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Die Technische Hochschule Deggendorf betreibt gemeinsam mit der Hochschule für angewandte Wissenschaften in Ansbach, der Stadt Weißenburg und dem Landkreis Weißenburg-Gunzenhausen den kunststoffcampus bayern. Im Fokus dieser Kooperation steht die Vernetzung mit der Industrie, die Erarbeitung und Durchführung von maßgeschneiderten Lehrangeboten sowie die Betreuung von Forschungs- und Entwicklungsaufträgen. Am Technologiezentrum wird in Forschungsprojekten wissenschaftliches Know-How mit den Anforderungen der industriellen Wertschöpfungskette verknüpft. Hierzu entwickeln wir mit unseren Partnern gemeinsam Strategien und bieten bei der Wahl der Fördermöglichkeiten jederzeit Unterstützung. Bei der Lösung von werkstoffbezogenen Fragestellungen oder in der Bauteilprüfung steht eine hochwertige Geräteausstattung zur gemeinsamen Nutzung zur Verfügung. Das Studienzentrum setzt seine Schwerpunkte in der akademischen Aus- und Weiterbildung, den berufsbegleitenden Bachelorstudiengängen und der Möglichkeit durch modulare Studienangebote oder Seminare einzelne Zertifikatsabschlüsse zu erlangen.
Das Technologiezentrum (TZ) Weißenburg ist ein Technologie Campus der Technischen Hochschule Deggendorf und bildet in Kooperation mit der Hochschule Ansbach das Technologie- und Studienzentrum (TSZ) Weißenburg. Neben der regionalen kunststoffverarbeitenden Industrie und Bildungseinrichtungen ist das TSZ Weißenburg Teil des vom Landkreis Weißenburg-Gunzenhausen und der Stadt Weißenburg i. Bay. eingerichteten Kunststoffcampus Bayern.
Das TZ Weißenburg treibt die wissenschaftlich-technische
Entwicklung von
• Herstellungsverfahren,
• Bauteil- und Systemprüfung,
• Funktions- und Strukturintegration,
• Verifikation und Validation
mit Schwerpunkt auf die Kunststoff– und Kunststoffverbundtechnik voran.
Das TZ Weißenburg will langfristig eine führende Rolle in der Forschung und Entwicklung sowie als Dienstleister für die kunststoffverarbeitende regionale und überregionale Industrie einnehmen.
Der Kunststoffcampus-Bayern ruft zur Zusammenarbeit der Technischen Hochschule (TH) Deggendorf und der Hochschule (HS) Ansbach im TSZ Weißenburg auf, um Synergien zu erzeugen und nach außen ein einheitliches Erscheinungsbild zu vermitteln. Er bündelt Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten der kooperierenden TH Deggendorf sowie Studien- und berufliche Weiterbildungsmöglichkeiten der kooperierenden HS Ansbach, der IHK-Mittelfranken und der Fachschule Weißenburg für Kunststofftechnik und Faserverbundtechnologie unter einem Dach.
Neben dem Technologiezentrum Weißenburg ist auch der Technologiecampus (TC) Hutthurm der TH Deggendorf ein tragendes Element des KCB. Der TC Hutthurm kooperiert mit Forschungs- und Entwicklungsthemen zur Ressourceneffizienz durch Prozessentwicklung, Leichtbau und Materialforschung. Das in Treuchtlingen in unmittelbarer Nähe zu Weißenburg ansässige Unternehmen k3-works, ein eigenständiges Tochterunternehmen der Alfmeier Präzision SE, führt Umwelt- und Lebensdauertests in eigens am KCB gemieteten Labor- und Büroflächen durch.
Der Förderverein des Kunststoffcampus Bayern e.V. fördert und entwickelt den Betrieb des KCB; der Verein schafft und pflegt zusätzliche Kontakte zwischen Wissenschaft, Wirtschaft und Öffentlichkeit insbesondere im Landkreis Gunzenhausen-Weißenburg sowie in der Stadt Weißenburg. Der Vereinsvorsitzende ist Dr. Simon Amesöder, (RF Plast GmbH, Gunzenhausen), der stellvertretende Vorsitzende ist Dr. Karl-Friedrich Ossberger, (Ossberger GmbH & Co. KG, Weißenburg).
Im September 2019 und im März 2021 nahmen die beiden neu an die TH Deggendorf berufenen Professoren Dmitry Rychkov und Roland Platz ihre Arbeit als wissenschaftliche Leiter am TZ in Weißenburg auf. Prof. Rychkov vertritt das Lehrgebiet „Nachhaltige Kunststofftechnik“; seine Schwerpunkte liegen in funktionsintegrierten und funktionserweiternden Werkstoffen. Beispiele sind elektroaktive Polymerfolien, elektr. Isolationsmaterialien/ Compounds, Aktuatoren, Sensoren. Ferner engagiert sich Prof. Rychkov für die Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffindustrie. Prof. Platz vertritt das Lehrgebiet „Bewegungsdynamik und Konstruktion“; sein Schwerpunkt liegt in der Zustandskontrolle strukturdynamischer Systeme. Beispiele sind die Identifikation und Simulation der Belastungsspektren lasttragender Systeme wie z. B. für Rahmen- und Lagerstrukturen, Feder-Dämpfer-Systeme im Maschinenbau, Tragwerksstrukturen im Bauingenieurwesen, die Schwingungs-, Stabilitäts- und Lastumleitungskontrolle eben solcher Systeme sowie die Bewertung von Daten- und Modellunsicherheit.
Gemeinsam fokussieren sich die beiden Arbeitsgruppen auf die Weiterentwicklung von Herstellungsverfahren, Strukturintegration sowie Verifikation und Validation in der frühen Entwicklungsphase von Kunststoffbauteilen und -systemen. Daraus leitet sich ein breites Angebot von Dienstleistungen ab.
Ab dem Sommersemester 2025 startet am Technologie- und Studienzentrum in Weißenburg der neue Masterstudiengang Sustainability in Polymer Technology.
Vom Design, der Produktentwicklung und -prüfung über die Produktion hin zum Recycling werden in diesem Masterstudiengang alle Bereiche der Polymertechnik abgebildet. Neben der Bedeutung der Wiederverwertung und Aufbereitung steht auch die Nachhaltigkeit als Leitprinzip während des gesamten Produktlebenszyklus und darüber hinaus im Mittelpunkt.
Am Technologie- und Studienzentrum der Technischen Hochschule (TH) Deggendorf in Weißenburg findest du dank der einzigartigen und hochmodernen Ausstattung die ideale Lernumgebung, zahlreiche Möglichkeiten zur praktischen Vertiefung und wertvolle Anknüpfungspunkte zu Forschung und Industrie.
Weitere Informationen unter:
Um die Anliegen und Interessen des kunststoffcampus bayern bestmöglich nach außen zu tragen und zu unterstützen, wurde im Februar 2015 ein Förderverein auf Initiative des Landkreises sowie den Unternehmern Dr. Simon Amesöder, Gunzenhausen, und Dr. Karl-Friedrich Ossberger, Weißenburg, aus der Taufe gehoben.
Der Zweck des Vereins besteht in der Förderung der Entwicklung und des Betriebs des „kunststoffcampus bayern - Technologie- und Studienzentrum", welcher bekanntlich am 27. März 2015 offiziell eingeweiht wurde.
Ziel des Vereins ist es, Mittel zur Förderung von Wissenschaft und Forschung, der Berufsbildung und der akademischen Aus- und Weiterbildung zu generieren. Dies soll u.a. durch die Schaffung eines Dialogklimas zwischen Wissenschaft und Wirtschaft, durch die finanzielle Unterstützung und Durchführung wissenschaftlicher Veranstaltungen sowie durch die Initiierung und den Ausbau von Kontakten zu relevanten Einrichtungen auch außerhalb der Region Altmühlfranken realisiert werden.
Um die Anliegen und Interessen des Projekts kunststoffcampus bayern bestmöglich nach außen zu tragen und zu unterstützen, wurde im Februar 2015 ein Förderverein aus der Taufe gehoben.
Alle natürlichen oder juristischen Personen, die sich mit den Zielen des kunststoffcampus bayern identifizieren, sind als neue Mitglieder herzlich willkommen.
Zusammensetzung des Vereins:
Vorsitzender: Dr. Simon Amesöder, RF Plast GmbH
Stellvertretender Vorsitzender: Dr. Karl-Friedrich Ossberger, Ossberger GmbH + Co KG.
Schatzmeister: Rudolf Dürr, SWR Dürr Albrecht Körzendörfer Partnerschaft
Schriftführerin: Sabine Unterlandstaettner, Zukunftsinitiative altmühlfranken
Weitere Vorstandsmitglieder:
- Andre Baumann, Verpa Folie Gunzenhausen GmbH
- Andreas Gebhardt, SMA Holding GmbH
- Harald Höglmeier, HP-T Höglmeier Polymer-Tech GmbH & Co. KG
- Michael Meyer, m3profile GmbH Kunststoffverarbeitung
- Klaus Rößler, Schnitzer Group GmbH & Co. KG
Für weitere Informationen und Mitglieder des Fördervereins stehen folgende Links zur Verfügung:
https://www.kunststoffcampus-bayern.de/foerderverein/
https://www.kunststoffcampus-bayern.de/mitglieder-des-foerdervereins/
In der Kunststoffverarbeitung ist zunächst die Aufbereitung notwendig, um aus dem Kunststoffrohstoff eine verarbeitbare Kunststoffmasse herzustellen, z. B. Zerkleinern (Granulieren, Mahlen) sowie Mischen im festen und im plastischen Zustand. Zuschlagstoffe aus Additiven und Füllstoffen werden i. d. R. bis zu 50% dem Kunststoff zugegeben mit dem Ziel, diese möglichst homogen in der Masse zu verteilen und die gewünschten mechanische, thermische, chemischen und elektrischen Eigenschaften in den Kunststoffprodukten zu realisieren. Beim Plastifizieren wird die trocken vorgemischte Kunststoffmasse aufgeschmolzen und während Knetens über Ein- oder Mehrfachschneckensysteme weiter homogenisiert. Nach der Aufbereitung werden Kunststoffprodukte i.d.R. in hohen Stückzahlen über klassische Herstellungsverfahren wie Formpressen, Spritzgießen und Blasformen, sowie Extrudieren, Schäumen, Kalandrieren, Rotationsformen, usw. zu Bauteilen, Folien, Schäumen, Isolierungen, Verpackungen etc. weiterverarbeitet. Die am häufigsten in den klassischen Verfahren zu Produkten verarbeitete Kunststoffe sind Thermoplaste aus Kohlenwasserstoffverbindungen wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchloride (PVC) und Polyethylen-Terephthalat (PET).
2K-Spritzgießmaschine Zweischneckenextruder Plasmaanlage
Additive Fertigungsverfahren bzw. Kunststoffschmelzschichtverfahren gewinnen in der Kunststoffverarbeitung gegenüber den klassischen Herstellungsverfahren seit den 1990er Jahren zunehmend und weltweit an Bedeutung unter dem Begriff Fused Depostion Modeling (FDM). Gegenüber den klassischen Verfahren erlaubt FDM generell die individuelle Maßfertigung, hohe Flexibilität in der Formgebung und geringe Produktionskosten ohne nennenswerte Einschränkungen bei der Herstellung komplexer geometrischer Formen thermoplastischer Kunststoffprodukte. Niedrige Stückzahlen individualisierter Produkte können wirtschaftlich hergestellt werden. Schließlich ermöglicht FDM die Kombination mit Zuschlagstoffen aus Additiven und Füllstoffen für die Funktionsintegration von erweiterten mechanischen, thermischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften, z. B. mit Aluminiumoxid, Glasfaser, Eisenpartikel, Flugasche/Rußpartikel und Kohlenstofffasern oder Kohlenstoffnanoröhrchen.
Das Fused Granular Fabrication (FGF) Verfahren ist ein spezielles FDM-Verfahren, das ohne die Herstellung von Filamenten als Vorprodukt für die additive Herstellung von Kunststoffverbunden (Compounds), wie es beim weiter verbreiteten Fused Filament Fabrication (FFF) Verfahren der Fall ist, auskommt. Das Kunststoffgranulat (1) wird durch den Vortrieb mit einer Extruderschnecke (2) durch eine beheizte Zone (3) aus drei Heizbändern plastifiziert und tritt durch die Extruderdüse (4) zum schichtweisen Aufbau von Strukturen (6) auf einer beheizten Plattform (5) aus.
Durch den Verzicht auf das Filament als Zwischenprodukt vereinfacht sich beim FGF-Verfahren die Herstellung additiv gefertigter Compounds, die einen unterbrechungsfreien Prozess von der Mischung von Granulaten mit Zuschlag-stoffen sowie Masterbatches oder Farbpigmentpulver, Auf-schmelzen, Fördern und Drucken zu Kunststoffbauteilen zulässt. Damit ist es möglich, recycelte Kunststoffgranulate, -pellets oder -flakes direkt zu verarbeiten. Ein zu-sätzlicher Herstellungsprozess eines Filaments aus Granulaten wie fürs FFF-Verfahren ist nicht nötig. Realisierter 3D-Drucker
Derzeit erforscht die Gruppe Varianten zur Prozessregelung des 3D-Druckers, um typische Produktionsfehler beim FGF-Verfahren zu minimieren und die Homogenität der hergestellten Compounds zu maximieren bzw. sie maßgeschneidert realisieren.
Investition wurde von der Europäischen Union durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert.
Schnittbild zum Aufbau des 3D-Druckers
Die Qualität und Sicherheit von Kunststoffprodukten sind von größter Bedeutung. Unzureichende Werkstoffe oder fehlerhafte Bauteile können nicht nur teure Produktionsausfälle verursachen, sondern auch die Sicherheit gefährden. Deshalb ist die Werkstoff- und Bauteilprüfung ein entscheidender Schritt in der Produktentwicklung und -herstellung.
Das TZ Weißenburg besitzt hierfür modernste Technologien und fortschrittliche Prüfverfahren, um den höchsten Qualitätsstandard zu entsprechen. Die Reproduzierbarkeit von den Messergebnissen ist maßgeblich von der Güte der Probekörper abhängig, wofür diverse Maschinen zur Probenpräparation zur Verfügung stehen, um die entsprechenden Prüfungen durchzuführen. Die Untersuchungen können sowohl an Probekörpern als auch an Bauteilen durchgeführt werden.
Investition wurde von der Europäischen Union durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert. Universalprüfmaschine
Die Mikroskopie und Analytik von Kunststoffen ermöglichen einen tiefen Einblick in ihre Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften. Mit Hilfe von hochauflösenden Mikroskopen können Defekte, Verunreinigungen und Unregelmäßigkeiten erkannt werden, die die Qualität beeinflussen können. Die thermische und chemische Analyse von Kunststoffen ist entscheidend, um ihre Zusammensetzung und Eigenschaften zu bestimmen. Mit Techniken wie der Infrarotspektroskopie können wir die chemische Struktur von Kunststoffen entschlüsseln. Dadurch können wir sicherstellen, dass die richtigen Materialien verwendet werden und Qualitätsstandards eingehalten werden.
Die Mikroskopie und Analytik von Kunststoffen deckt verschiedene Bereiche, wie Qualitätskontrolle, Fehleranalyse, Materialentwicklung ab.
Investition wurde von der Europäischen Union durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert.
Investition wurde von der Europäischen Union durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert.
Investition wurde von der Europäischen Union durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert.
Investition wurde von der Europäischen Union durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung kofinanziert. Lichtmikroskop Keyence VHX5000
Der Schwerpunkt liegt in der geregelten Zustandskontrolle funktionsintegrierter strukturdynamischer Systeme. Beispiele sind die Identifikation und Simulation der Belastungsspektren lasttragender Systeme wie z. B. für Rahmen- und Lagerstrukturen, Feder-Dämpfer-Systeme, Tragwerksstrukturen, die Schwingungs-, Stabilitäts- und Lastumleitungskontrolle eben solcher Systeme sowie die Bewertung der Zuverlässigkeit sowie der Daten- und Modellunsicherheit durch numerische Verifikations- und experimentelle Kalibrierungs- und Validierungsverfahren nach Bayes-Inferenzmethoden.
Verbindung eines Schwingspulenaktuators (Voice Coil Actuator) mit einer oszillierenden Masse und Kraftsensor für die Simulation der passiven und aktiven Schwingungsisolierung
Elektische Bewegungsplattform auf acht Beinen (Oktopoden)
Nutzlast: 400 kg (bei 4g)
Beschleunigung: 40 m/s² (in alle Richtungen)
Geschwindigkeit: 2,0 m/s (x/y - Richtung); 1,1 m/s (z - Richtung)
Auslenkung: ± 750 mm ((x/y - Richtung); ± 380 mm (z - Richtung)
Drehbeschleunigung: 450 °/s² (in alle Richtungen)
Drehung: 25° (um x/y - Achse); 35° (um z - Achse)
Bewegungsplattform
Temperaturbereich: -40 °C bis +70 °C
Heiz- / Kühlrate: 2 K/min
Nutzbares Volumen: 1.000 x 1.000 x 1.000 (B xT xH in mm)
Temperaturregelelung: - Boostfunktion
- Rampen-, Kurven- und Punktregelung
Die Bewegungsplattform realisiert experimentelle Bewegungsabläufe und Schwingungserregungen, denen Systeme und Systembauteile in Fahrzeugen auf Straßen, Schienen und in Fabriken, in der Robotik sowie in der Luft- und Raumfahrttechnik und Schiffstechnik ausgesetzt sind. Bei Bedarf ermöglicht eine aufgespannte Klimakammer die experimentelle Simulation von Temperatureinflüssen während der Bewegungs- und Schwingungssimulation.
Bewegungsplattform mit Klimakammer
Ziel der Untersuchungen ist es, die Unsicherheit in verschiedenen mathematischen Modellen zur Vorhersage der passiven und aktiven Schwingungsisolierung zu identifizieren und zu bewerten. In diesem Kontext bedeutet aktive Schwingungsisolierung, dass eine zusätzliche, durch geschwindigkeitsproportionale Rückführung (Verstärkungsfaktor g) geregelte Kraft die Schwingungsisolierwirkung signifikant gegenüber der passiven Schwingungsisolierung ohne die zusätzliche Kraft erhöht. Eine schwingungsfähige Masse m ist über zwei Blattfedern (Biegesteifigkeit YI und Steifigkeitskoeffizient k) mit verstellbaren Längen l sowie einem Schwingspulenaktuator (Dämpfungskoeffizient b, Verstärkungsfaktor g) in einem steifen Rahmen gelagert. Der Rahmen ist ebenso schwingungsfähig über elastische Bänder (Dämpfungskoeffizient b_f≪b und Steifigkeitskoeffizient k_f≪k) gelagert. Ein Modelhammer erzeugt einen Impuls auf den Rahmen, der als Weganregung auf die schwingfähige Masse m weitergleitet wird und diese zu Schwingungen anregt.
Gesamtaufbau mit Messrechner (links), Verstärker und Filterbank (mitte) und Versuchstand (rechts)
Konzeptioneller Aufbau Versuchsstand Amplituden- und Phasen-Frequenz Verläufe für unterschiedliche Dämpfungen und Verstärkungungen
Die Wahrnehmung von Kunststoffen in der Öffentlichkeit ist sehr stark von ihren Umweltaspekten geprägt.
So stehen sie bei Verpackungsmaterialien im Vordergrund, die für Mikroplastik, Treibhausgase und die allgemeine Wegwerfgesellschaft verantwortlich sind. In Fachkreisen werden Kunststoffe in erster Linie nur als Konstruktionsmaterialien gesehen. Kunststoffe können jedoch viel mehr. Durch deren elektroaktiven Eigenschaften können Kunststoffe zu Smart Materials werden. Z. B. durch die Verankerung elektrischer Ladungen auf der Oberfläche können Polymerfolien sensorische und aktuatorische Eigenschaften bekommen. Solche elektromechanischen Wandler werden heute in der mobilen Elektronik, der Automobilindustrie und der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt. Die dazugehörigen Prozesse und Mechanismen der Ladungsspeicherung und des Ladungstransports werden am TZ Weißenburg mithilfe modernster Messtechnik untersucht.
LCR-Meter (Instek) & Digitalmultimeter (Keithley)
Der Aufbau wird für kontrolliertes Auf- und Entladen von Polymerproben benutzt. Das Aufladen erfolgt via Koronaentladung, indem negative bzw. positive Ladungen auf die Probenoberfläche abgeschieden werden. Dabei wird die Ladungsdichte oder Oberflächenpotential sehr präzise vorangestellt und kontrolliert. Im Anschluss werden die Proben isothermisch oder thermisch-stimuliert entladen und der Abbau des Oberflächenpotenzials wird als Entladungskurve auf dem Rechner aufgezeichnet und gespeichert. Die Entladungskurven liefern wichtige Informationen über den Prozessen der Ladungsspeicherung und des Ladungstransports in Dielektrika. Diese Erkenntnisse werden dann bei der Entwicklung neuartige Aktoren und Sensoren sowie Hochspannungsisolation eingesetzt.
Versuchsstand zur Aufladung und thermisch-stimulierten Entladung von Kunststoffen
Die dielektrische Festigkeit (oder Durchschlagsfestigkeit) ist durch die Spannung definiert, welche in dem Isolierstoff herrschen darf, ohne dass es zu einem Spannungsdurchschlag kommt. Das ist eine wichtige Materialeigenschaft vor allem in dem Zeitalter der elektrischen Mobilität und erneuerbaren Energien, wo sehr hohe elektrische Spannungen übertragen und umgewandelt werden müssen. Der Aufbau besteht aus einer Messzelle mit zwei Elektroden. Die Kunststoffprobe wird zwischen den Elektroden platziert und die Spannung wird linear erhöht bis einen Spannungsdurchschlag passiert. Damit wird die Obergrenze für das jeweiligen Material erreicht und dokumentiert.
Messzelle mit Hochspannungsnetzteil 60kV Glassman PS/MK60 NO1.2-22
Piezoelektrizität ist das Auftreten einer elektrischen Spannung an Festkörpern, wenn sie elastisch verformt werden. Verschiedene moderne Aktoren und Sensoren werden auf Basis von piezoelektrischen Materialien aufgebaut. Einige Polymerwerkstoffe besitzen piezoelektrische Eigenschaften und werden dadurch zu so genannten Smart Materials. Der Versuchsaufbau dient der Messung ihrer piezoelektrischen Koeffizienten. Die Proben werden mit Hilfe einer sinusförmigen Kraft angeregt und die resultierenden Spannungssignale werden mit dem Messverstärker aufgezeichnet.
Messung der piezoelektrischen Koeffizienten in polymerisierenden Sensoren
"Neue Werkstoffkonzepte für Kunststoffplatten-Wärmetauscher zum Aufbau innovativer Wärmepumpen-Heizungssysteme (WärmeKunst)"
Wissenschaftliche Kurzfassung
Die Wärmepumpentechnologie kann niedrige thermische Energie aus der Umwelt gewinnen, um Gebäude effizient zu heizen oder zu kühlen und so die beiden großen Probleme der Energieknappheit und der Umweltverschmutzung bis zu einem gewissen Grad zu lindern. Ein wichtiger Teil des modernen Wärmepumpensystems, der dessen Effizienz und Kosten beeinflusst, ist der Wärmetauscher. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines Technologiekonzepts zur Herstellung von kosten- und energieeffizienten Plattenwärmetauschern auf Kunststoffbasis.
Projektbeschreibung
In diesem Projekt wird ein Technologiekonzept zur Herstellung von kosten- und energieeffizienten Wärmetauschern für modernen Wärmepumpen-Heizungssysteme entwickelt. Die Hauptprojektidee besteht darin, herkömmliche Wärmetauscher aus Edelstahl oder Kunststoffrohren vollständig durch Polymerplatten mit extrudierten Kanälen zu ersetzen. Solche Kunststoffplatten haben einen um ein Vielfaches geringeren CO2-Fußabdruck, sind kostengünstiger in der Herstellung, beim Transport und bei der Installation und können anschließend leicht recycelt werden.
Dies stellt sehr hohe Anforderungen an die Materialeigenschaften der Kunststoffplatten. Die Materialien müssen mechanisch stabil und gleichzeitig robust gegen äußere Einflüsse wie Hitze, Kälte, Feuchtigkeit und UV-Belastung sein. Außerdem muss die von Natur aus geringe Wärmeleitfähigkeit solcher Materialien erhöht werden, um eine möglichst hohe Entzugsleistung zu erzielen.
Die Entwicklung des Technologiekonzepts beinhaltet die Untersuchung und gezielte Steuerung aller relevanten Materialeigenschaften, Auslegung und Konstruktion von Wärmetauscherplatten sowie Konstruktion von Werkzeugen, Vorrichtungen und Hilfsmitteln zur Herstellung der Wärmetauscherplatten. Parallel wird die Möglichkeit für den Einsatz von „postconsumer“ und „postindustrial“ Rezyklaten für die Herstellung von Wärmetauscherplatten untersucht. Die entwickelten technologischen Ansätze werden für die Fertigung von Demo-Plattenwärmetauschern verwendet, die unter realen Bedingungen in Wärmepumpen-Heizungsanlagen geprüft und validiert werden.
Bild: Wärmetauscher [Quelle: Jura – Kälte GmbH]; (a) Edelstahl; (b) Kunststoffrohre Bild: Konzept für die Konstruktion der Wärmetauscherplatte
Für weitere Informationen sprechen Sie uns an!
Prof. Dr. Dmitry Rychkov
"Mikroskopische Mechanismen der Ladungsstabilisierung in elektrisch geladenen Fein-Faser-Elektretmaterialien (MIKROLAST-EFFEKT)"
Ausgangssituation und Zielsetzung
Die zur Bekämpfung von Viruserkrankungen wie die Covid-Pandemie eingesetzten Atemschutzmasken und Luftfilter müssen elektrisch aufgeladen werden, um eine hohe Filterwirkung zu erzielen. Die gängigen Materialien haben jedoch eine sehr geringe Ladungsstabilität. Im Projekt sollen neue und effiziente Methoden zur Ladungsstabilisierung in Filterfasern erforscht und entwickelt werden.
Vorgehensweise / Methoden
Beim Meltblown-Verfahren wird geschmolzenes Polymer über Düsen zu feinen Filter-Vliesen umgewandelt. Um die hohe Filtrationseffizienz zu erreichen, müssen die Vliese elektrisch aufgeladen werden. Durch eine geringe Ladungsstabilität in üblichen Meltblowns lässt die Filtrationseffizienz relativ schnell nach. Das Ziel dieses Projektes ist die Untersuchung der molekularen Mechanismen der Ladungsspeicherung in Meltblownfasern. Darauf aufbauend sollen Methoden zur Erhöhung der Ladungsdichte und zur Ladungsstabilisierung entwickelt werden. Die Hauptprojektidee beinhaltet eine gezielte Steuerung der Ladungsstabilität und der Ladungsdichte in elektrostatisch aufgeladenen Polymerfasern durch eine Kombination von physikalischen und chemischen Methoden. Dabei werden Folien, einzelne Fasern und Meltblown-Vliese in Koronaentladung aufgeladen und die Entladungsprozesse werden unter Einfluss von externen Faktoren wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Lösungsmitteldämpfe systematisch untersucht. Damit gewonnene Kenntnisse über den Ladungstransport werden für die Entwicklung von Ladungsstabilisierungsmethoden eingesetzt. Auf mikroskopischer Ebene bedeutet es, dass die Ladungsträger selektiv in tiefen Haftstellen gespeichert werden und die Polymermaterialien so modifiziert werden, dass zusätzlich zu den bestehenden Haftstellen neue tiefe Haftstellen entstehen. Die beiden Lösungswege werden durch thermische Behandlung, Optimierung der Ladungsprozesse, Oberflächenmodifizierung von Vliesen und Granulat und durch Zugabe von Additive mittels Compoundierung realisiert. Die entwickelten technologischen Ansätze werden für die Fertigung von seriennahen Demofiltervliesen verwendet, die unter Serienbedingungen in Meltblown-Prozessen geprüft und validiert werden.
Ergebnisse
Die im Projekt zu erwartende Ergebnisse und die wichtigsten Innovationsmerkmale können wie folgend formuliert werden:
- Wissenschaftlich fundierte und gezielte Steuerung der Materialparameter durch eine Kombination aus physikalischen und chemischen Behandlungsmethoden.
- Zum ersten Mal werden Methoden der Oberflächenbehandlung eingesetzt, um die Ladungsspeicherung in Meltblownmaterialien zu verbessern.
- Es wird nicht nur die Konzentration, sondern auch die Tiefe der Haftstellen erhöht. Dadurch wird die Stabilität und die Dichte der gespeicherten Ladungen erhöht und dementsprechend auch die Filtrationseffizienz verbessert.
- Neue und tiefere Haftstellen auf den Faseroberflächen machen die Filter resistenter gegen die Umwelteinflüsse wie Luftfeuchtigkeit oder Chemikaliendämpfe. Letztere sind besonders von Bedeutung in der Medizintechnik.
Fazit / Ausblick
Aus dem Projekt soll ein Technologiekonzept zur Herstellung von synthetischen Filtermedien mit herausragenden Eigenschaften hervorgehen. Darüber hinaus können die elektrisch aufgeladenen Vliese auch piezoelektrische Eigenschaften aufweisen. Dies eröffnet neue Perspektiven für die Anwendung dieser Materialien im Bereich der Aktorik und Sensorik. Besonders interessant sind die Anwendungen im Bereich des Energy Harvesting, für das leichte und formkonforme Vliese zum Zwecke der Energierückgewinnung eingesetzt werden können. Ein weiterer Bedarf an temperaturstabilen Elektretfiltern besteht bei der Filtration von Mikroplastik sowie bei der Abriebpartikelfilterung im Automobilbereich. Die oben genannten Anwendungen sind nur dann sinnvoll oder gar möglich, wenn eine hohe Ladungsstabilität vorhanden ist. In diesem Sinne werden die Projektergebnisse neue Verwendungsbereiche für bereits etablierte Technologien eröffnen.
Bild: Aufladen in der Koronaentladung, thermisch-stimulierte Entladung von Folien und Vliesen
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Prof. Dr. Dmitry Rychkov
Dr. Anna Guliakova
M.Sc. Dominik Weiß
"Flüsterseile - Leiterseiloberflächen"
In der heutigen Energie- und Klimapolitik spielt die Einbindung der erneuerbaren Energien, sowie die steigende Nachfrage nach elektrischer Energie eine zentrale Rolle. Dafür ist der Ausbau der Kapazität des elektrischen Energieversorgungsnetzes und die Erneuerung und effiziente Nutzung bereits vorhandener Systeme notwendig. Im Übertragungsnetz, sowie im Verteilnetz wird der grösste Teil der Energie mithilfe von Freileitungen übertragen. Allerdings sinkt die Akzeptanz für Freileitungen innerhalb der Bevölkerung stetig, wodurch sich die Umsetzung im Neubau erschwert und langwierig gestaltet. Ein signifikanter Kritikpunkt an Freileitungen sind die Geräuschemissionen, welche bei schlechtem Wetter auftreten können. Aus diesem Grund ist in den letzten Jahren das Interesse von Energienetzbetreibern an einer Reduktion der Geräusche stark gestiegen.
Die Geräuschemissionen sind eine Folge von Coronaentladungen an der Leiterseiloberfläche. Die Entladungen treten an Feldüberhöhungen durch anlagernde Wassertropfen an der Leiterseil-oberfläche auf. Um eine Verringerung der Geräuschemission zu erreichen, muss die Oberflächenbeschaffenheit der Leiterseile verändert werden. Die Entwicklung sogenannter Flüsterseile wird bereits von einigen Leiterseilherstellern vorangetrieben, in der Regel sind dies Oberflächenbehandlungen, die die Rauigkeit der Oberfläche erhöhen. Die damit erreichbare Verringerung der Geräuschemission ist jedoch für die Netzbetreiber bisher nicht genügend. Am TZ Weißenburg wird untersucht, welcher Einfluss die Oberflächenbehandlungen auf die Geräuschemission haben, und ob alternative Methoden zur Beschichtung von Leiterseiloberflächen mit Kunststoffen oder ähnlichen Materialien entwickelt werden können.
Bild: Kabeltrommel Bild: Seil mit Tropfen
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Prof. Dr. Dmitry Rychkov
Dieses Projekt wird aus dem Europäischen Sozialfonds gefördert.
"#DieWirkt - Die Weiterbildungsinitiative ressourcenschonende Kunststofftechnik"
Das Thema „Kreislaufwirtschaft in der Kunststoffindustrie“ wird in naher Zukunft entscheidender für den unternehmerischen Erfolg.
Dementsprechend muss der Fokus intensiver auf ressourcenschonende und umweltbewusste Entwicklung und Produktion gerichtet werden.
Die Weiterbildungsinitiative ressourcenschonende Kunststofftechnik (#DieWirkt) soll kleinen und mittelständischen Industrieunternehmen kostenfrei den Zugang zu den Schwerpunkten „Nachhaltigkeit“, „Recycling“ und „Kreislaufwirtschaft“ erleichtern. Hierfür werden die Technische Hochschule Deggendorf (THD) am Standort Weißenburg und die IHK Akademie Mittelfranken als Vermittler von themenspezifischem Wissen sowie Praxiserfahrungen agieren und es können entsprechende Zertifikate durch regelmäßige Teilnahme erworben werden. Das Weiterbildungskonzept orientiert sich am Zyklus der Kreislaufwirtschaft, damit Verknüpfungen zwischen den Kunststofffeldern „Design“, „Produktion“, „Nutzung“ und „Recycling“ entstehen. Alternative Angebote ermöglichen auch bei weiterhin angespannter Pandemie-Lage eine erfolgreiche Durchführung des Projektes.
Industrieunternehmen sind essentiell für die Umsetzung der Ziele im Rahmen des „europäischen Green Deal“. Durch konkrete Maßnahmen müssen Unternehmen weiter gestärkt und im Transformationsprozess unterstützt werden. Als Mitglied im Bundesverband mittelständische Wirtschaft e.V. (BVMW) sind wir daran interessiert zwischen den kleinen und mittelständischen Unternehmen den Wissenstransfer entsprechend anzustoßen. In einer Kooperation mit dem BVMW wird zu Beginn des Förderprojektes herausgearbeitet, welche Themenfelder auf großes Interesse stoßen. Somit ist es den Teilnehmern möglich die Lerninhalte für die verschiedenen Weiterbildungsfelder im Rahmen von #DieWirkt mitzugestalten. Hierfür suchen wir aktuell Unternehmen und Kooperationspartner aus den verschiedenen Phasen des Produktzyklus, um eine funktionierende Kreislaufwirtschaft für Menschen, Regionen und Städte zu initiieren.
Projektziele
#DieWirkt soll die regionale klein- und mittelbetrieblich ausgerichtete Wirtschaftsstruktur über den Dialog mit Verbänden und Forschung vernetzen und den Wissenstransfer unter allen Beteiligten fördern:
Termine der Netzwerktätigkeiten
Für weitere Informationen sprechen Sie uns an oder besuchen Sie uns unter www.kunststoffcampus-bayern.de!
Prof. Dr. Dmitry Rychkov
"Entwicklung von metallisierten 3D-Grundkörpern zur Aufbringung von elektrischen Leiterbahnen auf beliebigen
Freiformflächen ohne nasschemische Prozesse zur Herstellung von LED Lampen"
Traditionelle Lampen werden immer mehr durch moderne Lichtquellen auf Halbleiterbasis ersetzt. Sie zeichnen sich durch eine deutlich höhere Energieeffizienz und Leistungsfähigkeit aus. Dabei haben sich die Lichtemittierenden Dioden in den letzten Jahren zu einer breit verfügbaren Alternative für fast alle Beleuchtungslösungen entwickelt. Im Vergleich zur klassischen Glühlampe besitzen die LEDs eine deutlich bessere Öko-Bilanz, schonen die Umwelt und sparen somit Strom und Geld ein.
Die Schaltungsträger vieler LED-Lampen basieren derzeit auf einem 2D Layout, wie zum Beispiel die Retrofit LED Straßenlampe (siehe Abbildung) der Firma Dotlux GmbH im bayerischen Weißenburg. Zur Erzeugung von hohen Abstrahlungswinkel müssen mehrere Leiterplatten in aufwendigen Montageschritten auf einem Sockel kreisförmig ausgerichtet werden. Das Schaltungslayout sowie die dazugehörigen Bauelemente (LEDs, Widerstände, Dioden, usw.) werden hierzu jeweils auf separate 2D-Leiterplatten aufgebracht. Zur Ableitung der entstehenden Wärme müssen aktuell die einzelnen Leiterplatten mithilfe von Wärmeleitpaste auf einen zentralen Kühlkörper montiert werden. Der Herstellungsprozess der benötigten 2D Leiterplatten ist aufgrund des Einsatzes von Ätzchemie nicht umweltfreundlich zudem ist der gesamte Montageprozess der Lampen insgesamt zeitaufwendig.
Mit einem innovativen Trockenfertigungsverfahren, der sogenannte Direktmetallisierung, werden mit der Kombination aus Spritzguss, Siebdruck sowie der Laser- und Plasmatechnologie elektronisch leitfähige Bahnen direkt auf thermoplastische Oberflächen aufgebracht. Bei diesem Prozess werden keine gesundheitsschädlichen Produkte wie z.B. Ätzmittel (Eisen-3-Chlorid, Aminiumpersulfat) bzw. Kupfer zur Aufbringung der Leiterbahnen benötigt. Die Bauteile werden zudem meist aus rezyklierbaren Thermoplasten hergestellt und sind somit unkritisch bei der Entsorgung.
Definition geforderter Eigenschaften
Gemeinsam mit dem Projektpartner wurden die Eigenschaften des Materials des Lampenkörpers definiert, wobei verschiedene Faktoren berücksichtigt werden mussten. Einerseits sollte neben der guten Compoundierbarkeit der Rohmaterialien auch die Möglichkeit der Beschichtung mit einer Haftung von mindestens 1,1 N/mm erreicht werden. Auf der anderen Seite sollte das Material elektrisch isolierend, aber dennoch eine hohe Wärmeleitfähigkeit sowie Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit aufweisen. Ebenso wurden Möglichkeiten der Recyclingfähigkeit in Betracht gezogen.
Materialauswahl, Compoundierung und Spritzguss von Prüfkörpern
Zu Projektbeginn wurden im Rahmen einer Masterarbeit die folgenden thermoplastischen Materialien im Spritzgussverfahren verarbeitet und metallisiert:
Die Untersuchung der Polyamide zeigte aufgrund der gut zu beschichteten Oberflächen hinsichtlich der Metallisierung zunächst die besten Ergebnisse. Um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern, wurde Al2O3 ausgewählt, um die Polymermatrix zu verstärken und die niedrige Wärmeleitfähigkeit der Polymermatrix zu verbessern. Aluminiumoxid dient hierbei zusätzlich als Flammschutzmittel.
Abgeleitetet aus den Untersuchungen mit LDPE, PA6 mit Al2O3 und PA6 natur sowie weiterer detaillierter Recherche fiel die weitere Materialauswahl auf ein Polyamid 6 (PA6) bzw. PA66 und ein Polybutylenterephthalat (PBT) mit jeweils Aluminiumoxid (Al2O3) und einem Glasfasermehl als Füllstoff. Diese Compounds wurden mittels Doppelschnecken-Extruder zu rieselfähigen Massen verarbeitet. Anschließend wurden daraus zweidimensionale Prüfkörper via Spritzguss hergestellt.
Beschichtung via DDM und Bestückung von 2D-Körpern
Die am Technologiezentrum vorhandene Plasmaanlage zur Digital Direct Metallization (DDM) besitzt einen integrierten 6-Achsroboter. Dies ermöglicht die ortsaufgelöste Beschichtung der Prüfkörper. Beim DDM-Verfahren wird das Kupferpulver durch einen Plasmastrahl geschmolzen und in Richtung der Werkstückoberfläche beschleunigt.
Im Anschluss wurden diese beschichteten Proben mit LED’s bestückt und erfolgreich auf ihre elektrische Leitfähigkeit sowie ihren elektrischen Widerstand untersucht. Ebenfalls war die Haftfestigkeit der erzeugten Kupferschichten zu analysieren. Bei dem Vergleich der verschiedenen Compounds fiel die Entscheidung hinsichtlich Leitfähigkeit und Haftfestigkeit trotz der etwas geringeren Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu PBT und PA66 auf PA6 mit 30 Gew.-% Glasfaserfüllstoff.
Um dieses Material auch dreidimensional auf ihre Eigenschaften zu untersuchen, muss ein entsprechendes Filament für den 3D-Druck hergestellt werden.
Prüfung der Beschichtung und Optimierung Prozessparameter
Für den späteren Einsatz der Lampenkörper in Beleuchtungsanlagen muss die Haftfestigkeit der Beschichtung über den Produktlebenszyklus gewährleistet sein. Zur Validierung wurden Probekörper verschiedenen Prüfungen unterzogen:
Die Ergebnisse zeigten, dass sich die Optik der Beschichtung aufgrund von Oxidierung zwar verfärbt, aber keine Verschlechterung der elektrischen Leitfähigkeit oder höherer Widerstand auftritt. Neben den Untersuchungen wurde die Beschichtung soweit optimiert, dass sich auf dem Grundkörper eine nahezu identische Schichtdicke der Kupferleitbahn einstellt. Dies stellt die Basis für eine gleichbleibende Stromtragfähigkeit für die noch zu bestückenden LED´s dar.
Filamentherstellung und Prototypenbau mittels additiver Fertigung
Für den Prototypenbau wurde ein Filament von dem eigencompoundierten Material hergestellt. Hierbei konnte die Erfahrung und Unterstützung des Pappenheimer Kunststoffmaschinenvertrieb (PKV) genutzt werden, um den geforderten konstanten Filamentdurchmesser von 1,75mm für das Fused Filament Fabrication (FFF) Verfahren zu realisieren. Bei der Herstellung der Prototypen lag die Herausforderung auf der Oberflächenrauigkeit der hergestellten Bauteile, damit anschließend eine optimale Haftung der 3D-Beschichtung erreicht werden kann.
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M.Sc. Dominik Weiß
Prof. Dr. Dmitry Rychkov
Der Technologiecampus (TC) Hutthurm der TH Deggendorf ist neben dem Technologiezentrum (TZ) Weißenburg ein tragendes Element des KCB. Der TC Hutthurm kooperiert mit Forschungs- und Entwicklungsthemen zur Ressourceneffizienz durch Prozessentwicklung, Leichtbau und Materialforschung.
Am kunststoffcampus bayern arbeiten die Gründungspartner, die Technische Hochschule Deggendorf, die Hochschule für angewandte Wissenschaften Ansbach, der Landkreis Weißenburg-Gunzenhausen und die Stadt Weißenburg mit den Kooperationspartnern IHK-Akademie Mittelfranken und bfz Westmittelfranken gGmbH eng zusammen.
Die Hochschule für angewandte Wissenschaften Ansbach betreibt Studienzentrum (SZ) Weißenburg. Zusammen mit Bildungseinrichtungen wie der IHK-Mittelfranken und der Fachschule für Kunststofftechnik und Faserverbundtechnologie bietet die HS Ansbach ein breites Aus- und Weiterbildungsangebot in der Region an. Beispiele sind die berufsbegleitenden Bachelorstudiengänge Angewandte Kunststofftechnik und Strategisches Management der HS Ansbach. Prof. Dr.-Ing. Stefan Slama übernimmt derzeit die wissenschaftliche und Prof. Dr.-Ing. Thomas Müller-Lenhardt übernimmt die stellvertretende wissenschaftliche Leitung des SZ.
Die IHK-Akademie bietet für jeden Abschnitt im Leben die richtige Weiterbildung an: Meisterausbildung (z. B. Industriemeister), Betriebswirt, Ausbildung der Ausbilder und Seminare (z. B. moderne Mitarbeiterführung) stehen an verschiedenen Standorten in Mittelfranken zur Verfügung. Am kunststoffcampus bayern sieht die IHK-Akademie die Chance, Experten aus der Praxis, Hochschule und der Forschung zusammenzuführen und miteinander zu vernetzen. Dabei können zum Beispiel die Meister an Forschungsprojekten teilnehmen und vorab mit dem Studium in Kontakt treten. Außerdem will die IHK-Akademie die Zusammenarbeit mit den Partnern des kunststoffcampus bayern fördern, um gemeinsame Veranstaltungs- und Lernformate zu schaffen.
Die bfz Fachschule für Kunststofftechnik und Faserverbundtechnologie bietet Facharbeitern des Kunststoffbereichs die Chance unter dem Dach des kunststoffcampus bayern abwechslungsreiche Lehrinhalte der berufsbegleitenden Aufstiegsfortbildung zum Techniker oder zur Technikerin der Fachrichtung Kunststofftechnik und Faserverbundtechnologie wahrzunehmen. Die Ausbildung beginnt alle zwei Jahre im September, dauert berufsbegleitend vier Jahre und ermöglicht den Einstieg in die mittlere Führungsebene.
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