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Entwicklung neuer mikro- und nanostrukturierter Keramiken im Werkstoffverbund mit Aluminium

Das Projekt "Entwicklung neuer mikro- und nanostrukturierter Keramiken im Werkstoffverbund mit Aluminium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Justus-Liebig-Universität Gießen, Institut für Anorganische und Analytische Chemie durchgeführt. 1. Ziel der Forschungsarbeiten der Giessener Arbeitsgruppe ist es, neue Oberflächeneigenschaften des Verbunds Aluminium/Aluminiumoxid durch eine Kombination aus Mikro-/Nanostrukturierung zu erzeugen. Hierbei handelt es sich insbesondere um mechanische (Haptik), optische, magnetische sowie aber auch katalytische und antibakterielle Eigenschaften. 2. Verschiedene Ansätze zur anodischen Oxidation (z.B. Mehrfach- oder Hochfeld-Anodisierung oder der Einsatz spezieller Elektrolyte wie z.B. ionische Flüssigkeiten) sollen entwickelt werden, um unterschiedliche Porendesigns in der Aluminiumoxidschicht zu erzeugen. Daran anschließend sollen verschiedene Wege zur Beschichtung/Modifizierung der Poren mit mesoporösen Materialien entwickelt und angewendet werden. Außerdem sollen die Aluminiumoxidporen durch Einbringen von Metall- oder Halbleiter-Nanopartikeln gezielt funktionalisiert werden. 3. Die im Labor erhaltenen Ergebnisse sollen dazu dienen, Oberflächenmodifizierungsverfahren, die die gewünschten Funktionen bei minimalem Materialeinsatz (nachhaltige Ressourceneffizienz) erzielen, zu ermitteln um sie im ersten Schritt in die Versuchsanlage und langfristig in ein Fertigung zu integrieren.

Teilprojekt: Oberflächenstrukturierung funktionaler Oberflächen mittels Ultrakurzpulslaser

Das Projekt "Teilprojekt: Oberflächenstrukturierung funktionaler Oberflächen mittels Ultrakurzpulslaser" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Gehring Technologies GmbH + Co. KG durchgeführt. Ziel des beantragten Vorhabens ist die Abbildung sämtlicher nötiger Schritte für die Auslegung und Herstellung funktionaler Mikrostrukturen an hoch belasteten Bauteilen aus den Bereichen Motorentechnik, Dichtungstechnik und Fluidtechnik zur Reduzierung des Verbrauchs, der Reibung und des Verschleißes. Ziel der Fa. Gehring Technologies ist es im Rahmen des Projekts eine Basis-Maschine zu entwickeln in welche die Lasertechnik mechanisch, optisch und steuerungstechnisch integriert werden kann. Mit dieser Maschine sollen Bohrungen z.B. Zylinderbohrungen mit tribologisch wirksamen Strukturen versehen werden. Dabei soll die Bearbeitungsgeschwindigkeit im Vergleich zu herkömmlicher ns-Lasertechnik um mind. Faktor 2 gesteigert werden. Im Rahmen des Projekts wird die Basismaschinentechnik zur Integration des schnellen Strahlscanmoduls (optional in Multistrahltechnik) entwickelt und dann die Lasertechnik integriert. Der Schwerpunkt liegt dabei in der steuerungstechnischen Integration der Komponenten Strahlquelle und Scanmodul. Dafür muss die heute verwendete Steuerung GHC maßgeblich verändert werden, um unter Anderem die synchrone Ansteuerung von Maschinenbewegungen, Scanbewegungen und überlagerter Strahlmodulation bewerkstelligen zu können. Auf Basis dieser Maschine werden im weiteren Projektverlauf geeignete Parametersätze entwickelt mit denen sich die schmelzfreie Strukturierung von Bauteilen wirtschaftlich darstellen lässt. Zudem werden Musterbauteile zur Validierung strukturiert.

Teilprojekt: Maschinenentwicklung sowie Bauteil- und Prozessoptimierung in der Dichtungstechnik

Das Projekt "Teilprojekt: Maschinenentwicklung sowie Bauteil- und Prozessoptimierung in der Dichtungstechnik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freudenberg Anlagen- und Werkzeugtechnik GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel: Ziel des beantragten Gesamtvorhabens SmartSurf ist die Abbildung sämtlicher nötiger Schritte für die Auslegung und Herstellung ressourcensparender, dreidimensionaler Mikrostrukturen an hoch belasteten Bauteilen. Unter Ressourcen werden hier vor allem Energie und Material verstanden. Im Rahmen des Teilvorhabens 'Maschinenentwicklung sowie Bauteil- und Prozessoptimierung in der Dichtungstechnik' werden von der FAW zwei Teilziele verfolgt: Zum einen die Entwicklung einer aus Serienproduktionssicht optimierten Maschinentechnik zum Laserstrahlabtragen von Mikrostrukturen und zum anderen die Realisierung von Ressourceneinsparungen bei Dichtungsbauteilen während der Bauteilproduktion und während des Einsatzes basierend beides auf Mikrostrukturen (Bauteilanwendung). 2. Arbeitsplanung: Während der Projektlaufzeit werden 6 Projektphasen durchlaufen: Entwicklung topographischer Mikrostrukturen zur Ressourceneinsparung (Simulation), Entwicklung einer Hochgeschwindigkeits-Laserstrukturierungstechnik, Messtechnik zur Charakterisierung von Mikrostrukturen, Entwicklung einer Maschinentechnik zur schnellen und flexiblen Fertigung, Entwicklung ressourceneffizienter Demonstrator-Bauteile und seriennahe Validierung der Oberflächenstrukturen.

Teilprojekt: Entwicklung reibungs- und verschleißoptimierter dynamischer Dichtungen

Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung reibungs- und verschleißoptimierter dynamischer Dichtungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des beantragten Vorhabens ist die Abbildung sämtlicher nötiger Schritte für die Auslegung und Herstellung funktionaler Mikrostrukturen an hoch belasteten Bauteilen aus den Bereichen Motorentechnik, Dichtungstechnik und Fluidtechnik zur Reduzierung des Verbrauchs, der Reibung und des Verschleißes. Das Teilvorhaben 'Entwicklung reibungs- und verschleißoptimierter dynamischer Dichtungen auf der Basis funktionaler Oberflächenstrukturen' hat das Ziel reibungsmindernde Mikro- und Nanostrukturen für die Anwendung in Dichtungssystemen zu entwickeln und diese in Demonstratoren umzusetzen. Als Grundlage für die folgenden Untersuchungen werden zu Beginn des Projektes die Produktanforderungen und Betriebsbedingungen ermittelt und mit den Partnern abgestimmt. Nach einer Modellierung des Fluidsystems werden zunächst mit Hilfe von Simulationsergebnissen und Screeningversuchen mögliche wirksame Oberflächenstrukturen ausgewählt. Die mit Hilfe der Charakterisierung, Modellierung und Simulation gewonnen Erkenntnisse werden in Dichtungs-Demonstratoren umgesetzt und diese anschließend in Prüfläufen getestet. Ein Vergleich der Ergebnisse liefert zum einen die aus der dichtungstechnischen Sicht wirksamste Struktur und stellt zum anderen eine Validierung der Simulationsläufe dar. Dieser Gesamtvorgang wird iterative Optimierungsschleifen beinhalten.

Teilprojekt: Charakterisierung laserstrukturierter Zylinderlaufbahnen hinsichtlich Reibung und Ölverbrauch

Das Projekt "Teilprojekt: Charakterisierung laserstrukturierter Zylinderlaufbahnen hinsichtlich Reibung und Ölverbrauch" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Mercedes-Benz Group AG durchgeführt. Ziel des beantragten Vorhabens ist die Abbildung sämtlicher nötiger Schritte für die Auslegung und Herstellung funktionaler Mikrostrukturen an hoch belasteten Bauteilen aus den Bereichen Motorentechnik, Dichtungstechnik und Fluidtechnik zur Reduzierung des Verbrauchs, der Reibung und des Verschleißes. Ziel des Teilprojektes ist die Qualifizierung der Verbrauchs- und Verschleißreduzierungspotenzialen, die mittels Mikro-laserstrukturen auf der Zylinderlaufbahn von Verbrennungsmotoren erzielt werden kann. Zur Ermittlung der Reibungs- und Verschleißreduzierungseffekte bei Verbrennungsmotoren werden sowohl Messungen zur grundlegenden Charakterisierung von Reibung und Verschleiß von laserstrukturierten Laufbahnoberflächen mittels einfacher tribologischer Modelltests, als auch Messungen zur Überprüfung der Einflüsse der Laufbahnstrukturen auf die motorischen Funktionseigenschaften Reibung und Ölverbrauch an einem speziellen 1-Zylinder-Reibkraftaggregat und auch an Vollmotoren durchgeführt. Ein vorhandener Demonstrator wird modifiziert und für geplante Arbeiten genutzt.

Anwendung des potentiodynamischen Nachweisprinzips auf mikrostrukturierte Sensoren

Das Projekt "Anwendung des potentiodynamischen Nachweisprinzips auf mikrostrukturierte Sensoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bonn, Institut für Physikalische und Theoretische Chemie durchgeführt. Durch Mikrostrukturierung der Sensorelektroden (20 mym x 20 mym) lassen sich Konzentrationen bis hinunter zu 0,25 ppm kontinuierlich auch in schlecht leitfaehigen Elektrolyten bestimmen, z.B. Regenwasser.

Eigendefekte und Störstellen in den Elektrolyt- und Kathodenmaterialien von Brennstoffzellen

Das Projekt "Eigendefekte und Störstellen in den Elektrolyt- und Kathodenmaterialien von Brennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Festkörperelektronik durchgeführt. Eigendefekte und Störstellen in Festkörperelektrolyten beeinflussen die Ionen- und Elektronenleitfähigkeit, die Wechselwirkungen an den Grenzflächen der Elektroden und des Elektrolytes und die Langzeitstabilität von Feststoffoxid-Brennstoffzellen. Die Zielsetzung des Projektes besteht in der Untersuchung der Defektbildungsmechanismen während der Synthese von Materialien mit Nanoabmessungen und des Einflusses dieser Defekte auf die ionische und gemischt ionisch-elektronische Leitfähigkeit von Verbindungen mit perowskitähnlicher Struktur. Die Materialsynthese erfolgt mit dem Sol-Gel-Verfahren, mittels hydrothermischer Synthese in einem Autoklaven und durch Zerstäuben. Die Defektcharakterisierung wird mittels Elektronenspinresonanz-, Kernspinresonanz- und dielektrischer Spektroskopie durchgeführt. Der Mechanismus der Steigerung des Ladungsträgertransportes in Bezug auf Materialzusammensetzung sowie Mikro- und Nanostruktur wird mittels Röntgendiffraktometrie, Transmissions- und Rasterelektronenmikroskopie, Atomkraftmikroskopie u.a. beurteilt. Die zu erwarteten Ergebnisse sind auf Feststoffoxid-Brennstoffzellen und keramische Hochtemperatur-Oxidsensoren anwendbar.

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