Vorlaufforschung 2015

cTNT – Kohlenstoffdotierte Titanoxidnanotubes für die Anwendung in Brennstoffzellen zur Energiegewinnung aus Wasserstoff

Ziel des Projekts war die Modifizierung und Optimierung des Herstellungsprozesses von kohlenstoffdotierten Titanoxid-Nanotubes. Die Homogenität des Produkts und die Zuverlässigkeit des Prozesses sollten verbessert werden. Zu diesem Zweck wurde einer der Prozessschritte, das Einbringen des Kohlenstoffs in das Material, verändert. Die Dotierung erfolgt im Ethin/Stickstoff-Strom unter gleichzeitiger Temperaturbehandlung. Bisher wurde dieser Prozessschritt unter teilweise schlecht kontrollierbaren Bedingungen durchgeführt, was zu einer geringen Ausbeute an verwendbarem Material führte. Der Prozess wurde im Rahmen des Projekts erfolgreich auf die Behandlung in einem Drehreaktor umgestellt. Erste Untersuchungen des resultierenden Materials deuten auf eine höhere Ausbeute an homogenem Endprodukt hin.

 

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kam_Helbig_Bericht_Vorlaufforschung_2015_cTNT.pdf

Schadensdetektion und Lebensdauerabschätzung an schwingbeanspruchten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen

Ziel des Projekts war die Untersuchung des Verhaltens von CFKStrukturen bei einer Beanspruchung unter einer wechselnden, dynamischen Belastung. Insbesondere soll das Auftreten der wesentlichen Schädigungsmechanismen wie Delamination, Zwischenfaserbruch und Faserbruch und die Auswirkungen auf die Restfestigkeit des Materials untersucht werden. Zur Charakterisierung der Schädigungen wurden die Verfahren Phased-Array-Ultraschall, Computertomographie und Acoustic Emmission eingesetzt. Anhand der gewonnen Daten soll ein Schädigungsmodell abgeleitet werden, dass die Vorausberechnung der Lebensdauer von Faserverbundkonstruktionen in Abhängigkeit von den wirkenden dynamischen Lasten erlaubt.

 

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kam_vonGroßmann_Sandner_Bericht_Vorlaufforschung_2015_SchadensdetektionanCFK.pdf

Wirbelschichtreaktor –
Entwicklung einer Pilotanlage zur thermischen Behandlung organischer, metallischer und keramischer Mikrobauteile in der Wirbelschicht

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Wirbelschichtreaktors, in dessen Reaktionskammer höchste Temperaturen von beispielsweise 1.300 °C innerhalb weniger Sekunden konstant eingestellt werden können. Bei diesen hohen Temperaturen werden kleinteilige keramische Mikrobauteile (z.B. Spulenkörper aus Steatit) im Schwebezustand gesintert. Das Verfahren soll neben der Sinterung von Elektrokeramik die thermische Behandlung von Produkten anderer Werkstoffgruppen wie Metalle oder organische Werkstoffe kleinster Produktdimensionen auch bei niedrigeren Temperaturen ermöglichen.

 

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wf_Krcmar_Bericht_Vorlaufforschung_2015_EntwicklungWirbelschichtreaktor.pdf

OHMKnife -Thermomechanisches Schmieden perlitisch-martensitischer Chromstähle

Die meisten hochwertigen und rostfreien Messerklingen bestehen aus perlitisch-martensitischen Chromstählen. Allerdings erreicht bis heute kein rostfreies Schneidwerkzeug die Schneideigenschaften von nicht rostfreien Stählen, die einen deutlich geringeren Chromgehalt aufweisen. Chrom bewirkt in Stählen bei ausreichend hohen Konzentrationen von über 12-18 Gew.% die Bildung einer diffusionsdichten Oberflächenschicht aus Chromoxid, welche die Korrosion des Stahls wirksam verhindert. Allerdings bildet Chrom mit dem Kohlenstoff des Stahls auch sogenannte Karbide. Diese scheiden sich bei konventioneller Herstellung als harte, grobe Partikel im Werkstoff aus und stören die Schneideigenschaften, indem sie an der Schneidkante entweder als Zähne verbleiben oder zu Ausbrüchen führen. Deswegen weisen Klingen aus Chromstählen eher Eigenschaften einer (Mikro-)Säge auf. Perfekte Schneidwerkzeuge sollen aber eine scharfe gerade Schnittkante aufweisen, um mit wenig Kraft einen glatten sauberen Schnitt ausführen zu können. Solche Schnittkanten kann man bis heute nur mit Stahlsorten erzielen, die so wenig Chrom enthalten, dass sich keine Karbide bilden. Typischer Weise enthalten solche Stähle unter 3 Gew.% an Chrom und sind damit keinesfalls korrosionsresistent. Eine technische Lösung, die optimale Schnitteigenschaften in rostfreien Stählen ermöglicht, ist bis heute nicht gefunden.

 

Einen Ausweg aus diesem Widerspruch zwischen Schneideigenschaften und Korrosionsbeständigkeit könnte das thermomechanische Schmieden bieten. Der grundlegende Vorteil thermomechanischer Behandlungen von Stählen liegt darin, dass durch die gleichzeitige Umformung und Abkühlung ein sehr viel feineres und homogeneres Gefüge erzielt wird als bei konventionellem, rein thermischen Härten von Stahl. Insbesondere die für die Schneideigenschaften kritischen Karbide bilden sich nach aktuellen Forschungsergebnissen bei einer thermomechanischen Behandlung in viel feinerer Form aus [2].

 

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wt_Reichstein_Kraft_Bericht_Vorlaufforschung_2015_OHMKnife.pdf

Vorlaufforschung 2014

Dispergier-Additiv für Carbon-Nano-Partikel (CNPs)

Carbon Nanotubes (CNTs) verfügen über exzellente mechanische Eigenschaften. Mit ihrem Einsatz als verstärkende Additive für Kunststoffe wurden große Hoffnungen verbunden, die sich aufgrund mangelnder Wechselwirkungen zwischen CNTs und Kunststoffen nicht erfüllten. Ein neuartiges Additiv soll diese Wechselwirkungen kompatibilisieren. Als Ansatz dient dabei, dass Aromaten mit Elektronenmangel-Verbindungen π-Komplexe bilden.

 

Im Rahmen dieses Vorlaufforschungsprojekts wurden neue Dispergier-Additive hergestellt, die besonders starke Wechselwirkungen mit Carbon-Nanopartikeln (CNPs) aufweisen. Diese Additive können die Stabilität von CNP-Dispersionen auch nach Zentrifugation aufrechterhalten.

 

Die Erfindung wurde am 23. Februar 2015 zum Deutschen Patent unter dem Aktenzeichen DE 10 2015 102 553 mit dem Titel „Dispergieradditiv“ angemeldet.

 

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ac_Wehnert_Bericht_Vorlaufforschung_2014_Dispergieradditiv.pdf

Vorlaufforschung 2016

Herstellung und Charakterisierung biogener mikrostrukturierter Partikel

Das Projekt „Herstellung und Charakterisierung biogener mikro-strukturierter Partikel“ zielt darauf ab, die Kultivierung der Mikroalge Emiliania Huxleyi, eine spezielle Algen-Spezies im Labormaßstab zu erforschen. Im Fokus steht die Fähigkeit des biogenen Systems, Partikel mit definierter Struktur zu erzeugen. In den Reaktoren der TH Nürnberg wird zuerst der Kultivierungsprozess für das biogene Gemisch etabliert und eine hinreichende und fehlerfreie Menge von Coccolithen, sogenannte Kalzitplätchen, hergestellt. In der Aufbereitungsstrategie werden die Coccolithen bis zu einer hinreichenden Konzentration (nahe dem Konzentrationsmaximum) produziert und einem Reinigungsprozess zugeführt. Bei dem derzeitigen Prozess kann es zum Teilverlust der Coccolithen kommen. Es ist geplant, an der TH Nürnberg ein Alternativverfahren zu entwickeln, so dass die komplexe Struktur dieser Partikel erhalten bleibt. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung der Partikel mit Fokus auf die Struktur der Coccolithen.

 

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Teipel_Bericht_Vorlaufforschung_2016_Partikel.pdf

BioGlas - Scaffolds aus Glas für ‚Tissue Engineering‘ mit einstellbaren Wachstumsfaktoren

Beim Krankheitsbild der Arthrose werden die Knorpel in den Gelenken angegriffen und teilweise aufgelöst. Die Forschung an der TH Nürnberg zielt darauf ab, körpereigenes Gewebe in vitro zu züchten und es anschließend in den Körper zu übertragen. Die Zellen sollen auf einem Träger wachsen, in der Form der geschädigten Stelle im Gelenk des Patienten. Das Ziel ist, dass dieser Träger sich zu einem späteren Zeitpunkt selbsttätig restlos auflöst. Im Rahmen des Projekts werden bioaktive poröse Gläser entwickelt, die sich besonders für das Wachstum von Knorpelgewebe eignen. Durch die Optimierung der Zusammensetzung kann die Auflösungsgeschwindigkeit mit einem kontrolliertem Zellwachstum auf den Gläsern gesteuert werden.

 

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Lenhart_Bericht_Vorlaufforschung_2016_BioGlas.pdf

Rheologisches Tieftemperaturverhalten von Schmierölen und - fetten

In der Rheologie wird das Verformungs- und Fließverhalten eines Materials untersucht. Rheologische Messungen an Schmierstoffen (Schmieröle und Schmierfette) als komplexe „Flüssigkeiten“ sind durch zwei parallel ablaufende Prozesse gekennzeichnet: Ölbestandteile gefrieren aus und zugleich verfestigen sich Verdickerstrukturen. Deshalb sind die Messungen vor allem bei tiefen Temperaturen schwer zu interpretieren. Um beurteilen zu können, in welchem Maße die Bildung von Kristallen und /oder die Verfestigung die Fließfähigkeit eines Schmierfettes beeinträchtigt, wird ein Mikroskop an ein Rheometer angekoppelt. Damit lässt sich unter Verwendung von polarisiertem Licht die Kristallisation verfolgen und mit der gemessenen Viskosität verknüpfen. Die Beobachtung der „Beweglichkeit“ eingebrachter Partikel in einem oszillierenden Scherfeld ermöglicht Rückschlüsse auf die Festigkeit von Verdickerstrukturen.

 

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Jacob_Bericht_Vorlaufforschung_2016_Verformungsverhalten.pdf