IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung (DFO e.V.) werden über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert

Fluoreszenzscanner für die ortsaufgelöste und quantitative Inline-Detektion filmischer Verunreinigungen zur Qualitätssicherung in Beschichtungsprozessen

Die industrielle Teilereinigung dient u. a. zur Vermeidung störender filmischer Verunreinigungen vor Beschichtungs- oder Lackierprozessen. Da die Oberflächen nach dem Prozess nicht mehr zugänglich sind, muss die Qualitätssicherung inline erfolgen. Hier fehlen geeignete Verfahren weil die verfügbaren quantitativen Me

Scan4Coat – 20500 BG – Laufzeit 01.02.2019 – 31.01.2021 (220-109)

Untersuchung der material- und verfahrenstechnischen Grundlagen für die Entwicklung eines neuen Gleitlackkonzepts für hohe Beanspruchungen im Maschinen- und Automobilbau

Die neue Rohstoffklasse der Graphentypen und –derivate eröffnet neue Möglichkeiten, wesentlich effektivere und dauerhaftere Gleitlacke, ggf. in Kombination mit klassischen Gleitlackkomponenten wie PTFE, zu formulieren. Folgende Eigenschaften des Graphens sind dafür verantwortlich:

– Trockenschmiereigenschaften

– Hohe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit

– Mechanisch verstärkende Eigenschaften als Polymerkomposit

– Anisotropie durch plättchenförmigen Teilchenhabitus

– In anoxidierter Form (reduziertes Graphitoxid) hohe Verträglichkeit zu Lackmatrix

Aktuell sind allerdings

Graphen Gleitlacke – 19322 N – Laufzeit: 01.02.2017 – 31.12.2019 (2200-103)

Metallisierung von Kunststoffen und Verbundmaterialien mit innovativen Atmosphärendruckplasmatechnologien

Zur Metallisierung von Kunststoffoberflächen benötigt man nach aktuellem Stand der Technik mehrere Badprozesse für die Vorbehandlung der Oberfläche gefolgt von einem Galvanisierungs- oder stromlosen Abscheidungsverfahren. Die zugehörigen Vorbehandlungsschritte benötigen teils umweltbedenkliche Chemikalien, wie z.B. Cr(VI)-haltige Verbindungen, die nach aktuellen EU-Richtlinien zeitnah verboten werden.

Ziel des Projektes METAPLAST ist daher

Metaplast – 197 EN – Laufzeit: 01.07.2017 – 31.12.2019

Entwicklung einer Methode zur Inline-Qualitätssicherung nasschemischer, Cr(VI) – freier Konversions- und Anodisierschichten

Vor dem Kleben oder Lackieren von Aluminiumbauteilen ist eine geeignete Vorbehandlung unerlässlich. Für dauerhafte und haftfeste Verbindungen werden häufig nasschemische Prozesse – vor allem Konversionsschichten und Anodisierungen – eingesetzt. Aufgrund gesetzlicher Vorgaben erfolgt eine Umstellung von Cr(VI)-basierten Verfahren auf umweltfreundliche Prozesse. Um die notwendige Leistungsfähigkeit der Cr(VI)-freien Verfahren zu erreichen, ist eine genaue Einhaltung der Prozessparameter erforderlich. Gleichzeitig ist die visuelle Erkennbarkeit der Schichten oft nicht gegeben.
Der Einsatz von nasschemischen Badvorbehandlungen gerade im Bereich von Serien- und Großteilproduktionen erfordert schon aus rein wirtschaftlicher Sicht idealerweise eine Null-Fehler-Produktion. Insbesondere aber unter Berücksichtigung von Schadensfällen bzw. Sicherheitsaspekten für den späteren Einsatz müssen Fehler in diesen Schichten sicher erkannt und innerhalb eines QS-Konzeptes dokumentiert werden. Eine Prozessabsicherung durch online-fähige, berührungslose Messmethoden sowohl für Anodisier- als auch Konversionsschichten ist aktuell nicht vorhanden. Innerhalb des geplanten Forschungsvorhabens sollen hierzu neuartige optische Messtechniken entwickelt und optimiert werden.
Von den geplanten Forschungsergebnissen profitieren vorwiegend und unmittelbar spezialisierte kleine und mittlere Unternehmen (KMU) aus dem Bereich der Prozessüberwachung – Sensor- und Messgerätehersteller, Anlagenbauer, Anbieter für Prozessintegration. Mittelbar profitieren Anwender und Hersteller von Oberflächenbehandlungen für Aluminiumwerkstoffe. Die Galvano- und Oberflächentechnik ist mittelständisch geprägt. Fehlproduktionen in der Oberflächenbehandlung oder Fehler im Feld treffen KMU aus wirtschaftlicher Sicht besonders hart. Die angestrebte Null-Fehler-Produktion und lückenlosen Dokumentation der Qualität mit Hilfe der Inline-Prozesskontrolle bieten den KMU daher erhebliche wirtschaftliche Vorteile und Sicherheit.

InQuaNa 19579 N – Laufzeit: 01.06.2017 – 31.05.2019 (2200-104)

Neue, schaltbare oder adaptive Funktionsoberflächen durch Ein-Schritt Applikation von innovativen Polymerbürstenbeschichtungen auf technischen Substraten durch Lackierung

IFAM und IPF verfolgen in gemeinsamen Forschungsvorhaben mit der Verwendung schaltbarer Polymerbürstenbeschichtungen einen neuen Ansatz zur Verbesserung von Easy-to-clean-Effekten auf Oberflächen. Um diese Funktionen auf technischen Oberflächen darzustellen, war bisher ein mehrstufiger Beschichtungsprozess mit einem Zweischichtsystem notwendig.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es daher, eine solche Funktionsoberfläche durch einen Ein-Schritt-Prozess herzustellen. Inhalt des Projektes ist die Entwicklung eines self-stratifying Lacks. Dadurch wird eine leicht zu reinigende, kratzfeste, langlebige sowie transparente Beschichtung auf beliebigen technischen Substraten kostengünstig hergestellt. Der Lösungsweg beinhaltet neben der Einarbeitung von oleophob/hydrophilen Polymerketten mit reaktiven Gruppen in die Lackmatrix die Integration von polymermodifizierten Nanopartikeln. Beide Polymersysteme sollen durch einen spontanen Entmischungsprozess an die Lackoberfläche migrieren. Das angestrebte Hauptergebnis ist die Erzeugung einer intelligenten Beschichtung mit nachhaltigen self-cleaning Eigenschaften durch einen Ein-Schritt-Prozess.
Als wesentlicher Nutzen für die KMU wird ein funktionelles Lacksystem, verbunden mit einem kostengünstigen Beschichtungsverfahren, zur Verfügung stehen, das die Firmen befähigt, neue Produkte bzw. Produkte mit verbesserten Eigenschaften anzubieten und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit zu stärken. Da das zu entwickelnde System als generelles Prinzip zur Erzeugung anderer Oberflächenfunktionen adaptiert werden kann, ist ein breiter Nutzen für die in der Beschichtungsbranche tätigen KMUs zu erwarten, der kurz- bis mittelfristig zu Umsatzsteigerungen und der Schaffung von Arbeitsplätzen führt. Durch Verwendung der beschichteten Produkte werden außerdem die Umweltbelastung und der Reinigungsaufwand verringert. Der Ergebnis- und Kenntnistransfer sieht neben der Weiterbildung und Beratung von KMUs die Veröffentlichung der Ergebnisse vor.

AFOSS – 19895 BG – Laufzeit: 01.01.2018 – 31.03.2021 (2200-102)

Vorhersage der Oberflächeneigenschaften zerstäubender Lackapplikationstechniken durch Modellierung der Filmbildung beim Tropfenaufprall

Für die zerstäubenden Lackapplikationsverfahren als wichtigste Lackierverfahren in der Industrie sind viele Effekte bei der Bildung des Lackfilmes noch unverstanden. Dies führt zu Einbußen in der Effizienz durch Lackierfehler, z. B. durch Lufteinschlüsse, durch zu hohe Schichtdicken und ineffiziente Lackierparameter zur Erreichung einer guten Appearance und durch aufwändige Sonderprozesse zur Erzeugung innovative Farbeffekte. Zu einer nachhaltigen Lösung ist es erforderlich, den relevanten Prozess des Auftreffens der Lacktröpfchen und dem anschließenden Verfließen genauer zu untersuchen, wofür die Kapazitäten gerade bei KMU nicht ausreichen. Möglich wird dies auf der einen Seite bei numerischen Verfahren durch ständig fortlaufende Weiterentwicklung von Lösungsalgorithmen in Verbindung mit Steigerung von Rechnergeschwindigkeiten, so dass physikalisch komplexe Prozesse ausreichend genau modelliert werden können und auf der anderen Seite erlauben es moderne experimentelle Messtechniken wie optische Profilometrie, Hochgeschwindigkeitskamera oder erweiterte Rheometrie die erforderlichen Eingangs- und Vergleichsdaten zu bestimmen. Zudem gibt es auch neuere apparative Entwicklungen, wie Tropfengeneratoren, die im Projekt zur Verfügung stehen. Die erzielten Erkenntnisse werden bei Lieferanten von Rohstoffen (Form und Größe der Effektpigmente), bei Lackherstellern (komplexe rheologische Einstellungen), bei Applikationsherstellern (Tröpfchengröße und -impuls) und bei Lackanwendern (Prozessbedingungen für einen robusten Prozess) sowie bei Beratungs- und Messtechnikfirmen neue, innovative Produktentwicklungen erlauben. Neben den großen Unternehmen sind in diesen Branchen viele KMU zu finden, die sehr schnell und flexibel aus den Projektergebnissen neue Geschäftsmodelle entwickeln können. In dem interdisziplinären Kontext sollen eine hohe Prozesssicherheit bei geringem Materialbedarf ermöglicht und gleichzeitig effizient neue Farbeffekte eingeführt werden.

Tropfenaufprall – 20089 N – Laufzeit: 01.05.2018 – 31.10.2020 (2200-111)

Entwicklung eines künstlichen Bewitterungsverfahrens für die Qualitätssicherung hochbeanspruchbarer Rotorblattvorderkantenbeschichtungen unter Bewertung witterungsbedingter mechanischer Eigenschaftsänderungen

In den letzten Jahren sind bei Windenergieanlagen vermehrt massive Schäden an den Rotorblattvorderkanten aufgetreten. Diese Schadensbildung wurde im DIN-Ausschuss Beschichtungen an Rotorblättern für Windenergieanlagen unter den Fachexperten kontrovers diskutiert. Die Mitglieder des Ausschuss sind zu dem Ergebnis gekommen, dass die starken Erosionsprobleme durch Schädigungsmechanismen verursacht werden, die bisher nicht ausreichend untersucht worden und in den Prüfszenarien derzeit nicht abgebildet sind. Die Schädigung der Erosionsschutzbeschichtung durch die Bewitterung verursacht einen erhöhten Instandhaltungsbedarf, mögliche Schäden und die Gefahr des Verlustes eines Rotorblatts sind denkbar.
RotorBeWi greift diese Problemstellung auf. Es wird ein wissenschaftlich abgesichertes Vor-konditionierungsverfahren für die Erosionsprüfung entwickelt um sicher zu stellen, dass die Erosionsprüfung praxisgerechte Ergebnisse liefert. Die Erkenntnisse des Forschungsprojekts werden unmittelbar in die Normung einfließen. Für KMU in der Windenergiebranche besteht der sehr große Vorteil, dass die hier angestrebten grundlegenden und unabhängigen Untersuchungen und Entwicklung der Prüfmethode üblicherweise nicht von KMUs alleine finanziert werden können. Aufgrund der aktuell bestehenden enormen Prüfkosten sind die KMU in der Entwicklung neuer Verfahren und Produkte benachteiligt.
In diesem Bereich gibt es derzeit wenige KMU Lackhersteller die diese Beschichtungsstoffe herstellen. Weitere Lackhersteller möchten diese Branche beliefern und das zu entwickelnde Erosionsschutzmaterial ist dabei als Nischenprodukt für kleine und spezialisierte Lackhersteller interessant. Der zu erwartende reduzierte Prüfaufwand ist für KMU-Lackhersteller von großem Vorteil.
Prüfgerätehersteller und Beratungsunternehmen können die Prüfdienstleistung und den Vertrieb von Bewitterungsgeräten anbieten. Dazu kommen Firmen, die in Kleinserie Prüfgeräte für die Regenerosionsprüfung herstellen können.

RotorBeWi – 20497 N – Laufzeit: 01.03.2019 – 31.01.2021 (2200-107)

Fluoreszenzscanner für die ortsaufgelöste und quantitative Inline-Detektion filmischer Verunreinigungen zur Qualitätssicherung in Beschichtungsprozessen

Die industrielle Teilereinigung dient u. a. zur Vermeidung störender filmischer Verunreinigungen vor Beschichtungs- oder Lackierprozessen. Da die Oberflächen nach dem Prozess nicht mehr zugänglich sind, muss die Qualitätssicherung inline erfolgen. Hier fehlen geeignete Verfahren weil die verfügbaren quantitativen Messungen weder ortsaufgelöst noch inline-fähig sind und die ortsauflösenden Verfahren nur qualitative Aussagen ermöglichen. Es gibt daher einen erheblichen Bedarf an Systemen zur ortsaufgelösten und quantitativen Messung filmischer Verunreinigungen in Reinigungslinien, um Reklamationen zu vermeiden und Prozesse hinsichtlich Kosten, Durchlaufzeit und Chemikalienverbrauch zu optimieren.
Diese Lücke in der Qualitätssicherung soll durch die Entwicklung eines fluoreszenzoptischen Scanners geschlossen werden, der in Kombination mit einem 3D-Messsystem zur physikalischen Modellierung des Fluoreszenzsignals erstmals ortsaufgelöste und quantitative Messungen von filmischen Verunreinigungen auf metallischen Oberflächen in nasschemischen oder mechanischen Reinigungsprozessen ermöglicht. Zur Qualifikation für ein großes Markt-segment muss ein relevantes Materialspektrum einschließlich zugehöriger Anforderungen identifiziert und fluoreszenzoptisch charakterisiert werden. Da die relevanten Restverschmutzungen (Öle und Fette) zumeist nicht langzeitstabil sind, müssen auch Verfahren zur Herstellung von Prüfstandards entwickelt werden, um die jeweiligen Materialien in niedriger Konzentration und homogen verteilt auf Proben applizieren zu können. Das Forschungsvorhaben umfasst daher sowohl Fragestellungen aus der optischen Messtechnik als auch aus den Bereichen Reinigungstechnik, Probenpräparation und chemischer Analytik.

Scan4Coat – 20500 BG – Laufzeit 01.02.2019 – 31.01.2021 (2200-109)

Untersuchung der material- und verfahrenstechnischen Grundlagen für die Entwicklung eines neuen Gleitlackkonzepts für hohe Beanspruchungen im Maschinen- und Automobilbau

Die neue Rohstoffklasse der Graphentypen und –derivate eröffnet neue Möglichkeiten, wesentlich effektivere und dauerhaftere Gleitlacke, ggf. in Kombination mit klassischen Gleitlackkomponenten wie PTFE, zu formulieren. Folgende Eigenschaften des Graphens sind dafür verantwortlich:
– Trockenschmiereigenschaften
– Hohe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit
– Mechanisch verstärkende Eigenschaften als Polymerkomposit
– Anisotropie durch plättchenförmigen Teilchenhabitus
– In anoxidierter Form (reduziertes Graphitoxid) hohe Verträglichkeit zu Lackmatrix
Aktuell sind allerdings hinsichtlich der Nutzung des neuen Rohstoffs für Lackanwendungen noch viele Fragen offen, z.B.:
– Welche Bindemittel – Graphen Kombinationen sind für Gleitlacke einsetzbar?
– Wechselwirkung zwischen Graphen und PTFE-Partikeln bei Reibbelastung?
– Dispergierungs- und Stabilisierungsmethode für die Einarbeitung von Graphen- und PTFE-Partikeln in das Kompositmaterial?
– Welche anwendungstechnische Eigenschaften hinsichtlich Abriebschutz, Dauerhaftigkeit, Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit sind erreichbar?
– Adhäsion auf den relevanten Werkstoffen?
– Wechselwirkung/Verträglichkeit graphenbasierter Gleitlacke mit üblichen Schmiermitteln?
Zur Klärung dieser Fragen soll folgendermaßen vorgegangen werden:
– Erarbeitung von geeigneten Dispergierungs- und Stabilisierungsmethoden für ausgewählte Graphentypen in Epoxid- und/oder Polyurethanharzen
– Untersuchung von Stratifizierungsphänomenen
– Tribologische Untersuchung mit Bezug auf vorher definierte Einsatzfälle
– Demonstration des Eigenschaftsprofils der neuen, modelhaften Lacke
Die Ergebnisse des Projekts werden der überwiegend mittelständisch geprägten Lackindustrie, sowie Lohnbeschichtern und Firmen aus dem Bereich des Maschinenbaus zu Gute kommen, um auf dieser Basis neue Produkte und Einsatzbereiche zu erschließen, die mit konventionellen Gleitlacken, Schmierstoffen oder Beschichtungen nicht zugänglich sind.

Graphen Gleitlacke – 19322 N – Laufzeit: 01.02.2017 – 31.12.2019 (2200-103)

Metallisierung von Kunststoffen und Verbundmaterialien mit innovativen Atmosphärendruckplasmatechnologien

Zur Metallisierung von Kunststoffoberflächen benötigt man nach aktuellem Stand der Technik mehrere Badprozesse für die Vorbehandlung der Oberfläche gefolgt von einem Galvanisierungs- oder stromlosen Abscheidungsverfahren. Die zugehörigen Vorbehandlungsschritte benötigen teils umweltbedenkliche Chemikalien, wie z.B. Cr(VI)-haltige Verbindungen, die nach aktuellen EU-Richtlinien zeitnah verboten werden.
Ziel des Projektes METAPLAST ist daher die Entwicklung von trockenchemischen und umweltfreundlichen Plasmatechniken für die Abscheidung von metallischen Schichten auf Polymeroberflächen unter atmosphärischen Bedingungen. Die Verfahren sollen dabei derart ausgelegt werden, dass sie auch auf thermosensitiven Materialien anwendbar und für eine nachfolgende Metallisierung geeignet sind. Die notwendigen Badprozesse für die Vorbehandlung der Polymeroberflächen können so ersetzt werden. Zudem ermöglicht die Verwendung von Atmosphärendruck-Plasmadüsen eine maskenlose, lokale Metallisierung.
Eine der verwendeten Plasmaquellen („Ion-Jet torch“) ist für die Abscheidung vergleichsweise dicker (1 – 100 µm) Schichten geeignet, wodurch die Galvanisierung komplett ersetzt werden kann. Das Ergebnis ist ein vollständig chemikalienfreier Beschichtungsprozess für die Erzeugung von metallischen Schichten auf Polymeroberflächen. Nachteilig dabei sind die rauen Oberflächen. Für Anwendungen die eine möglichst glatte Oberfläche benötigen, bieten sich deshalb vor allem dünne Beschichtungen (50 nm – 1 µm) an, die mit einer zweiten Plasmaquelle hergestellt („Arc-PVD jet“) und einer nachfolgenden Metallbeschichtung kombiniert werden. Das Projekt profitiert dabei vor allem aus der engen Zusammenarbeit zwischen den Partnern MATERIA Nova (Wallonie, Belgien) und Fraunhofer IFAM (Bremen, Deutschland). Die Deutsche Forschungsgesellschaft für Oberflächentechnik e.V. (DFO / Neuss) koordiniert das Projekt und bewertet die entwickelten Technologien hinsichtlich ihrer industriellen Anwendbarkeit.

Metaplast – 197 EN – Laufzeit: 01.07.2017 – 31.12.2019