt, dass es damit nicht hat. Obwohl unser Wald einen nie Prof. Dr.-Ing. Peer Hallerzum Besten steht. Die Tatsache, dass da gewesenen Vorrat an Holz birgt, Helmholtzstraße 10der gesamte Baum verwertet wird, sorgt sich die Industrie um ihren D-01069 Dresdendarf nicht darüber hinweg täuschen, Rohstoff. Diese scheinbar paradoxe Tel.: +49 (0)351 4633-5575dass beim Nadelholz nur grob die Situation verdeutlicht, dass zwischen Fax: +49 (0)351 4633-6306Hälfte, beim Laubholz kaum ein Zehn- Ressource und Reserve unterschieden [email protected] seine Bestimmung im Bauwesen werden muss. Die Reserve entspricht www.tu-dresden.de/finden und stattdessen Verwertungen dem gesamten Vorrat, die Ressourcemit geringer Wertschöpfung wie etwa umfasst nur den wirtschaftlich nutz-Verbrennen den Markt dominieren. baren Teil davon. Der Rückgriff auf

86 – 87 IM BLICKPUNKT Formholztechnologie Vom Baum zum Bau Sitzencluster BioEconomy hat es sich massive Platten aus verdichtetem Das Sägewerk ist erster und wich- zum Ziel gesetzt, speziell diese Baum- Nadel- und Laubholz hergestellt, tigster Schritt bei der Herstellung von art wirtschaftlicher zu nutzen. Sie be- die anschließend unter Wärme und Bauprodukten. Es gewinnt aus dem scheinigt dem Formholz einen Tech- Feuchtigkeit zu Profilen umgeformt Stamm aber nur etwa 60 % Schnitt- nologie Reifegrad von nahezu 90 % werden. Dabei falten sich die Zellen holz, dessen rechteckiger Querschnitt bei sehr hoher Marktattraktivität. wieder auseinander. Man spricht außerdem statisch ineffizient ist. von Formgedächtnis. Im Prinzip sind Der Habitus der Buche ist gekenn- Schaumstoff Holz auf diese Weise alle abwickelbaren zeichnet durch einen gedrungenen Dass Holz ein leicht zu bearbeitendes Formen in beliebiger Längs- und Stamm und eine mächtige Krone. Material sei, ist eine weit verbreitete Querabmessung herstellbar. Sie bringt dem Waldbesitzer weit Meinung. Das Gegenteil trifft jedoch weniger Ertrag als die Fichte, was zu! In der Tat lässt sich Holz mit we- Holz in Bestform zu erheblichen Konflikten zwischen nig Kraft und Energie spanend be- Formholzprofile sparen viel Material naturnahem Waldbau und gewinn- arbeiten, diese Form der Materialbe- und können nachträglich mit geringen orientierter Holzwirtschaft führt. arbeitung jedoch ist gegenüber der Mengen Hochleistungsfasern wirk- spanlosen weniger wirtschaftlich. sam verstärkt werden. Diese Rohre Das Selbstverständnis des runden lassen sich tragend und führend ein- oder rechteckigen Balkens verstellt Die Lösung basiert auf einem neuen setzen. Angesichts der hohen Festig- den Blick auf dessen geringe Ressour- Materialverständnis, das Holz als keit der Fasern können Bauaufgaben cenproduktivität. Vergleicht man zellulären Polymerwerkstoff begreift, realisiert werden, die heute energie- diesbezüglich Schnittholz mit tech- der sich unter Wärme (140 °C) und intensiven Materialien vorbehalten nischen Profilen ergibt sich ein Ver- Druck (5 MPa) stauchen lässt, wobei sind. In Kombination mit dem preis- hältnis von 1:15, das sich einerseits sich die Zellen zusammenfalten. Von werten aber festen Holz entstehen aus dem Verschnitt im Sägewerk und nicht geringerer Bedeutung, aber Strukturen, die sich nahezu allen andererseits aus dem geringen Flä- derzeit ohne technische Nutzung, ist technischen Herausforderungen chenmoment des Rechteckes zusam- die Tatsache, dass sich die Zellstruk- gewachsen zeigen. mensetzt. Mit anderen Worten: die tur bei geeignetem Prozessregime Wettbewerbsfähigkeit des Rohstoffes wieder vollständig auseinander zie- Um die Leistungsfähigkeit von Holz ist an sich ausgezeichnet, sie hen und fixieren lässt. Die Zellstruk- Formholzrohren zu demonstrieren, geht jedoch bei der Transformation tur ermöglicht somit eine neue sei folgendes Beispiel angeführt: des Rohholzes in Querschnitte Betrachtung des Holzes als „schaum- Die Verdichtung von getrockneten verloren. stoffartiges“ Material, das nun leicht Kanteln aus Buche erfolgt in einer bearbeitet werden kann. Ausgehend Etagenpresse bei 140 °C. Anschlie- Formholz ist ein neuer technologischer von diesen Überlegungen werden ßend wird das Pressgut mit Phenol- Ansatz, der diesen Konflikt löst. Das am Institut für Stahl- und Holzbau Resorcin-Harz zur Platte verleimt.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Deren Umformung zum Rohr unter das Marktpotenzial dieser Technolo- besonders als Kernmaterialien fürWärme und Feuchtigkeit erfolgt auf gie. Hohe Tragfähigkeit bei geringem Sandwichverbunde. Mit Decklageneiner eigens dafür konstruierten Gewicht und Kosten öffnet diesem aus Hochleistungsverbundwerkstof-Pilotanlage. Die mittlere Dichte steigt Verbund neue Anwendungsgebiete fen entstehen daraus federleichtebeim Verdichten von ca.700 kg/m3 in Bauwesen und Architektur aber Bauteile von höchster Steifigkeit undauf 1100 kg/m3 und sinkt beim auch im Leicht- und Anlagenbau. Festigkeit.Umformen auf 900 kg/m3. Die Rohreweisen Längen von 3 m auf, bei Die bisherigen Ergebnisse ermutigen Auszeichnungeneinen Durchmesser von 33 cm und zu weiteren Entwicklungen der Form- German High Tec Championeine Wandstärke von 2 cm. Sie lassen holztechnologie und lassen erwarten, Kategorie Leichtbau 2013sich jedoch durch Verkleben einzel- dass die Buche von deren Vorzügen IKU – Deutscher Innova-ner Segmente beliebig verlängern; profitiert und sich neue Anwendun- tionspreis für Klima undauch Durchmesser und Wanddicke gen im Tragwerk erschließen kann. Umwelt 2009sind nahezu frei wählbar. Dabei steht sie exemplarisch für an- dere Laubholzarten, die aufgrundDie Tragfähigkeit einer Röhre unter ihres langsamen Wuchses, ihres Auf-axialem Druck erreicht für die Holzart kommens und ihres Habitus beimBuche 1200 KN. Ihr Gewicht beträgt Bauen bisher nicht in Betracht kamen.ungefähr 50 kg. Bezogen auf denRohholzpreis entspricht dies einem Holz als FliegengewichtMaterialwert von weniger als 10 Euro! Die einachsige Verdichtung quer zur Faser führt zu Zylindern und Kegeln.Neben der Verstärkung stellen textile Doppelt gekrümmte, sphärische oderBewehrungen einen wirksamen hyperbolische Schalen erfordernSchutz gegenüber der Witterung dar, jedoch einen modifizierten techno-so dass die Lebenszyklusanalyse noch logischen Ansatz, dem ebenfalls diegünstiger ausfällt. Mittlerweile liegt Zellstruktur zugrunde liegt. Dabeiein Prototyp einer Produktions- werden quadratische Kanteln vonmaschine mit einer Kapazität von beiden Seiten verdichtet, so dass90.000 Rohren pro Jahr vor. Die Ma- auch in beiden Richtungen das Form-schine ist Teil einer schlüsselfertigen gedächtnis genutzt werden kann.Fabrikplanung. Die wirtschaftlichen Daraus verklebte HirnholzplattenBerechnungen, welche nunmehr gut können zu komplexen Teilen umge-abschätzbar sind, belegen durch eine formt werden. Wüchsige HolzartenKapitalrendite nach nur 3,5 Jahren wie Balsa oder Pappel eignen sich

88 – 89 IM BLICKPUNKT Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016Institutsleitung: Zielgruppen/Branchen:Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. ■ Textilien für FaserkunststoffverbundeDipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherif ■ MischverbundeProfessur für Textiltechnik ■ Bau- und HolztextilienUniv.-Prof. Dr.-Ing. habil. ■ Bio- und MedizintextilienHartmut Rödel ■ Funktionstextilien/SensornetzwerkeProfessur für Konfektionstechnik ■ Konfektionierte Produkte/ Schutztextilien Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) ▲Das Institut für Textilmaschinen und Die Forschungsaktivitäten am ITM aktivitäten durch die ModellierungTextile Hochleistungswerkstofftechnik sind auf die Bereiche Maschinenent- und Simulation von Strukturen undder Technischen Universität Dresden wicklungen, Technologieentwick- Prozessen entlang der gesamten texti-(TU Dresden) ist eine der weltweit lungen und Produktentwicklungen len Kette. Diese Forschungsaktivitätenführenden universitären Forschungs- (Faserverbundwerkstoffe, Bautextilien, erfordern besonders die Entwicklungeinrichtungen auf dem Gebiet der Bio- und Medizintextilien, Textilien für von neuartigen Faden- und Hybrid-Textil- und Konfektionstechnik. Für Sensornetzwerke/Funktionstextilien, garnkonstruktionen, 2D- und 3D-die erfolgreiche Durchführung der konfektionierte Produkte/Preforming) Verstärkungshalbzeuge, Ausrüstungs-vielfältigen Forschungsprojekte ver- fokussiert und beinhalten u. a. die und Funktionalisierungstechnikenfügt das ITM an der TU Dresden über Verarbeitung von faserbasierten High- sowie dazu notwendige Maschinen-eine moderne Infrastruktur, die dem Tech Werkstoffen insbesondere von techniken. CAE-Schnittkonstruktio-ITM die rasche Entwicklung von völlig Carbon-, Glas-, Aramid-, Stahl- und nen, Konfektionierungstechniken fürneuen Technologien und innovativen Keramikfasern nach unterschiedlichen Technische Textilien, Neuentwick-Produkten ermöglicht. Die Hauptauf- Verarbeitungstechnologien sowie die lungen bei Funktionstextilien sowiegaben liegen in der Lehre und For- funktionsintegrierte Entwicklung von Mess- und Simulationstechnikenschung, wobei als Ziele die exzellente textilen Halbzeugen und Textilproduk- runden das vielseitige Forschungs-Ausbildung der Studierenden und ten. Ergänzt werden die Forschungs- spektrum am ITM ab.Promovenden, die Durchführung vonGrundlagenforschung und industrie- Kontaktnahen Projekten, der konsequenteAusbau der interdisziplinären Zusam- Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungs-menarbeit mit Forschungseinrichtun- werkstofftechnik der TU Dresdengen aus verschiedenen Disziplinen Institutsdirektor und Professor für Textiltechnikund der Industrie und der Transfer Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Dipl.-Wirt. Ing. Chokri Cherifvon Forschungsergebnissen in die Professor für KonfektionstechnikPraxis verfolgt werden. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Hartmut Rödel Hohe Straße 6 I D-01069 DresdenDie Lehre und Forschung werden Tel.: +49 (0)351 463-39300am ITM von Professor Chokri Cherif, Fax: +49 (0)351 463-39301Institutsleiter und Inhaber der Profes- [email protected] Textiltechnik, und von Professor http://tu-dresden.de/mw/itmHartmut Rödel, Inhaber der ProfessurKonfektionstechnik, gemeinsamkoordiniert.

90 – 91 IM BLICKPUNKT Forschungskompetenzen des Institutes für Textil- maschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik Das ITM verfügt über eine sehr Eine Labornassspinnanlage ermög- BMBF-Forschungsplattform FOREL: gut ausgebaute Infrastruktur mit licht am ITM die Entwicklung und „3DProCar“, Bundesexzellenzinitiative modernster Maschinentechnik Herstellung von neuartigen hoch- MERGE, Sonderforschungsbereich und Geräten. Neben hochleis- funktionellen Faserstoffen, beispiels- SFB 639, EU-Projekte) maßgeblich tungsfähigen Textilmaschinen, weise für Bio-, Medizin- und Hoch- involviert und bringt dabei folgende z.B. Multiaxial-Nähwirk-, Jacquard- leistungstextilien. Modernste Trenn- Forschungskompetenzen ein: web-, Mehrlagenstrick-, TFP- und und Fügetechnik für Bekleidung und Flechttechnik, bieten beispiels- Technische Textilien sowie CNC- und Garnkonstruktionen für techni- weise die Einrichtung eines Roboter-Nähtechnik für Verstär- sche Anwendungen – Verspin- RTM-Labors sowie die Installation kungstextilien an der Professur Kon- nung und Hybridisierung von einer Vakuuminjektionsanlage fektionstechnik am ITM runden die Hochleistungsfasermaterialien für FVW-Platten, einer Thermo- umfassende Infrastruktur ab. Diese presse für FVK-Anwendungen, Techniken bieten hervorragende Die Entwicklung von innovativen einer Biaxial-Zugprüfmaschine Möglichkeiten einer textilgerechten Garnstrukturen aus Hochleistungsfa- und Hochgeschwindigkeitsprüf- Montage textiler Preforms. serstoffen für technische Anwendun- maschine für Rovings, textile gen rückt zunehmend in den Fokus Halbwerkzeuge und Verbundbau- Somit verfügt das ITM mit den bei- der Fadenbildungstechnologie. Die teile neue Chancen und Möglich- den Professuren Textiltechnik und Variation der Prozess- und Strukturpa- keiten, die Forschungsarbeiten Konfektionstechnik über alle Maschi- rameter ermöglicht eine gezielte Ein- im Bereich der Verarbeitung nentechniken entlang der textilen stellung der Eigenschaften der Garne, von Hochleistungsfaserstoffen Prozesskette von der Filamenter- die in unterschiedlichsten Einsatzge- für die Entwicklung von Tech- spinnung über die verschiedensten bieten Anwendung finden können. nischen Textilien für vielfältige Garnbildungstechniken, neuartige Für die Herstellung anforderungsge- Anwendungen auf hohem Niveau 2D und 3D textile Konstruktionen, rechter Garnstrukturen werden ver- durchzuführen. Darüber hinaus Ausrüstungstechniken bis hin Kon- schiedene Garnherstellungsverfahren lassen sich mit einer multifunkti- fektionierungstechniken für verschie- modifiziert und gezielt weiterentwi- onalen Beschichtungsanlage mit denste Hightech-Anwendungen, wie ckelt. Die F & E-Schwerpunkte liegen integrierter Plasmaanlage maß- z. B. Composites, Textilbeton, Biome- auf dem Gebiet der Verspinnung von geschneiderte Grenzschichten dizintextilien, textile Architektur und Hochleistungsfasermaterialien sowie am ITM erzielen. Funktionstextilien. von recycelten Faserwerkstoffen. Auf- grund der besonderen Eigenschaften Das ITM ist derzeit in mehreren dieser Materialien werden umfassen- Großprojekten (z. B. BMBF-Initiativen de technologisch-konstruktive Ma- „Zwanzig20“:„C3-Carbon Concrete schinenanpassungen vorangetrieben Composite“ und „futureTEX“, oder völlig neue Maschinenkonzepte

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016entwickelt. Ein wichtiges Ziel besteht Reproduzierbarkeit. Ein Entwicklungs- Faserverbundwerkstoffen sowie auchbeispielweise in der Rückgewinnung schwerpunkt sind 3D-Gewebe für als Bewehrungen im Betonbau festvon werthaltigen Werkstoffen für Near Net Shape Preformen. Dazu ge- etabliert. Mit innovativen Technolo-einen wirtschaftlichen Einsatz im Ver- hören ebene und gekrümmte Bauteile gien gelingt es, das hohe Festigkeits-bundwerkstoff. Ein weiterer Schwer- mit integrierten Rippen für die Steige- potenzial der eingesetzten Textilien,punkt zielt auf die Entwicklung von rung der Biegesteifigkeit. Derartige insbesondere von Glas- und Carbonfi-innovativen hybriden Garnstrukturen mit Stringern bzw. Rippen verstärkte lamentgarnen, optimal in textile Halb-ab. Als Ausgangsmaterialien für die Strukturen werden gegenwärtig in auf- zeuge mit einem kraftflussgerechtenKonstruktion von Hybrid- und Multi- wendigen Montageprozessen gefer- Fadenverlauf und einer endkontur-komponentengarnen werden sowohl tigt. Auf Basis der Spulenschützenweb- gerechten Formgebung umzusetzen.Naturfasern als auch Mono- oder technik wurden Profile mit in Längs- Die Herstellung der textilen StrukturenMultifilamentgarne aus Hochleis- richtung stark veränderlichen Quer- erfolgt auf Multiaxial-Kettenwirkma-tungsfaserstoffen eingesetzt. Die schnitt entwickelt. Neu konzipierte schinen, die für die Verarbeitung vonnotwendigen Charakterisierungsme- innovative textile Halbzeuge sind web- Hochleistungsfaserstoffen bestensthoden für die Garnstrukturen sind technisch integral gefertigte 3D-Rohr- ausgerüstet sind. So können auf deram ITM vorhanden. knotenverbinder, die vollkommen institutseigenen und hoch modernen ohne Schneiden, Fügen, Kleben oder Malitronic®-Anlage bi- und multiaxialeGewebe für technische Nähen ausgeformt werden. Mit Ent- Gelege in offenen und geschlossenenAnwendungen – Near Net Shape wicklungen zu Gittergeweben, Non- Strukturen mit einer Arbeitsbreite vonGewebe für den Leichtbau crimp-Mehrlagengeweben, Abstands- 100 Zoll realisiert werden. Durch den geweben und Near Net Shape Prefor- modularen Maschinenaufbau könnenDer Leichtbau ist ein stark wachsender men sowie zellularen Strukturen aus zusätzliche Funktionalitäten undMarkt, in dem gewebte Halbzeuge Carbon- und Glasgarnen und weiteren Erweiterungen problemlos eingefügteinen festen Platz haben. Im Fokus der Spezialmaterialien, wie Draht, wird ein werden. Insbesondere können überEntwicklungen stehen die Steigerung wesentlicher Beitrag zur Entwicklung die eigens entwickelte und prozess-der Materialeffizienz durch anforde- des Leichtbaus geleistet. integrierte Beschichtungs- und Trock-rungsgerechte Ausrichtung der Glas- nungsanlage die textilen Gelegeund Carbon-Verstärkungsfäden und Multiaxialgelege und textiles direkt nach der Flächenbildung im-der Qualität durch reproduzierbare Bauen – Entwicklung und Her- prägniert werden. Auf dieser Grund-und schädigungsarme Fertigungspro- stellung textiler Halbzeuge aus lage lassen sich universell einsetzbarezesse. Die vollständige oder auch teil- Hochleistungsfaserstoffen textile Halbzeuge mit hoher Qualitätweise Verlagerung des Peformingpro- und Effizienz fertigen, die sich bereitszesses in die textile Fertigung bringt Textile Gelege haben sich als zuver- in zahlreichen Kooperationsprojektenwesentliche Vorteile hinsichtlich Inte- lässige Verstärkungskomponenten in mit Industrie und Wirtschaft im realengralbauweise, Materialeffizienz und den vielfältigsten Anwendungen von Einsatz erfolgreich bewährt haben.

92 – 93 IM BLICKPUNKT Hochleistungs- und Abstands- Flachgestricke für technische Diese Techniken sind auch für die Re- wirken – Leistungssteigerung und Anwendungen – Unkonventio- alisierung anderer innovativer Gestri- Flexibilität im Kettenwirken nelle Funktionsstrukturen auf cke, wie Abstandsflachgestricke für Maschenbasis die Bereiche Medizin- und Schutztex- Kettenwirkmaschinen besitzen eine tilien geeignet. Über die Materialaus- extrem hohe Leistungsfähigkeit, die Das Flachstricken ist ein sehr flexibles wahl und die bindungstechnischen jedoch durch sehr hohe Fadenbean- Verfahren für die Realisierung hoch- Möglichkeiten lassen sich Eigenschaf- spruchung und eingeschränkte Flexibi- funktionaler Gestricke sowie verarbei- ten wie die Aufpralldämpfung, das lität in der Gewirkestruktur insbeson- tungs- und beanspruchungsgerechter, Kompressionsverhalten oder die dere für technische Anwendungen endkonturnaher textiler Halbzeuge. Gestrickdicke lokal und global anfor- nicht voll ausgeschöpft werden kann. Die Formgebungstechniken dieses derungsgerecht einstellen. Technologische Entwicklungen zur Verfahrens erlauben z.B. die Herstel- effektiven Verarbeitung von deh- lung innovativer Produkte. Durch die Textile Verstärkungshalbzeuge nungsarmen Fäden und zur Integra- zusätzliche Integration gestreckt an- für den Leichtbau – Innovative tion von Funktionsfäden in Ketten- geordneter Verstärkungsfäden in die Verstärkungstextilien für Faser- gewirkestrukturen erweitern die Maschenstruktur entstehen Mehr- kunststoffverbunde (FKV) Leistungsfähigkeit der Wirkmaschinen lagengestricke (MLG). Diese sind und steigern das Kettengewirkesor- hervorragend als 2D- bzw. 3D-form- Leichtbau ist in fast allen Bereichen timent für anspruchsvolle Technische gerechte textile Halbzeuge geeignet, von höchster Priorität, ob im Fahr- Textilien. Auf der Basis einer umfas- z. B. für Bauteile aus dem Bereich zeug-, Maschinen- oder Anlagenbau, senden Analyse der Fadenzuführung Leichtbau oder für Schutzanwendun- bei der Energieerzeugung oder an Hochleistungskettenwirkmaschi- gen. Das Flachstrickverfahren erlaubt im Bauwesen. Innovative Verstär- nen werden neue Lösungen zum die Verarbeitung nahezu aller verfüg- kungshalbzeuge aus endlosfaserver- Fadenzugkraftausgleich entwickelt. baren Fadenmaterialen. MLG weisen stärkten Werkstoffen bieten dafür Der neue Fadenzugkraftausgleich ein hohes Potenzial insbesondere für ausgezeichnete Möglichkeiten. Die arbeitet auch bei hohen Maschinen- den Einsatz in Faserkunststoffver- Arbeiten des ITM konzentrieren sich drehzahlen zuverlässig und führt im bundbauteilen auf. Die Kombination dabei auf die anforderungsgerechte Vergleich zu klassischen Fadenwippen aus belastungsgerecht und gestreckt Bauteilkonstruktion durch Ausle- zu einer Reduktion der Fadenzug- angeordneter Verstärkungsfäden mit gung, textiltechnische Umsetzung kraftspitzen um 40 % und ermöglicht einer Maschenstruktur aus Verstär- und Erprobung verarbeitungs- und die Verarbeitung von Hochleistungs-, kungsfasern verleiht derartigen Bau- beanspruchungsgerechter 2D- und Kompakt- und Ringgarnen bis 2500 teilen hervorragende Eigenschaften, 3D-Halbzeuge bzw. Preforms für FKV Maschenreihen/Minute. Durch die insbesondere bei Impact- bzw. Crash- aus gewebten, gewirkten, gestrick- Entwicklung von neuen Langschuss- beanspruchungen. In Verbindung mit ten oder geflochtenen Halbzeugen eintragssystemen für Kettenwirkauto- den umfangreichen technologischen sowie aus thermo- bzw. duroplas- maten und RR-Kettenwirkmaschinen Möglichkeiten zur 2D-/3D-Formge- tischen oder elastomeren Matrix- können die Leistung und die Struktur- bung während der Fertigung und der materialien auf der Grundlage der variabilität zur Einarbeitung von Funk- gezielt einstellbaren Nachdrapierbar- Weiterentwicklung textiler Verfahren tionsfäden wesentlich gesteigert wer- keit ergeben sich ideale Vorausset- und Maschinen. Weitere Schwer- den. Die Strukturen sind vor allem für zung zur faltenfreien Abbildung von punkte sind Verstärkungsstrukturen textile Heizsysteme sehr gut geeignet. komplexen Bauteilgeometrien.

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016für Holzwerkstoffe, Metall-Textil- und und Funktionalisierung ermöglicht deren Prozessparameter, die Entwick-Metall-Kunststoffverbunde. Aus- eine rein stoffschlüssige Stabilisierung lung und Konstruktion von Maschi-gangsmaterial sind alle industrieüb- offener textiler Strukturen, wobei nen sowie die Anwendung dieserlichen Hochleistungsfaserstoffe, wie die Integration der Beschichtung in Technik zur textilen Montage vonGlas, Kohlenstoff oder Aramid. Zur den textilen Fertigungsprozess im Technischen Textilien, Heim- undErzeugung thermoplastischer Faser- Vordergrund steht. Hierbei werden Raumtextilien sowie Bekleidung mitverbundwerkstoffe dienen Hybridgar- die charakteristischen Merkmale der speziellen Nahteigenschaftsprofilen.ne mit endlosen Verstärkungsfasern textilen Strukturen hinsichtlich ihrer Insbesondere die Montageprozesseund matrixbildenden Thermoplastfa- Funktionalität, Handhabung und Ap- Technischer Textilien erfordern ansern in unterschiedlichen Kombinati- plikationsfähigkeit gezielt gestaltet. das spezielle Produkt angepassteonen. Eine zusätzliche Funktionalisie- Forschungsarbeiten zur Entwicklung Montagetechnik mit integrierten Sen-rung dieser Halbzeuge erfolgt dabei von Wirksubstanzen dotierter Sub- soren und Aktoren zur reproduzier-durch lokale Materialintegration im mikro- und Nanopartikel und deren baren Nahtausführung. Zur Labor-Flächenbildungsprozess oder durch Verankerung auf textilen Trägern ausstattung der Professur für Konfek-nachträgliche Applikation von Funk- werden für verschiedene Produktent- tionstechnik gehören industrieüblichetionsfäden oder elektronischen Bau- wicklungen, z. B. für Medizin- und Nähmaschinen verschiedener Stichtyp-elementen mittels Tailored-Fibre- Schutztextilien, Brennstoffzellen, klassen und TransporteursystemePlacement-Verfahren (z. B. Sticken). textile Membranen sowie für funktio- sowie die die Qualität bestimmenden nalisierte Leichtbauelemente, durch- Nähautomaten. Speziell für die Mon-Textilchemie und textile Aus- geführt. Die erfolgreiche Erspinnung tage der Preformen textilverstärkterrüstung – Modifizierung textiler von reinem Fasermaterial aus Chito- Kunststoffe sind eigenentwickelteWerkstoffe für vielseitige Anwen- san stellt einen weiteren Forschungs- und von Firmen gefertigte CNC-Näh-dungen schwerpunkt dar. Die Sicherstellung techniken verfügbar. Außerdem ste- der ordnungsgemäßen Korrelation hen für mediendichte Nähte auchModernste Techniken sowie klassi- zwischen Laborwerten und Industrie- Schweißmaschinen bereit, die mittelsschen Methoden der Textilveredlung maßstab ist durch die Anlagentechnik Ultraschalls oder Kontaktwärme ausermöglichen die Aktivierung, funkti- am ITM gewährleistet. beheizten Werkzeugen die Energieonelle Ausrüstung und Modifizierung zum lokalen Anschmelzen der texti-textiler Materialien aller Aufma- Montagetechnik für biegeweiche len Strukturen, der Beschichtungchungsformen. Hierzu werden che- Materialien – Vom Zuschnittteil textiler Strukturen oder auch dermisch, physikalisch bzw. biologisch zum gebrauchsfertigen textilen Aktivierung der auf die Flächen auf-wirksame Strukturen entwickelt, wel- Endprodukt gebrachten thermoplastischen Kleb-che dann hinsichtlich ihrer relevanten stoffe zur Verfügung stellen. MittelsEigenschaften, in Quali- und Quanti- Zum Verbinden biegeweicher Mate- Wasch- und Trocknertechnik fürtät sowie ihrer Darstellungsparameter rialien wie textile Flächen, Folien und Industrie und Haushalt sowie durchzu untersuchen sind. Qualifizierte Prüf- Laminate eignen sich Nähen, Schwei- den unikaten Gebrauchsbelastungs-und Messmethoden stützen dabei ßen und Kleben sowie kombinierte simulator sind Lebensdaueruntersu-die entsprechenden grundlegenden Verfahren. Die Forschungsaktivitäten chungen ausführbar. Diese Techno-Überlegungen und deren Umsetzun- konzentrieren sich auf Untersuchun- logien wurden bereits in zahlreichengen. Die Ausrüstung, Aktivierung gen der Verbindungsprozesse und Projekten mit unterschiedlichen Ziel- stellungen erfolgreich eingesetzt.

94 – 95 IM BLICKPUNKT Simulierte Scherwinkelverteilung ᭣ in einem Bauteil ᭡ Gewebe-Einheitszelle Bio- und Medizintextilien – Ent- erfolgen in enger Kooperation mit tion mit verschiedenen universitären wicklung faserbasierter Medizin- verschiedenen Kliniken und Unter- und außeruniversitären Forschungs- produkte in ihrer ganzen Spezifi- nehmen weltweit. Weitere wichtige stellen statt. Dabei besteht ein weite- kationsvielfalt Themen sind Barrieretextilien, inno- rer Schwerpunkt der Aktivitäten in der vative Wundauflagen und Prothesen. maßgeschneiderten Modifikation der Die Biomedizintechnik ist ein interdis- Innerhalb der Bundesexzellenzinitia- textilen Sensoren bzw. Aktoren selbst, ziplinäres Forschungs- und Anwen- tive „Regenerative Medizin“ wird um deren elektrische und mechani- dungsfeld. Im Forschungsbereich zur Zeit an der Entwicklung von schen Eigenschaften sowie die textile Bio- und Medizintextilien arbeiten neuen Biomaterialien für Hartgewe- Verarbeitbarkeit an die jeweilige Chemiker, Ingenieure und Biologen beregeneration gearbeitet. Problemstellung anzupassen. in enger interdisziplinärer Zusam- menarbeit an Erforschung und Ent- Textilintegrierte Sensorik und Struktur- und Prozesssimulation – wicklung von Medizinprodukten. Da- Aktorik – Funktionserweiterung Simulation textiler Werkstoffe für rin sind die am Institut vorhandenen von Faserkunststoffverbunden Leichtbau- und Medizinanwen- Fachbereichs-Kompetenzen zu einem (FKV) dungen neuen interdisziplinären Netzwerk für textilbasierte Bio- und Medizin- Die optimale Ausnutzung des Leicht- Die Simulation von textilen Verstär- textilien zusammengeführt. Darüber baupotenzials erfordert eine belas- kungsstrukturen ist ein wichtiger hinaus besteht eine enge Koopera- tungsgerechte Auslegung und eine Bestandteil der belastungsgerechten tion mit zahlreichen universitären kontinuierliche Langzeitüberwachung Auslegung von Textilverstärkungen für und außeruniversitären Forschungs- von FKV-Bauteilen. Des Weiteren ist Verbundwerkstoffe und medizinische stellen sowie Industrie-Unternehmen die strukturintegrierte Aktorik ein Anwendungen. Am ITM werden For- wodurch komplementäre Fachdiszi- aussichtsreiches Mittel um derartige schungsarbeiten in den Bereichen der plinen wie Medizin, Hygiene, Chemie Werkstoffe gezielt mit zusätzlichen Drapiersimulation, der Zuschnittge- und Biologie in die Forschungsgruppe Funktionen auszustatten. Am ITM nerierung, der Multiskalensimulation mit einbezogen werden. Die For- erfolgen grundlegende und anwen- sowie der Simulation der Permeabilität schungsgruppe verfügt über lang- dungsorientierte Forschungstätigkei- von textilen Strukturen durchgeführt. jährige Erfahrungen und Kompeten- ten zur Realisierung textilbasierter Begleitend werden textilphysikalische zen in grundlagenorientierter und Überwachungs- und Aktorsysteme Prüfungen entwickelt und verbes- anwendungsnaher Forschung textil- u.a. durch die Integration von pie- sert. Modellierung und numerische basierter Biomedizintechnik und zoresistiven CF-Sensoren bzw. Form- Simulationsmethoden unterstützen Medizintextilien sowie die dazu gedächtnislegierungen in die Ver- den gesamten Herstellungsprozess notwendigen Anlagentechniken. Die bundstruktur während des textilen von Faserkunststoffverbunden (FKV), Entwicklungsprojekte umfassen ein Herstellungsprozesses. Bedingt durch angefangen bei der Bauteilgestaltung breites Themenspektrum von neuen den interdisziplinäreren Charakter der und auslegung über die Belastungs- biokompatiblen Fasern, über 2D- Forschungstätigkeiten (insbeson- analyse bis hin zur Anpassung der tex- und 3D-Textilkonstrukten bis hin zur dere Textil-, Elektrotechnik und Che- tilen Verstärkungsstruktur, z.B. durch Anlagenentwicklung für die anfor- mie) zur textiltechnischen Realisierung Einführung von gradierten Eigenschaf- derungsgerechte Herstellung von und messtechnischen Charakterisie- ten. Mit Hilfe der Drapiersimulation innovativen Produkten für die rege- rung der funktionalisierten FKV-Struk- kann der Herstellungsprozess von FKV nerative Medizin. Die Entwicklungen turen finden diese in enger Koopera- analysiert und optimiert werden, um

MATERIALFORSCHUNGSVERBUND DRESDEN – MFD 2016eine belastungsgerechte Faserorien- Einführung moderner Methoden bereich führt die Verwendung ska-tierung im Bauteil zu gewährleisten. der Produktentwicklung unter Ein- lierbarer Avatare zu einer morpholo-Die Multiskalensimulation unterstützt satz von CAE, die Einbindung der gischen Gradierung. Funktionalitätdie Entwicklung textiler Strukturen für Materialeigenschaften der textilen und Passform können deutlichLeichtbau- und Medizinanwendungen. Halbzeuge zur Produktsimulation verbessert werden. Um die Verbin-Die Betrachtung der Strukturen auf und die Entwicklung geeigneter dung zum Schnittbildlegen und zumder Mikro- und Mesoebene durch Messtechnik. Die Konfektionie- CNC-Cutter in gewohnter Weise zurepräsentative Volumenelemente er- rung Technischer Textilien ist ein realisieren, werden die Zuschnittemöglicht die Vorhersage der aniso- wesentlicher Arbeitsschwerpunkt. aus der 3D-Geometrie automatischtropen mechanischen Eigenschaften Für die konstruktive Umsetzung berechnet. Diese Technologie hatvon textilen Strukturen im Rahmen der Entwürfe stehen für Lehre und sich bereits in zahlreichen Kooperati-virtueller Materialprüfungen. Somit Forschung modernste Softwarelö- onsprojekten mit Industrie und Wirt-können bereits zu Beginn der Ent- sungen in 3D-Technik zur Verfü- schaft im realen Einsatz erfolgreichwicklungskette das mechanische oder gung. Das CAE-Labor verfügt über bewährt.physikalische Verhalten von textilen vielfältigste Software zur Produkt-Strukturen vorhergesagt und diese entwicklung von Bekleidung undeffizient ausgelegt werden. Technischen Textilien. Ein wesentli- cher Forschungsschwerpunkt bestehtProduktentwicklung für biege- in der Verbesserung der Konstrukti-weiche Materialien – Vom Design onsautomation durch Verwendungzum Fertigteil: 3D-CAD+Simulation von Mastermodellen. Damit kann eine große Modellvielfalt ohne er-Die Forschungsaktivitäten konzen- höhten Konstruktionsaufwandtrieren sich auf die Erarbeitung und realisiert werden. Im Bekleidungs-

96 – 97 SANDLER AG Vliestechnologie als Quelle für Polymere Werkstoffe für LWRT: Sandwichkerne und TPC Die Sandler AG entwickelt und Sandwichkerne zen und Formgebung ein polymeres produziert Vliesstoffe für unter- Sandwichkonstruktionen als Mehrla- Netzwerk mit Polymerfaserverstär- schiedlichste Anwendungen. Im genaufbau mit einem voluminösen kung vorliegt. technischen Sektor gewinnen da- Kern und zwei kompakten, im Ver- bei Composites immer mehr an gleich zum Kern dünnen Deckschich- Als Deckschichten wurden carbon- Bedeutung. Mit zwei neuartigen ten sind Stand der Technik für die und glasfaserverstärkte Duroplaste in Entwicklungsansätzen an der Herstellung von Leichtbauteilen im Form von Prepregs gewählt, welche Schnittstelle zwischen klassischer Transportwesen. Dabei handelt es zusammen mit dem Vlies verpresst Textilindustrie und Kunststoff- sich üblicherweise um geschäumte und gleichzeitig ausgehärtet werden. technik stellt Sandler neue Kon- Polymere oder Wabenkonstruktio- Die Haftung der Deckschichten zum zepte für Lightweight Reinforced nen. Diese Technologie gerät dann Kern wird ohne weitere Klebstoffe Thermoplastics (LWRT) Bauteile an ihre Grenzen, wenn sphärisch oder dergleichen erzielt. Dies wird im vor: polyesterbasierte Kerne geformte Strukturen gefordert sind. Bruchverhalten bei der Biegeprüfung für Sandwichkonstruktionen Spezielle Wabentechniken sind sehr z.B. nach DIN EN ISO 14125 deutlich. und Thermoplastvliese für die kostspielig und die Verformung der Die Prüfkörper versagen in der Regel Herstellung von Thermoplastic Schäume gelingt nur oberhalb der durch Bruch der Deckschicht oder Composites (TPC). Schmelztemperaturen der Polymere, Delaminierung in der Vliesschicht. so dass hier eine Schädigung des Kontakt Schaumgerüsts und in der Folge ein Thermoplast-Vliesstoffe für TPCs Abfall der mechanischen Kenndaten Unter anderem können Vliesstoffe Sandler AG erfolgt. auch im Schmelzspinnverfahren als Lamitzmühle 1 Wirrfaservliese hergestellt werden. D-95126 Schwarzenbach/Saale Um dem Konstrukteur und Anwen- Als Polymere sind eine breite Aus- Tel.: +49 (0)9284 60-0 der einen alternativen Werkstoff zur wahl von Polypropylen über Polyamid Fax: +49 (0)9284 60-205 Verfügung zu stellen, wurde ein neuer bis hin zu speziellen Polyestern ver- [email protected] Ansatz gewählt: ein aus Polyesterfa- fügbar. Man erhält flächige Werk- www.sandler.de sern hergestellter Vliesstoff, welcher stoffe mit feinsten Fasern und großer im Thermopressverfahren verformt ‚innerer‘ Oberfläche. und unter Bildung einer Sandwich- konstruktion mit Deckschichten ver- Es wurde nun untersucht, welche sehen wird. Der verdichtete Vliesstoff Vorteile diese Halbzeugform für die dient dabei als Sandwichkern. Beim Herstellung von Thermoplastischen Halbzeug Vlies handelt es sich um Composites („Organobleche“) bieten eine spezielle Mischung aus Schmelz- kann. Dabei dient das Schmelzfaser- und Stützfasern, so dass nach Erhit- vlies als Quelle für das thermoplasti-

SANDLER AGsche Polymer, als Verstärkungsfasern Schmelzviskosität, um die Benetzung wie z. B. Folien. Als Nebeneffektkönnen Glas- oder Carbongewebe von Verstärkungsfasern zu gewähr- konnte eine Verminderung von Luft-verwendet werden. Die Verarbei- leisten. einschlüssen festgestellt werden.tung erfolgt als Mehrlagenaufbau in Offenbar unterstützt die feinfaserigeDoppelbandanlagen oder Intervall- Durch diese Kombination erreicht Vorverteilung aller Komponenten diepressen. man eine massive Steigerung der Entlüftung während des Pressvor- Benetzungsgeschwindigkeit und gangs.Dabei nutzt man die extrem hohe damit höhere Produktivität bei derOberfläche der Feinstfaservliese in Herstellung von TPC im Vergleich zu Autor: Dr. Heinrich SommerZusammenhang mit optimierter konkurrierenden Matrixwerkstoffen Faszination VliesSandler AG • Telefon: +49 92 84/60-0 • Fax: +49 92 84/60-205 • E-Mail: info @ sandler.de • w w w.sandler.deSANDL-2016-008_AZ_TN_185x128_RZ_Faszination_Vlies.indd 1 03.03.16 10:06103-015-015_CS5.indd 1 04.03.16 14:15

98 – 99 IM BLICKPUNKT Werkstoffwissenschaft Fotos: Bildarchiv IfWW