Fraunhofer IKTS Blog

Stephan Heilmann entwickelt Software für Prüfsysteme mit dem Ziel, für größte Betriebssicherheit zu sorgen – und dieser Job führte ihn bereits hoch auf Windkraftanlagen, auf die Schiene, in die Pariser Kanalisation und auf den Meeresgrund.

Verschleißfest, elektrisch oder thermisch isolierend, korrosionsbeständig – die Anforderungen an Bauteiloberflächen sind in vielen Industrieprozessen sehr hoch und erfordern äußerste Präzision. Das Atmosphärische Plasmaspritzen (APS) als eine besonders kostengünstige Form des thermischen Spritzens erfüllt die hohen Ansprüche, die in der Industrie gefragt sind. Die Technologie wird am IKTS seit fast dreißig Jahren verfeinert und für verschiedene keramische Beschichtungen qualifiziert. Nun werden Technologien und Know-how in die Kommerzialisierung überführt.

Hartmetalle feiern nächstes Jahr ihr 100-jähriges Bestehen und sind inzwischen weitgehend optimiert. Dennoch gibt es aktuelle Herausforderungen, die zu neuartigen Entwicklungen und Wettbewerbsvorteilen durch höhere Verschleißfestigkeit und geringere Kosten sowie zur schonenden Ressourcennutzung führen.

Mit speziellen Ultraschallwellen kann man lange Objekte, wie Rohrleitungen, effizient auf Schäden überwachen. Forschende am Fraunhofer IKTS haben nun eine neue Anwendungsmöglichkeit für dieses inzwischen etablierte Verfahren gefunden und mit der gerade ausgegründeten Firma Nicoustic AS an den Markt gebracht: Die Bestimmung von Füllständen in geschlossenen Behältern. Dies ist nicht nur für die Öl- und Gasindustrie von Bedeutung, sondern auch für den Transport und die Lagerung von grünem Wasserstoff oder klimaneutralen Kraftstoffen.

Wie reagieren Nanopartikeloberflächen mit Proteinen im Blut? Wie muss die Oberfläche der Gründungsstrukturen von Offshore-Windkraftanlagen beschaffen sein, damit sich kein Biofilm darauf bildet? Welche Eigenschaften sollte die Oberfläche eines Implantats aufweisen, damit es gut einwächst? Wie kann man maßgeschneiderte Suspensionen für die keramische Fertigung herstellen? Das sind Fragestellungen, mit denen sich die Forschungsgruppe »Pulver- und Suspensionscharakterisierung« am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS auseinandersetzt. Für eine breite Palette an Themengebieten liefert das Team verlässliche Daten. Dabei stellt die langjährige Erfahrung in Analytik und Auswertung ein Alleinstellungsmerkmal dar.

Ausfälle elektronischer Bauteile oder gar kompletter Platinen können teuer werden. Elektronik-, Leistungselektronik- und Sensorsystemhersteller haben nun die Möglichkeit, über funktionskeramische Leuchtstoffe, die am Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickelt wurden, exakt zu eruieren, wie heiß ein defektes Bauelement geworden ist oder wo der Hotspot auf einer Leiterplatte lag. Das bringt den Herstellern Vorteile bei Reklamationen und kann erheblich zur Qualitätsverbesserung sowie Qualitätssicherung von Produkten beitragen.

Mit Biomassetechnologien und Nährstoffrecycling entwickeln IKTS-Forschende zusammen mit Partnern umweltfreundliche und ertragreiche Torfalternativen für die Speisepilzzucht. Im Fokus steht dabei die effiziente Nutzung regionaler nachwachsender Rohstoffe und biogener Reststoffe.

In Deutschland werden knapp 70 Prozent der industriell genutzten Energie für thermische Prozesse aufgewendet. Insbesondere hinsichtlich der Energieeffizienz, CO₂-Reduktion und Ressourcenschonung gilt es, komplexe Fragestellungen zu beantworten. Die Arbeitsgruppe »Thermische Analyse und Thermophysik« am Fraunhofer IKTS geht thermischen Prozessen seit 30 Jahren auf den Grund. Seither hat sich auch in den Laboren viel getan: Die einfachen Messgeräte mit analoger Datenausgabe für thermoanalytische und thermophysikalische Parameter wurden durch moderne, digitale Anlagen ersetzt. Im Zuge der Digitalisierung werden die Daten zunehmend gekoppelt und für die Modellierung thermischer Prozesse und Bauteileigenschaften nutzbar gemacht.

Ein digitaler Zwilling ist der virtuelle Nachbau eines Objekts, quasi sein Spiegelbild. Es besteht aus Daten und Modellen – und kann das Verhalten des Objekts beschreiben oder vorhersagen. Über virtuelle Tests, Simulationen und Risikoanalysen können Probleme frühzeitig erkannt und der Wartungsaufwand gesenkt werden. Die Daten auf deren Grundlage der Digital Twin arbeitet, müssen im Vorfeld bestimmt werden. An solchen Sensoren, d. h. Messfühlern, die die benötigten Daten messen und bereitstellen, arbeitet das Fraunhofer IKTS.

Um die Ozeane von umweltschädlichen Schwermetallen und Bioziden zu entlasten, entwickeln IKTS-Forscherinnen derzeit in Rostock und Dresden neuartige Keramikbeschichtungen für Schiffe und Meeresplattformen. Diese besonders beständigen und nachhaltigen Schutzschichten sollen Organismen möglichst schonend davon abhalten, die maritimen Strukturen zu überwuchern. Und bei diesen Forschungen geht es oft stürmisch zu.