Zielsetzung

Methoden und Prozesse für smarte Oberflächen


Als ein Baustein im Gefüge von Forschung und Entwicklung gelten Oberflächentechnologien national wie international als wichtige Zukunftstechnologien. Im Vordergrund stehen Materialinnovationen, die als intelligente bzw. funktionale Oberflächen je nach Gewichtung unter Materialforschung bzw. Werkstofftechnik, Nanotechnologie oder Produktionstechnologie gefasst werden und dabei einen starken Bezug zur Ressourcen- und Energieeffizienz sowie Nachhaltigkeit aufweisen.

Funktionale Beschichtungen spielen u. a. bei der Herstellung und Verarbeitung von Fassaden, Fenstern, Glas und Textilien eine Rolle. Ausgehend vom Leitbild einer nachhaltigen und ressourceneffizienten Produktentwicklung, die in unserem rohstoffarmen Land die wirtschaftliche und gesellschaftliche Zukunft stark determiniert, entstand unsere Vision der Verbindung und Bündelung von vorhandenen und neu zu entwickelnden Lösungen für funktionale Oberflächengestaltung.

Im Sinne von „Makro zu Mikro“ oder „Von Textil bis Beton“ oder „Besserer Schutz durch neue Funktionalität“ soll die Nutzbarkeit bzw. Übertragbarkeit wissenschaftlicher Ansätze funktionaler Oberflächen bearbeitet und in Produkte umgesetzt werden. Dies soll die Grundlage für ein Innovationzentrum sein, in dem die gewonnenen Erkenntnisse „weiterleben“.

Das Netzwerk „SmartFaceNet – Methoden und Prozesse für smarte Oberflächen“ verfolgt somit das Ziel, Ideen und Kompetenzen einer repräsentativen Anzahl von aktiven Netzwerkpartnern effektiv zu bündeln und zunächst im Rahmen von beispielhaften F&E-Vorhaben notwendige Methoden und Prozesse für smarte Oberflächen mit neuartigen und verbesserten Funktionalitäten zu entwickeln.

Das Bündnis wird nicht nur Themen der Oberflächenmodifizierung bearbeiten, sondern auch Bereiche wie Architektur, Gebäudetechnik, Maschinen- und Gerätebau, Verfahrenstechnik sowie Medizintechnik berühren. 

Das Netzwerk soll dazu beitragen, bestehende Erkenntnisse bzw. Kooperationen auszubauen und den Wissenshorizont für weitere Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zu erweitern. Technisch-technologisch betrachtet ist der Fokus dabei auf die Konzipierung und Realisierung von Maschinen, Anlagen und Vorrichtungen zur gezielten Veränderung von Produktoberflächen sowie Wirksamkeitsuntersuchungen unter Labor- und Praxisbedingungen gerichtet.

Partner im Netzwerk sind das Leibniz-Institut für Photonische Technologien e. V. (IPHT, Biophotonik, Faseroptik und Photonische Detektion), das Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e. V. (TITV; Institut für Spezialtextilien und flexible Materialien -> Digitaldruck, Textilveredelung), die Protect Laserschutz GmbH (Laserschutzprodukte: Brillen, Fenster, Kleidung und Abschirmungen), die VIS GmbH (Beschichtung/Pulverbeschichtung und nachfolgende Veredelung), die Carpet Concept Teppichfabrik GmbH & Co. KG (Veredelung, Teppichdruck auf der Oberseite und Unterseitenbeschichtung, Konfektion zur Fertigstellung), die Thorey Gera Textilveredelung GmbH (Veredelung von Gewebe, Gestricke, Gewirke oder Vliese, Spezialausrüstungen u. a. antibakteriell, flammhemmend und hydrophob), das IAB – Institut für Angewandte Bauforschung Weimar gGmbH (Baustoffe und Verfahrenstechnik, Bausysteme und Bauteile, Tief- und Rohrleitungsbau, Energie und Gebäudetechnik), die allton Fertigteile GmbH (Planung, Herstellung, Lieferung und Montage konstruktiver Betonfertigteile für das Tragwerk und gestaltender Architekturfertigteile für den Fassadenbereich eines Bauwerkes), die Firma nashornhaut® (Beschichtungssysteme für private, gewerbliche und öffentliche Bereiche, Verschleißschutz, Abdichtung und Korrosionsschutz), die Duale Hochschule Gera-Eisenach (DHGE; Steuerung von Systemen, Sensorik, Modellierung und Simulation der Sensoren), die ICS Industriedienstleistungen GmbH (Moderne Automatisierungstechnik), die Richter Feinwerktechnik (Maschinen- und Werkzeugbau), der Verein für Technische Sicherheit und Umweltschutz (TSU e. V.; Auslegung und Entwicklung sicherheitskritischer Systeme), die Otto H. Meyer GmbH & Co.KG (Herstellung und Vertrieb von Polyethylen-Rohren für den Versorgungsbereich und Entsorgungsbereich), die UNIDATA GmbH (Softwareentwicklung), die OecoPac Grunert Verpackungen GmbH (Ökologische Verpackungen), die Aqua-mol GmbH (Wasseraufbereitung, chemikalienfreie Biofilmentfernung in Kühlsystemen), die KOMPASS GmbH (Sensorik), die INNOVENT GmbH (FuE in den Bereichen Oberflächentechnik, Magnetisch-Optische Systeme und Biomaterialien), die Hermes Technologie GmbH & Co KG (Produkte und Materialien für den Neubau und die Sanierung von Trinkwasserleitungen, Abwasserkanälen und Behältern) und Weihrauch & Haussingen (Patent- und Rechtsanwälte).

Im Folgenden sollen einige Projektideen genannt werden, die innerhalb des Netzwerks umgesetzt werden:

(1)    Entwicklung von endothermen ablationsresistenten LASER-Schutzschichten – Laser-Schutzschichten (IPHT e.V., TITV e.V., Protect Laserschutz GmbH, VIS GmbH)
√   Entwicklung und Qualifizierung einer neuartigen Beschichtung zur Ausrüstung textiler Laserschutzprodukte für Anwender handgeführter Lasersysteme, um einen besseren
      Personenschutz bei gleichzeitiger Leistungsskalierung für neue Laseranwendungen zu gewährleisten.
√   Neuartige Beschichtung soll auftreffende Laserstrahlung in chemische und thermische Energie umwandeln und so eine höhere Standzeit der Laserschutztextilien ermöglichen.

(2)    Digitaldruck zur reststofffreien Hochveredelung und Beschichtung – Digitale Textilverarbeitung - DigiFin (TITV e.V., carpetconcept, Thorey Gera Textilveredelung GmbH, IOM e.V.,
          Unidata GmbH)

√    Entwicklung eines digitalen Textilveredelungsprozesses per Digitaldruck, welcher sowohl die ökonomischen als auch ökologischen Nachteile der traditionellen Verfahren beseitigt.
√    Am Ende steht eine individuell einstellbare Textilveredelungsprozedur, welche ohne Lagerungskosten und überflüssigen Ausschuss auskommt.

(3)    Makro- und Mikrostruktur von Schalungsmatrizen für ebenmäßige helle Betonoberflächen und Validierung - BeToFa (IAB Weimar gGmbH, Allton Fertigteile GmbH)
√    Entwicklung eines Herstellungsverfahrens für aufgehellte, ebenmäßige Betonfassaden mit Makro- und Mikrostruktur von Schalungsmatrizen für ebenmäßige helle Betonoberflächen
       und Validierung.
√    Durch die Übertragung von TiO2-Pigmenten von der Schalhaut auf die Sichtbetonoberfläche während des Schalungsvorgangs soll eine ebenmäßige, farbtongleiche helle bzw. weiße 
       Fassadenoberfläche erzeugt werden. Die TiO2-Suspension soll hierbei auch als Trennmittel fungieren. Die oberflächliche Farbgebung bewirkt eine optische Angleichung von
       Farbunterschieden und Ungleichheiten der Sichtbetonoberfläche.
√   Darüber hinaus bewirkt Sonnenlicht eine UV-Bestrahlung der auf der Sichtbetonoberfläche sitzenden TiO2-Partikel, welche eine photokatalytische Reaktion und einen antibiotischen
      Selbstreinigungseffekt auslöst.

(4)    Modellgestützte Entwicklung eines sicheren Algorithmus und sichere, flexible Low Cost-Sensoren zur Steuerung von Maschinen und Robotern – QSecSense (Duale Hochschule
          Gera-Eisenach, Helmut Richter Feinwerktechnik)

√   Im Rahmen des Projekts soll ein frei konfektionierbarer Low-Cost-Flächensensor entstehen, der auf textiler Basis sehr preisgünstig hergestellt wird. Dabei sollen sowohl kostengünstige
      Fertigungsmethoden entwickelt werden als auch eine intelligente (Nutzung und Adaption von KI-Algorithmen) Signalauswertung, die ortsaufgelöst die Position der Menschen auf dem
      Sensor erkennt.
√    Als Sensortechnologie werden Glasfasern eingesetzt und mit Lichtimpulsen beaufschlagt. An den Kreuzungsstellen der Fasern wird eine Überkopplung des Lichts erzwungen, die von der
      Stärke der Querkraft auf diese Kreuzungsstelle abhängt.
√   Der Sensor selbst soll als Signalgeber für Roboter und Maschinen eingesetzt werden, um Arbeitsgänge (z. B. Bestückung oder Rüsten von Maschinen) signifikant zu verkürzen und damit
      etwa Maschinenbediener von Routinetätigkeiten zu entlasten (Maschine führt Arbeitsgang abhängig von Position des Bedieners aus), außerdem erhöht das Ganze die Sicherheit des
      Systems (Roboter kann Mensch nicht berühren).
√   Ein weiteres Ziel des Projekts ist die Möglichkeit, das System für das SIL-2 Level vorzubereiten.

(5)    Herstellungstechnologie für kontrollierte mechanische Profilierung von PE-Vollwandrohraußenoberflächen OD ≥ 110 - Gleitliner (IAB Weimar gGmbH, Otto H. Meyer GmbH & Co.
          KG)

√   Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines außenstrukturierten PE-Vollwandrohres zur Reduzierung der Einzugskräfte in der grabenlosen Verlegung für Rohre OD ≥ 110. Der so
      genannte ‚Gleitliner‘ soll als Ver- und Entsorgungsleitung für flüssige und gasförmige Medien (Trinkwasser, Abwasser, Gas) bzw. als Inliner zur grabenlosen Rohrrehabilitation
      Anwendung finden.
√   Es werden definierte Strukturen nach bionischem Vorbild für Rohraußenoberflächen entwickelt, die sich reibungsminimierend gegen angrenzende/umgebende feste und lose Umgebung
      wie bindige und nichtbindige Erdarten, Altrohre, etc. auswirken.
√   Die Herstellungstechnologie ermöglicht weiterhin eine durchgehende gleichmäßige Übertragung der bionischen reibungsminimierenden Strukturen über eine kontrollierte mechanische
      Profilierung der PE-Vollwandrohraußenoberfläche während des Extrusionsprozesses.

(6)    Entwicklung einer Prozesstechnologie für keramik/karbonverstärkte spiralgewickelte Hülsen – HKK-Hülse (IAB Weimar gGmbH, OecoPac Grunert Verpackungen GmbH)
√   Zielstellung und Innovation des Projekts besteht in der Entwicklung einer Technologie zur Herstellung von spiralgewickelten Holzkeramikkarbonhülsen mit funktionalem Kern mit
      statischer Funktion zum Einsatz in der Bau- und Möbelindustrie.
√   Die Prozesstechnologie baut auf dem angewandten Verfahren spiralgewickelter Papierhülsen der OecoPac Grunert Verpackungen GmbH auf. Mehrere Lagen Recyclingpapier,
      Karbonfasern/Rovings, Keramikgewirk und Holzfurnierdekorlage werden in einem speziellen zu entwickelnden Verfahren zu einem Schichtverbund gefügt.
√   Der neuartige Herstellungsprozess soll perspektivisch als kontinuierliches Verfahren prozesssicher umgesetzt werden.

(7)    Entwicklung einer karbon/zementbasierten Innenauskleidung sowie eines Mörtelsystems für begehbare Stahl- und Spannbetonrohre – Spannbetonliner (IAB Weimar gGmbH,
          HERMES Technologie GmbH & Co. KG)

√    Bei Spannbetonrohren führt Spannungsrisskorrosion zur statischen Beeinträchtigung der Rohrleitungen. Um kostenintensive Erneuerungen von Spannbetonleitungen insbesondere
       Transportleitungen der Trinkwasserversorgung zu vermeiden, bietet die Kombination von Zementmörtelauskleidung und karbonbasierter Bewährung eine Möglichkeit der
       Rehabilitation/Rohrsanierung unter Wiederherstellung bzw. Verbesserung der anstehenden Rohrstatik, der Spannbetonbewehrung und Realkalisierung der Betonüberdeckung.
√    Die Zielstellung des FuE-Projektes besteht in der Entwicklung einer karbon/zementbasierten Innenauskleidung sowie des Mörtelsystems für begehbare Stahl- und Spannbetonrohre mit
       bereits vermindertem Tragverhalten zur Rehabilitation und Erhöhung/Wiederherstellung der ursprünglichen Statik, Restnutzungsdauer und der technologischen Umsetzung der zu
       entwickelnden Applikationstechnologie.