Maschinenbau und Fahrzeugtechnik

Verschleiß- und Korrosionsschutz

Keramische Werkstoffe werden vielfach in Schlüsselkomponenten für moderne technische Prozesse eingesetzt, da sie über eine außergewöhnliche Verschleißbeständigkeit in wässriger oder chemisch aggressiver Umgebung verfügen. Damit eignen sie sich hervorragend für Lager, Dichtungen, Ventile oder Pumpen. Das Fraunhofer IKTS arbeitet an neuen harten und superharten Werkstoffen, Siliciumcarbid- und Siliciumnitridkeramiken, Keramiken auf Basis von Sub-μm-Korunden sowie plasmagespritzten Verschleißschutzschichten, die erhebliche Standzeiterhöhungen und neue Einsatzbereiche erlauben.

Werkzeuge

Eine moderne Fertigung benötigt prozesssichere Werkzeuge. Das Fraunhofer IKTS entwickelt hierfür geeignete Werkstoffe und Herstellverfahren, von Hartmetallen und Cermets über superharte Werkstoffe und verschleißfeste Keramiken bis hin zu dünnen CVD-Hartstoffschichten. Mit modernen Verbindungstechniken werden diese Werkstoffe in zuverlässige und leistungsfähige Schneid-, Ur- und Umformwerkzeuge umgesetzt. Das Fraunhofer IKTS unterstützt Hersteller und Anwender von Werkzeugen bei der Auswahl von Schneidwerkstoffen und bei deren kundengerechten Fertigung. Zudem werden am Fraunhofer IKTS auch Schleifkörner mit sehr feinen Gefügen und einer verbesserten mechanischen, thermischen und chemischen Stabilität für eine erheblich gesteigerte Schleifleistung entwickelt.

Hochtemperaturbauteile

Hochleistungskeramiken eignen sich besonders für Hochtemperaturprozesse und thermomechanisch stark belastete Teile, da sie unter diesen Bedingungen ihre Festigkeit und Steifigkeit kaum ändern. So können monolithische Keramiken und Faserverbundwerkstoffe helfen, Hochtemperaturprozesse energieeffizienter und ressourcenschonender zu gestalten. Das Fraunhofer IKTS entwickelt neben Werkstoffen und Verfahren zur Herstellung von Hochtemperaturbauteilen auch neue Oberflächenschutzschichten auf Basis oxidischer und nichtoxidischer Keramiksysteme. Weitere Arbeiten konzentrieren sich sowohl auf zelluläre Keramikstrukturen für Porenbrenner und innovative Reaktoren als auch auf elektrische Heizer aus Keramik, die sehr hohe Leistungsdichten erreichen.

Abgasnachbehandlung

Bei der Abgasnachbehandlung von mobilen und stationären Verbrennungsmotoren werden Keramiken bereits seit vielen Jahren als Katalysatorträger und Partikelfilter unter ständig steigenden Anforderungen eingesetzt. Das Fraunhofer IKTS entwickelt poröse und zelluläre Keramiken sowie katalytische Funktionalisierungen für die Partikelfiltration (DPF, GPF), die DeNOx-Katalyse (LNT, SCR) und für kombinierte Systeme (DOC, TWC). Angeboten werden Filtermaterialien mit optimiertem Abscheide-Druckverlust-Verhalten sowie erhöhter Aschespeicherfunktion und weitere funktionale Komponenten für den Abgasstrang. Selbstverständlich verfügt das Institut auch über eine große Breite an spezifischen Prüf- und Analysetechniken für Abgaskomponenten.

Prüfsysteme

Das Fraunhofer IKTS ist der strategische Partner für Hersteller von Prüfsystemen im Maschinen- und Anlagenbau und bietet neben zahlreichen Standardprüfverfahren eigene spezifische Prüfdienstleistungen für die Charakterisierung, Diagnostik und Qualitätssicherung an. Durch die enge Verzahnung von Elektronik- und Softwareentwicklung, Simulation, Mechanik und Systemfertigung können komplexe Prüflösungen zeitnah und effektiv erstellt werden. Damit werden Kundenprozesse ganzheitlich begleitet, von der Entwicklung bis zur Validierung.

Ein traditioneller Schwerpunkt liegt auf applikationsspezifischen Lösungen für die Materialdiagnose mit Ultraschall, insbesondere für die Bahntechnik. Die hierfür entwickelten Systeme kommen weltweit bei der Prüfung von Hochgeschwindigkeitszügen zum Einsatz.

Für Kohlefaserverbundwerkstoffe (CFK) liefert das Fraunhofer IKTS wirbelstrombasierte Prüfsysteme, mit denen während der Produktion und im Einsatz schnell und prozessnah Fehler oder Schädigungen an Faserstrukturen im Inneren von CFK-Bauteilen nachgewiesen werden können.

Eine große Bedeutung kommt am Fraunhofer IKTS auch Prüf- und Trackingsystemen zu, die auf Nutzung optischer Methoden basieren. Die optische Kohärenztomographie ermöglicht es, hochauflösende 3D-Scans in Echtzeit und ohne direkten Probenkontakt zu erstellen, um Werkstückdefekte wie Lufteinschlüsse oder Fremdkörper zu detektieren. Keramische Leuchtstoffe ermöglichen völlig neue Systeme zur Produktmarkierung oder Chargenverfolgung unter extremen Prozessbedingungen, beispielsweise bei hohen Temperaturen, starker Feuchte oder intensiven elektromagnetischen Feldern. Die Leuchtstoffe liefern durch Veränderung ihrer optischen Eigenschaften Informationen über Materialzustände im Prüfobjekt und über die Prozesshistorie.

Prozess-, Maschinen- und Anlagenüberwachung

Messsysteme der Zustandsüberwachung sichern die Zuverlässigkeit und optimale Funktionsweise von Komponenten und Anlagen wie beispielsweise Antriebs-, Ventil- und Verbindungskomponenten, Produktionsmaschinen oder Rohrleitungssysteme. Dabei unterstützt das Fraunhofer IKTS seine Kunden entlang des gesamten Produktlebenszyklus – von der Entwicklung über die Errichtung und Inbetriebnahme von Anlagen bis hin zum laufenden Betrieb durch permanente Zustandsdiagnose. Das so gewonnene Material- und Bauteilverständnis sorgt für optimale Prozess- und Produktqualitäten, niedrige Fertigungs- und Prüfkosten sowie geringeren Aufwand durch Wartung und Stillstand. Die Methoden und Messsysteme werden für harsche Einsatzbedingungen ausgelegt und verarbeiten akustische, optische oder elektrische Größen. Kabelgebundene und kabellose Sensorknoten liefern Aussagen auch von unzugänglichen Bereichen.

Sensorik

In Industrieanlagen und Fahrzeugen wird heute eine Vielzahl von Sensoren verbaut. Dort sorgen sie oft unter extremen Bedingungen für einen störungsfreien, zuverlässigen und effizienten Betrieb. Das Fraunhofer IKTS entwickelt Sensoren für Druck, Ultraschall, Beschleunigung, Kraft, Temperatur, Ruß, Durchfluss und chemische Zusammensetzung. Mit der am Institut vorhandenen Systemkompetenz können autarke, miniaturisierte und funkbasierte Sensorsysteme zur Maschinenkalibrierung und Optimierung der Anlagenführung bereitgestellt werden. Die Verwendung von Chiplösungen und der keramischen Multilayertechnologie erlauben eine kostengünstigere und auf höhere Stückzahlen ausgelegte Fertigung.