Mit smarten Alublechen gegen Stickoxide
Forschung- und Industriepartner entwickeln wirksame Eloxalschichten für Fassadenelemente

Stickoxide (NOx), so das Bundesumweltamt, tragen zur Feinstaubbelastung bei, schädigen die Umwelt, sind mitverantwortlich für die sommerliche Ozonbildung und insbesondere für Asthmatiker ein Gesundheitsrisiko. In Ballungsgebieten und Innenstädten ist der Straßenverkehr neben Verbrennungsanlagen für Kohle, Öl, Gas und Holz die bedeutendste Quelle von NOx; das Verbot für ältere Dieselfahrzeuge in mehreren deutschen Großstädten seit Juni 2018 ist eine Konsequenz aus der Überschreitung der europaweit gültigen Grenzwerte.

Um die Belastung der Luft durch Stickstoffoxide zu reduzieren, sind vielfältige Maßnahmen und ein ausgewogenes Gesamtkonzept erforderlich. An einem Baustein in diesem Konzept arbeitet das fem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie gemeinsam mit dem DECHEMA-Forschungsinstitut (Frankfurt/Main) und dem Institut für Technische Chemie an der Leibniz Universität Hannover im Rahmen eines neuen Forschungsprojekts, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wird. Ziel ist die Entwicklung einer funktionalisierten Eloxaloberfläche für Aluminiumbleche, die als Fassadenverkleidung an Gebäuden zum Einsatz kommen. Funktionalisiert heißt: in die poröse Struktur anodisierter Aluoberflächen (Eloxalschicht) sollen photokatalytische Nanopartikel eingelagert werden, die, aktiviert durch das UV-Licht der Sonnenstrahlung, einen nennenswerten Beitrag zum Abbau von NOx in städtischen Räumen leisten können. Auf diese Weise könnte der hervorragende Korrosionsschutz von Eloxalschichten mit einer vor allem für urbane Räume überaus wünschenswerten Wirksamkeit kombiniert werden.

Die rund zwanzig beteiligten Partner aus der Industrie haben ein großes Interesse daran, den bisherigen Wettbewerbsnachteil von Eloxalschichten – ihre fehlende Funktionalität – auszugleichen und mit den stickoxidreduzierenden Fassadenblechen neue Märkte zu erschließen: „Unseres Erachtens liegt das größte Entwicklungspotential von Metallfassaden in der Oberflächentechnik. Die Fassadenoberfläche der Zukunft sollte zunehmend Funktionen übernehmen, die den Klima- und Umweltveränderungen Rechnung tragen“, betont Hans Dieter Wahl, Geschäftsführer der HD Wahl GmbH. Da diese Aluminiumoberflächen besonders leicht zu reinigen sind (easy-to-clean) und eine antibakterielle Wirkung aufweisen, sind für sie auch weitere Einsatzgebiete denkbar, z.B. Handläufe, Haltegriffe und -stangen in Gebäuden und Verkehrsmitteln, in Sanitärräumen und Krankenhäusern.

Beim Auftakttreffen der Projektpartner am fem in Schwäbisch Gmünd sind die Herausforderungen bei der Entwicklung der Schichten und die zwei unterschiedlichen Verfahren zur Einlagerung der Partikel rege diskutiert worden: „Entscheidend für den Erfolg ist zum einen eine langzeitbeständige Einlagerung der photokatalytisch wirksamen Nanopartikel in die Eloxalschicht, zum anderen eine ausreichend gute Porenfüllung“, so Christof Langer, Abteilungsleiter am fem.

Anfang November war das fem Forschungsinstitut erstmals Gastgeber für den Regionalen Arbeitskreis „Aalener/Stuttgarter Metallographietreffen“, der dem Fachausschuss Materialographie der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde (DGM) angehört.

32 Teilnehmer, die in der Industrie und an verschiedenen Hochschulen und Instituten auf dem Gebiet der Metallographie bzw. Werkstoffprüfung tätig sind, folgten der Einladung nach Schwäbisch Gmünd. Felix Bauer vom fem stellte in seinem Fachvortrag über „Metallographische Aspekte bei der Legierungsentwicklung im System Kupfer-Nickel-Aluminium“ Forschungsergebnisse der Neuentwicklung von hochfesten und hochleitfähigen Kupferlegierungen für die Elektro- und Automobilindustrie vor. Diese sollen, so das Ziel der Wissenschaftler, jene bisher unübertroffenen Kupferlegierungen ersetzen, die das umwelt- und gesundheitsschädliche Element Beryllium enthalten.

Die Möglichkeit zur Diskussion und zum fachlichen, firmenübergreifenden Erfahrungsaustausch wurde von den Teilnehmern aus dem In- und Ausland ausgiebig genutzt. Bei einem abschließenden Rundgang durchs Institut zeigten sich die Gäste beeindruckt von der Vielzahl an Analyse- und Prüfmethoden, die am fem für die Forschungsarbeit und Industriedienstleistungen zur Verfügung stehen.

Seit dem 1. Oktober 2019 liegt die Leitung der Abteilung Elektrochemie, Galvanotechnik und Korrosion am fem in den Händen von zwei Wissenschaftlerinnen: Neben der bisherigen Abteilungsleiterin Dr. Renate Freudenberger hat nun auch Heidi Willing, die bislang als wissenschaftliche Mitarbeiterin Forschungsprojekte in der Abteilung durchführte, Leitungsaufgaben und Verantwortung übernommen.

Heidi Willing ist bereits seit 1995 am fem. Nach ihrem Abschluss in Allgemeiner Chemie an der Fachhochschule für Technik und Wirtschaft in Reutlingen kam sie ans Forschungsinstitut und absolvierte von 1998 bis 2001 neben ihrer Forschungsarbeit in Schwäbisch Gmünd ein Diplomstudium für Werkstoffwissenschaften an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg.

Die Erweiterung der Abteilungsleitung wurde erforderlich, da in den letzten Jahren neben den klassischen Bereichen der Elektrochemie, Galvanotechnik und Korrosion neue Forschungsschwerpunkte auf dem Gebiet der Energietechnik etabliert wurden – begleitet von einem deutlichen Anstieg der Mitarbeiterzahl.

Heidi Willing freut sich über ihre neuen Aufgaben: "Im Bereich der Forschung ist mir neben der Erweiterung der Fachkompetenzen auch der Auf- und Ausbau von Netzwerken mit Partnern aus Industrie und Forschung ein wichtiges Anliegen".

Wer die aktuelle Diskussion rund um das Thema Energiewende verfolgt, der weiß, dass eine wesentliche Voraussetzung für deren Gelingen die Gewährleistung einer sicheren und stabilen Übertragung der Energie ist. Daher sind langzeitstabile stromführende Verbindungen, beispielsweise an Ladesäulen für E-Mobile oder in gasisolierten Schaltanlagen, von größter Bedeutung für die Funktionssicherheit von Energieanlagen bzw. für die Zuverlässigkeit der Energieübertragung.

Damit die dabei verwendeten, mit Edelmetallen beschichteten Kontakte auch bei hohen Steckzyklen – d.h. wenn sie sehr oft gezogen und eingesteckt werden – unversehrt bleiben, werden sie derzeit mit Kontaktschmiermitteln behandelt. Diese verringern den Reibverschleiß im Betrieb und ermöglichen die geforderten, mitunter sehr langen Einsatzzeiten. Diese Schmiermittel haben jedoch verschiedene Nachteile: Sie müssen temperaturbeständig sein und sehr exakt dosiert werden, und sie altern, zersetzen sich und bilden mit der Zeit Rückstande, die den Kontaktwiderstand erhöhen.

An diesem Punkt setzt nun ein neues Forschungsprojekt mit dem Titel „Kontakt- und Langzeitverhalten selbstschmierender Beschichtungen in stromtragenden Verbindungen der Elektroenergietechnik“ (Pdf) an. Ziel ist die Entwicklung von galvanischen Silber-Dispersionsschichten mit selbstschmierenden Eigenschaften. Diese neuartigen Schichten sollen die nachträglich aufgebrachten Schmiermittel irgendwann überflüssig machen. Die beiden Forschungspartner, das Institut für Elektrische Energieversorgung und Hochspannungstechnik (IEEH) an der TU Dresden und das in Schwäbisch Gmünd ansässige Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie (fem), trafen sich unlängst in Dresden auf der Auftaktveranstaltung des Verbundprojekt, das vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des 7. Energieforschungsprogramms über einen Zeitraum von 3 Jahren mit insgesamt etwa 1,3 Millionen Euro gefördert wird.

Auch das Interesse und die Beteiligung der Industrie ist sehr hoch: Die Verbundpartner Rosenberger Hochfrequenztechnik GmbH & Co. KG und Composite Coatings Services GmbH sowie die assoziierten Partner Henze BNP AG, Dr.-Ing. Max Schlötter GmbH & Co. KG, Siemens AG und Stäubli Electrical Connectors GmbH, arbeiten gemeinsam mit den Forschungsinstituten an der Entwicklung der Silberbeschichtungen, in die vorwiegend sogenannte hexagonale Bornitrid-Partikel als Festschmierstoff eingelagert werden sollen. Am fem werden diese Schichten im Labormaßstab erzeugt. Eine Simulationssoftware hilft den Forschern dabei, den Einbau und die Verteilung der genannten Partikel zu optimieren. Auch ein großer Teil der umfangreichen Charakterisierung der Schichten – wie ist ihr Reibungsverhalten, wie gut sind ihre mechanischen oder thermischen Eigenschaften? – findet am fem statt. Das IEEH in Dresden untersucht dagegen die elektrischen Eigenschaften der Schichten und führt Reibverschleißversuche an realen Steckverbindern durch. „Am Ende steht zwar noch nicht das marktreife Produkt, aber durch das Know-How der beteiligten Industriepartner können die Dispersionsschichten gegen Projektende sogar auf industriellen Probenkörpern im Technikumsmaßstab hergestellt und qualifiziert werden“, so Heidi Willing vom fem.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Ann-Kathrin Egetenmeyer, egetenmeyer@fem-online.de
Heidi Willing, willing@fem-online.de

Aktuelle Themen und Trends in der Schmucktechnologie, Vorträge aus Forschung und Praxis, Austausch mit Experten bei Kaffee, Gebäck und Häppchen: Dazu laden Sie der Förderverein für die Gold- und Silberschmiedeschulen Schwäbisch Gmünd e.V. und das Forschungsinstitut fem herzlich ein.

16. Oktober 2019, ab 14.30 Uhr im Platinsaal des fem

14.30 Uhr: Kaffee und Gebäck | 15.00 Uhr: Begrüßung | 15–18 Uhr: Vorträge

• Dr. Ulrich Klotz: Neue Schmucktechnologien in der internationalen Diskussion – ein Überblick
• Margaretha Held: Ossia-Sepia-Guss
• Franz Held: Neue Palladiumlegierungen mit verbesserten Eigenschaften
• Dr. Miriam Eisenbart: Aktuelles aus der Edelmetallforschung am fem

18.00 Uhr: Ausklang bei Häppchen und Getränken

Die Anmeldung erfolgt schnell und unkompliziert: Schreiben Sie eine E-Mail an folgende Adresse: gold-silber-gmuend@gmx.de. Sie erhalten umgehend eine Bestätigung Ihrer Anmeldung.

"Mit aller Staatsmacht Märkte schaffen – Welche Industriepolitik braucht Deutschland?" Darüber diskutierte Dr. Andreas Zielonka, in seiner Rolle als Institutsleiter des fem und als Vizepräsident der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) mit Dr. Hubertus Bardt, Institut der deutschen Wirtschaft, Lisa Nienhaus, Wirtschaftsredakteurin der Wochenzeitung Die ZEIT, und dem Gesprächsleiter Thomas Ihm.

"Die fetten Jahre sind vorbei. Alles spricht dafür, dass es der Wirtschaft bald schlechter geht. Vor dem Hintergrund trüber Aussichten wächst das Interesse an einer Politik, die steuernd, motivierend, zukunftsweisend und pragmatisch in das Wirtschaftsgeschehen eingreift. Ein Vorstoß von Wirtschaftsminister Peter Altmaier (CDU) für eine Nationale Industriestrategie 2030 stieß zunächst auf wenig Begeisterung. Aber die Debatte geht weiter. Die EU macht jetzt den 'Green Deal' zu ihrer zentralen Aufgabe. Klimaschutz und Wirtschaftsentwicklung gehen dann Hand in Hand. Welche Investitionen, welche Innovationen können den Abschwung verhindern? Auf welche Technologien soll der Standort Deutschland in Zukunft setzen. Und wie kann, darf und soll die Wirtschaftspolitik den Strukturwandel beeinflussen?" (SWR2)

Die Sendung können Sie hier anhören.

Zum Auftakt ihrer viertägigen Denkmalreise durch Baden-Württemberg beehrte Staatssekretärin Katrin Schütz aus dem Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau Baden-Württemberg das fem in Schwäbisch Gmünd. Anlass ihres Besuchs war die Zusammenarbeit des Forschungsinstituts mit dem den Landesamt für Denkmalpflege (LAD) im Regierungspräsidium Stuttgart. Institutsleiter Dr. Andreas Zielonka (fem) und Nicole Ebinger-Rist (LAD) präsentierten der Staatssekretärin die Möglichkeiten des 3D-Röntgen-Computertomographen, in dem die kostbaren Bergungen und Fundstücke der Archäologen zerstörungsfrei und detailreich erfasst und vermessen werden. „Der neue Hochkontrast-Detektor, mit dem wir unser CT-Labor im Frühjahr auf den neuesten Stand der Technik gebracht haben, erlaubt es uns, Untersuchungen jetzt noch schneller und präziser durchzuführen. Das ist ein großer, wichtiger Schritt in der Zusammenarbeit mit der Landesdenkmalpflege“, so Dr. Zielonka. Staatssekretärin Schütz zeigte sich beeindruckt von den Ergebnissen der virtuellen Archäologie: „Wir blicken auf zehn Jahre erfolgreiche Kooperation der Landesdenkmalpflege mit dem fem zurück. Die Zusammenarbeit im Bereich der hochtechnologischen Auswertung hat sich sehr bewährt und wird deshalb auch weiterhin fortgeführt“.

Weitere Informationen zur Denkmalreise finden Sie hier
 

 ^{Bild, v.l.n.r.: Dr. Stefan Scheffold MdL, Prof. Dr. Claus Wolf (Leiter LAD), Staatssekretärin Katrin Schütz, Nicole Ebinger-Rist (LAD), Dr. Andreas Zielonka und Oberbürgermeister Richard Arnold}

Energie, Klima, Umwelt – das waren die großen Themen beim Besuch des Justizstaatssekretärs und Gmünder SPD-Bundestagsabgeordneten Christian Lange am Forschungsinstitut fem in Schwäbisch Gmünd. Lange, seit 2013 Parlamentarischer Staatssekretär im Bundesministerium für Justiz und Verbraucherschutz, ist derzeit auf Sommertour durch den Wahlkreis. Ein Abstecher bei den Experten für Energie- und Batterietechnik am fem durfte da natürlich nicht fehlen. Dr. Andreas Zielonka, Institutsleiter des fem, und eine Gruppe von Wissenschaftlern führten den interessierten Besucher durch das Institutsgebäude und präsentierten ihm Forschungsprojekte rund um das Thema Energie: Von der Entwicklung von Werkstoffen für Steckverbinder über neue Fertigungsmethoden für Spulen in Elektromotoren bis hin zu Komponenten für Lithium-Schwefel-Batterien und Brennstoffzellen.

„Die Frage ist nicht, ob wir in Zukunft mit Batterien oder mit Brennstoffzellen mobil sein werden, sondern ob es uns gelingt, eine intelligente Mischung zu realisieren, die den Anforderungen in Stadt und Land, im Nah- und Fernverkehr gerecht wird“, betonte Zielonka im Gespräch mit Staatssekretär Lange und erläuterte, warum sich das fem nicht nur auf eine Technik konzentriert, sondern derzeit verschiedene Ansätze verfolgt. Ohne eine Unterstützung der anwendungsorientierten, industrienahen Forschungsinstitute durch den Bund, das wurde in der angeregten Diskussion am Ende des Besuchs deutlich, ist dieses Ziel aber nicht zu erreichen. Der Forschungstransfer in die klein- und mittelständische Wirtschaft, etwa über AiF-Forschungsprojekte, die vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie finanziert werden, sei dafür von größter Bedeutung. Dieser Transfer müsse in Zukunft aber noch weiter gestärkt werden, darin waren sich Staatssekretär Lange und Dr. Zielonka in seiner Rolle als Vizepräsident der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) einig.

Im Mai 2019 erhielt das fem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie seine neue, erweiterte Akkreditierungsurkunde. Nach erfolgreicher Begutachtung durch die Deutsche Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) konnte der Umfang der Akkreditierung deutlich erweitert werden: „Damit trägt das fem den stetig wachsenden Anforderungen der Automobilindustrie, insbesondere im Bereich der Qualitätsprüfung und Erstbemusterung, Rechnung“, so Christof Langer, Leiter der Abteilung Leichtmetall-Oberflächentechnik. Insbesondere für den Automobilbereich wurde die Akkreditierungsurkunde um nationale und internationale Normen sowie zahlreiche Werksnormen von Automobilherstellern ergänzt. Dazu zählen neben der Druckwasserstrahl- und Multischlagprüfung verschiedene Korrosions-, Klimawechsel-, Klimaschock- und Bewitterungsprüfungen.

Aufgrund der flexiblen Akkreditierung (sog. Flexibilisierung nach Kategorie III), hat das fem nun die Möglichkeit, alle im Anhang der Akkreditierungsurkunde aufgeführten Prüfnormen gemäß ihrer aktuell gültigen Formulierung durchzuführen. Da das fem seit knapp zwei Jahren als Prüfinstitut für die Gütegemeinschaft Schwerer Korrosionsschutz (GSK e.V.) auftritt und die Inspektion von Beschichtungsunternehmen der GSK durchführt, wurden auch die Prüfungen auf Porenfreiheit, Schlagbeständigkeit und Vernetzung aufgenommen. Für die Laborprüfungen im Rahmen der Güte- und Prüfbestimmungen der GSK e.V. wurde die Akkreditierungsurkunde um den Abreißversuch zur Bestimmung der Haftfestigkeit (ISO 4624) und die Prüfung auf kathodische Unterwanderung (u.a. DIN 3476-1) erweitert.

Außerhalb des akkreditierten Bereiches bietet das Forschungsinstitut eine Vielzahl weiterer Prüfmethoden an. Eine Übersicht sämtlicher Verfahren findet sich hier.

Zu unseren Labors für Thermische Analyse und Metallurgie haben wir neue, aktualisierte Infoblätter für Sie zusammengestellt. Alle wichtigen Informationen, technischen Daten und Normen zu unseren Dienstleistungen und Forschungsmöglichkeiten in diesen Bereichen sind dort aufgeführt. Sie finden die Infoblätter auf der Seite der Abteilung Metallkunde oder können Sie direkt hier herunterladen:
Thermische Analyse
Metallurgielabor