Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche | 5 / 2014

68 Pages·2014·19.57 MB·German

WOMag
BAND 3
ISSN 2195-5905
Kompetenz in Werkstoff und funktioneller Oberfläche | 5 / 2014
PROZESSKETTE
. . . mGeitmeinschaftsstand OBERFLÄCHENTECHNIK
Intelligentes Implantat zur Ableitung
von EEG-Signalen
Füllen von Blind Microvias und Through
Holes durch Kupferabscheidung
Palladium- und Palladium-Nickel-
Elektrolyte für elektrische Kontakte
Sterilisationsbeständiges Kleben
von medizinischen Instrumenten
Elektrochemische Dekontamination
leitender Oberflächen: Neue Ansätze
Antivirale Ausrüstung textiler
Oberflächen mit Kupferpigmenten www.wotech-technical-media.de

E
ditorial
Know-how aus erster Hand
Zu den Höhepunkten dieses Jahres im Bereich der Oberflächen-
technik zählt die O&S vom 24. bis 26. Juni in Stuttgart. Die Fach-
messe hat inzwischen ein erhebliches Interesse gewonnen, so-
wohl national als auch europaweit. Mit dazu beigetragen hat
die Möglichkeit, in einer Fachausstellung die gesamte Breite an
Einrichtungen und Verfahren abzubilden. Darüber hinaus gilt
die Neue Messe Stuttgart mit ihrer hervorragenden Verkehrs-
anbindung als einer der modernsten Messestandorte, der eine
unkomplizierte und schnelle Anreise gewährleistet.
Dass die Oberflächentechnik ein außerordentlich vielfältiger
Bereich der Technik ist, zeigt sich allein schon daran, dass jedes
Produkt zu einem mehr oder weniger großen Teil über seine
Oberfläche in Erscheinung tritt und die Oberfläche verschiede-
ne Eigenschaften gewährleisten muss. Dadurch ergibt sich auch
für nahezu jedes Produkt eine besondere Aufgabenstellung an
die Oberflächentechnik, die darüber mitentscheidet, dass die erwarteten Funktionen erfüllt wer-
den. Dies gelingt durch die Arbeit von Unternehmen, die Verfahren und Produkte zur Oberflächen-
bearbeitung entwickeln und vertreiben sowie Anlagen und Einrichtungen herstellen, mit denen
Oberflächen – vom Einzelteil bis zum Massenprodukt – behandelt und beschichtet werden kön-
nen. Auf der O&S stellen zahlreiche Unternehmen daher Verfahren zum Behandeln von Metal-
len, Kunststoffen oder Keramiken sowie die dafür notwendigen Anlagen und Einrichtungen aus.
Darüber hinaus sind aber weitaus mehr Unternehmen damit befasst, für die unterschiedlichen
Arten von Teilen die bestmögliche Oberflächenbearbeitung – ausgerichtet auf die Anforderun-
gen eines Produktherstellers – als Dienstleister (Lohnbeschichter) in hochqualitativer und kos-
tengünstiger Art zu realisieren. Zunehmend wird von den Kunden der Oberflächentechnologie
akzeptiert, dass der Arbeitsschritt der Beschichtung beziehungsweise Oberflächenbehandlung
möglichst früh in der Prozesskette berücksichtigt werden muss, um die gewünschten Ergebnisse
zu erzielen. Der Fachmann der Oberflächentechnik unterstützt damit den Designer, Entwickler,
Konstrukteur oder Fertigungstechniker, die Qualität eines Produktes zu steigern und oftmals die
Gesamtkosten für die Produktherstellung zu senken. Einige der kleineren, aber hochspezialisierten
Unternehmen im Umfeld der Oberflächentechnik nutzen die Gelegenheit, mit ihren Kunden auf
dem Gemeinschaftsstand Prozesskette Oberflächentechnik in Halle 7 (Stand D78) über die best-
mögliche Zusammenarbeit zu diskutieren. Vertreten sind hier Unternehmen aus den Bereichen
Oberflächentechnik für Aluminium, hochbelastbare Chromschichten, Herstellung von elektrischen
Kontaktoberflächen, Hartstoffschichten auf Werkzeugen sowie hochbelastbare Gleitbeschichtun-
gen auf Halbzeugen. Präsentiert wird darüber hinaus mit den Details zur Korrosionsmessung eine
der wichtigsten Prüftechnologien für Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen.
Ab Seite 34 geben die Teilnehmer des Gemeinschaftsstandes Prozesskette Oberflächentechnik, so-
wie Aussteller aus anderen Bereichen der O&S, Einblicke in ihr Messeprogramm. Kunden und Inte-
ressenten aus allen Produktionsbereichen haben auf der Messe die Gelegenheit, über ihre Fragen
und Ideen mit dem richtigen Partner zu diskutieren und Know-how aus erster Hand zu erhalten.
Einen Eindruck von den vielfältigen Herausforderungen und Lösungen, die sich aus einem optima-
len Zusammenspiel von Werkstoff- und Oberflächentechnik ergibt, vermittelt im aktuellen Heft
(Seite 10 bis 31) auch der Schwerpunkt Werkstoffe und Oberflächen in der Medizintechnik. Er wur-
de von Prof. Dr. Volker Bucher von der Hochschule Furtwangen organisiert, der an der Hochschule
eine Professur für Oberflächentechnik in der Medizintechnik innehat und zugleich die Arbeitsgrup-
pe Mikromedizin und Oberflächentechnik am NMI in Reutlingen leitet. Die Medizintechnik hat im
Übrigen Anfang Juni, ebenfalls auf der Neuen Messe in Stuttgart, ihre jährlich stattfindende Aus-
stellung Medtec – auch hier ist die Oberflächentechnik inzwischen ein Bestandteil des Programms.
Charlotte Schade
Dipl.-Ing. (FH)
WOTech GbR
INHALT
Füllen von Microvias mit Kupfer 4 Oberflächentechnik in der Medizintechnik 10
Elektrochemische Dekontamination 24
Trocknen in der Medizintechnikproduktion 27
Additive Fertigung in der Medizintechnik 13 Mikrodrehteile für die Medizintechnik 19 Klassifizierung von ENIG-Oberflächen 34
WERKSTOFFE WERKSTOFFE OBERFLÄCHEN
Steigerung der Integrationsdichte von Mikrodrehteile für die Medizintechnik 19 Elektrochemische Dekontamination
Leiterplatten durch Füllen von Blind leitender Oberflächen: Von grund-
Wichtige Stoffe mit Bedacht einsetzen –
Microvias und Through Holes mittels legenden Ideen zu neuen Ansätzen 24
Conflict Minerals Rule of the US Securi-
elektrolytischer Kupferabscheidung 4 Plasmen unter Normaldruck-
ties and Exchange Commission (SEC) 20
bedingungen – neue Oberflächen
Perfektes Zusammenspiel
Additive Manufacturing ist in Klinik für die Medizintechnik 26
in der Prozesskette 5
und OP angekommen 20 Reinigungstechnologien
Die Fabrik der Zukunft (ent)steht für die Medizintechnik 27
Geringer Kontakt
in Chemnitz 6
ABC-Workshop 28
sichert gutes Ergebnis 21
Wie schnell ermüdet ein Bauteil? 8 Neue Technologie für phosphatfreie
Sicher trocknen in der Medizintechnik 22
Kaltumformungsprozesse 31
Wohin geht für die Medizintechnik
Ammoniakfreie Palladium- und
die Reise? 10
Palladium-Nickel-Elektrolyte
Additive Fertigung – Lösungen für INGENIEUR- für elektrische Kontakte 32
individuelle und gleichzeitig wirtschaft- PSYCHOLOGIE k t u e l l Praxisnahe Klassifizierung von
liche Bauteilherstellung in der Medizin 13 A ENIG-Oberflächen 34
Einfluss der Oberflächengüte des
Von bioinert bis bioresorbierbar,
Substrats auf Reibung und Verschleiß-
aber immer biokompatibel! 14 Verarbeitung, Reaktion und Gedächtnis
verhalten beschichteter Kolbenbolzen 36
Oder: die Geschichte der
Sterilisationsbeständiges Kleben
Hartstoffschichten – Verschleißschutz
Ingenieurpsychologie – Teil 2 30
von medizinischen Instrumenten 16
der höchsten Klasse 38
Antivirale Ausrüstung textiler Oberflächen für die Elektrotechnik
Oberflächen mit Kupferpigmenten – bei höchsten Ansprüchen 40
Neue Anwendungsgebiete im Innovativer Oberflächenspezialist
Gesundheitssystem 18 mit ganzheitlichem Konzept 41
2 WOMag 5 2014
INHALT IMPRESSUM
WOMag – Kompetenz in Werkstoff und funktioneller
Oberfläche –
Internationales Fachmagazin in deutscher und
(auszugsweise) englischer Sprache
www.womag-online.de
ISSN: 2195-5891 (Print), 2195-5905 (Online)
Erscheinungsweise
12 x jährlich, jeweils zum 10. des Monats
Herausgeber und Verlag
WOTech – Charlotte Schade –
IMO auf dem O&S-Gemeinschaftsstand 41 Herbert Käszmann – GbR
Am Talbach 2
79761 Waldshut-Tiengen
Telefon: [phone]
www.wotech-technical-media.de
Verlagsleitung
Charlotte Schade
Mobil 0151/29109886
[email protected]
Herbert Käszmann
Mobil 0151/29109892
Prüfung der Bauteilermüdung 8 [email protected]
Kleben in der Medizintechnik 16 Redaktion/Anzeigen/Vertrieb/Abo
siehe Verlagsleitung
Bezugspreise
Jahresabonnement Online-Ausgabe:
149,– E, inkl. MwSt.
Die Mindestbezugszeit eines Abonnements beträgt ein
Jahr. Danach gilt eine Kündigungsfrist von zwei Monaten
zum Ende des Bezugszeitraums.
Es gilt die Anzeigenpreisliste Nr. 03
vom 1. September 2013
Inhalt
WOMag berichtet über:
ALD-Beschichtung 28 Antivirale Textilien 18
– Werkstoffe, Oberflächen
– Verbände / Institutionen
– Unternehmen, Ausbildungseinrichtungen
OBERFLÄCHEN VERBÄNDE – Veranstaltungen, Normen, Patente
Leserkreis:
WOMag ist die Fachzeitschrift für Fachleute des Bereichs
Unauffällig und vielfältig – Gleitbe- Bipolare Europasicht 59
der Produktherstellung für die Prozesskette von Design
schichtungen im universellen Einsatz 43
Gesamtverband Kunststoff- und Konstruktion bis zur abschließenden Oberflächen-
Design und Funktion durch farbige verarbeitende Industrie e. V. (GKV) 60 behandlung des fertigen Produkts. Im Vordergrund steht
Metalloberflächen 45 die Betrachtung der Werkstoffe und deren Bearbeitung
mit Blickrichtung auf die Oberfläche der Produkte aus
Lang oder länger – kein Problem
den Werkstoffen Metall, Kunststoff und Keramik.
für Swinton Electroplating 46 RUBRIKEN
WOMag-Beirat
Simulation in der Korrosionsprüfung 48 WOMag wird von einem Kreis aus etwa 20 Fachleuten der
Coventya – Konzept STRATA 50 Dörken MKS-Systeme eröffnen neues Werkstoffbe- und -verarbeitung sowie der Oberflächen-
Alternativen zu Chrom(VI) Büro und TechCenter in Shanghai 61 technik beraten und unterstützt.
Bankverbindung
von MTV Metallveredlung 51 SensoTech als Investor des Jahres
BW-Bank, IBAN: DE71600501010002344238
Kompakter Gleichrichter bis 12 kW geehrt 61 BIC: SOLADEST; (Konto 2344238, BLZ 60050101)
Leistung in Schaltnetzteiltechnologie 52
Inserentenverzeichnis 61 Das Magazin und alle in ihm enthaltenen einzelnen Bei-
Filtration – Neue Baureihen für träge und Abbildungen sind urheberrechtlich geschützt.
überzeugende Ergebnisse 52 Neue Normen 62 Bei Zusendung an den Verlag wird das Einverständnis zum
Abdruck vorausgesetzt. Nachdruck nur mit Genehmigung
Noch informativer und übersichtlicher: Patente 63
des Verlages und ausführlicher Quellenangabe gestattet.
neuer Internetauftritt von Softec 53
Gezeichnete Artikel decken sich nicht unbedingt mit der
Den Weg in die Zukunft gemeinsam Meinung der Redaktion. Für unverlangt eingesandte
meistern – Erfahrungen in der BERUF + KARRIERE Manusikripte haftet der Verlag nicht.
Produktionskette effektiv nutzen 54 Gerichtsstand und Erfüllungsort
Stellenanzeige Estoppey-Reber SA 64 Gerichtsstand und Erfüllungsort ist Waldshut-Tiengen
Über den Wolken – Plasma sichert
Herstellung
Flugfunkverständigung 58 Stellenanzeige Dörken Service GmbH 64
WOTech GbR
Druck
Zum Titelbild: Intelligentes Implantat zur Ableitung von EEG-Signalen für die Epilepsie-
SCHMID Druck + Medien GmbH & Co. KG
diagnostik mit Ableitkontakten und aufgelöteter Elektronik; Beitrag Seite 10ff
© WOTech GbR, 2014
WERKSTOFFE
Steigerung der Integrationsdichte von Leiterplatten
durch Füllen von Blind Microvias und Through
Holes mittels elektrolytischer Kupferabscheidung
Von Dr. Michael Dietterle, Leiter Arbeitsgruppe Kupfer, Dr.-Ing. Max Schlötter GmbH & Co. KG, Geislingen
Die fortschreitende Miniaturisierung von elektronischen Schaltungen macht zunehmend den Einsatz von HDI-Leiterplatten mit kup-
fergefüllten Blind Microvias erforderlich. Ein neu entwickelter Kupferelektrolyt, der momentan unter produktionsnahen Bedingungen
getestet wird, ermöglicht das defektfreie Füllen von Blind Microvias bei gleichzeitig geringer Kupferschichtdicke auf der Leiterplatten-
oberfläche. Dies führt zu einem effizienteren Einsatz von Rohstoffen und zu einer kosteneffizienteren Herstellung von Leiterplatten.
Ein aktuell in der Entwicklung befindlicher Kupferelektrolyt soll zukünftig auch das zuverlässige Füllen von Durchgangsbohrungen
ermöglichen – die gegenwärtigen Entwicklungsarbeiten zeigen bereits erfolgversprechende Resultate.
Increasing the Packaging Density of PCBs by Filling of Blind Micro-vias and Through-holes by Electrodeposition of Copper
The increasing miniaturisation of electronic circuits makes the use of HDI printed circuit boards with copper-filled blind micro-vias, in-
creasingly desirable. A newly-developed copper electrolyte, currently under test in simulated production conditions, will enable de-
fect-free filling of blind micro-vias while at the same time allowing reduced copper deposit thickness on the board surface. This brings
with it a more efficient use of materials her and thus a reduction in the cost of PCB manufacture. Another copper electrolyte now
under development promises to allow a reliable filling of through-holes. Results obtained to date are extremely promising.
1 Einleitung vorangegangenen Elektrolytgeneration nur Technisch wird die Miniaturisierung in der
noch eine sehr geringe Schichtdicke an Kup- Mikroelektronik vor allem durch die Ent-
In der Mikroelektronik besteht weiterhin
fer abscheidet, ermöglicht eine ressour- wicklung zunehmend leistungsfähigerer
der Trend zur Miniaturisierung, das heißt
cen-, energie- und kosteneffizientere Her- hochfunktionaler Halbleiter-Chips vorange-
zu kleineren und leistungsfähigeren Syste-
stellung von HDI-Leiterplatten. Anhand von trieben. Diese werden in Prozessoren mit
men, die möglichst auch kostengünstiger
Laborergebnissen und Ergebnissen produk- sehr kleinen Gehäusegrößen und einer sehr
als bisherige Systeme sein sollen. Die be-
tionsnaher Tests in einer 7200 L großen ver- großen Anzahl zunehmend rasterförmig
kanntesten Beispiele hierfür sind Smart-
tikalen Durchlaufanlage wird die Leistungs- angeordneter Anschlüsse verbaut. Abbil-
phones und Tablet-PCs, deren Leistungsfä-
fähigkeit dieses Elektrolyten vorgestellt. dung 1 zeigt den Größenvergleich zwischen
higkeit – trotz gleichbleibender oder sogar
einem typischen Smartphone-Prozessor
kleinerer Gerätegröße – in den letzten Jah- Da sich die Integrationsdichte von HDI-Lei-
und einer 1 Cent-Münze. Die Unterseite des
ren deutlich gesteigert werden konnte. Die terplatten durch den Einsatz sehr dünner
Prozessors weist 976 Anschlüsse auf einer
große Attraktivität dieser Geräte spiegelt Kernmaterialien noch weiter steigern lässt,
Fläche von knapp 2 cm² auf, dies entspricht
sich in den hohen und ständig wachsenden wird aktuell die Entwicklung von Elektroly-
rund fünf Anschlüssen pro Quadratmilli-
Verkaufszahlen wider. ten zum Füllen von Durchgangsbohrungen
meter. Der Abstand (engl. Pitch) der An-
(engl. Through Hole Filling) verstärkt. Er-
Einen wesentlichen Beitrag zur Miniaturi- schlüsse beträgt hierbei nur 400 µm.
gebnisse der Entwicklungsarbeit in diesem
sierung leisten HDI-Leiterplatten (engl. HDI:
Bereich werden präsentiert.
High Density Interconnect), die aufgrund ih-
rer hohen Integrationsdichte die Signalent-
2 Miniaturisierung
flechtung hochfunktioneller elektronischer
im Bereich Mikroelektronik
Bauelemente auf kleinstem Raum ermög-
lichen. Zur elektrischen Verbindung einzel-
Die bekanntesten Vertreter der fortschrei-
ner Leiterplattenlagen werden hierbei an-
tenden Miniaturisierung in der Mikroelekt-
Abb. 1: Größenvergleich zwischen einem Smart-
statt Durchgangsbohrungen platzsparende
ronik sind die sehr leistungsfähigen Mobil-
phone-Prozessor und einer 1 Cent-Münze
Sacklochbohrungen (engl. Blind Micro-
geräte wie Smartphones und Tablets. Die
vias) eingesetzt. Durch Füllen der Blind
hohen und ständig wachsenden Verkaufs-
Microvias mit elektrolytisch abgeschiede-
zahlen spiegeln die große Attraktivität die- 3 Miniaturisierung
nem Kupfer (engl. Blind Microvia Filling)
ser Geräte wider. Im Jahr 2013 wurden erst- im Bereich Leiterplatte
lässt sich die Integrationsdichte weiter stei-
malig mehr als 1 Milliarde Smartphones
gern. Mittlerweile ist der Einsatz von HDI- Zur platzsparenden und zuverlässigen elek-
verkauft [1], für 2014 wird ein Absatz von
Leiterplatten nicht mehr allein auf die Mo- trischen Anbindung von Prozessoren mit
circa 1,2 Milliarden und für 2017 von rund
bilelektronik beschränkt, sondern er erfolgt außerordentlich hohen Anschlussdichten
1,8 Milliarden Geräten erwartet [2]. Im Be-
auch zunehmend in anderen Applikationen, werden Leiterplatten mit entsprechend
reich Tablet-PCs wird für 2014 ein Absatz
zum Beispiel im Automotive-Bereich.
von 271 Millionen Geräten vorhergesagt,
Ein neu entwickelter Elektrolyt, der beim dies entspricht gegenüber dem Vorjahr ei- Lesen Sie weiter als Abonnent unter:
Blind Microvia Filling im Vergleich zur nem Anstieg von nahezu 40 % [3]. www.womag-online.de
4 WOMag 5 2014
WERKSTOFFE
Perfektes Zusammenspiel in der Prozesskette
Profiltech und Hermann Bantleon – eine Partnerschaft von der alle profitieren
Die Profiltech GmbH –Hersteller von gefräs- sichtigen beide Unternehmen bereits im
ten Stufenbändern – präsentiert sich dieses Fertigungsprozess der Profilbänder die Be-
Jahr gemeinsam mit dem Schmierstoffher- dürfnisse der Kunden und beziehen die
steller Hermann Bantleon GmbH auf der nachfolgenden Anforderungen der Stanz-
Messe StanzTec in Pforzheim. Mit der Kern- technik und Galvanotechnik in die Pro-
aussage Perfektes Zusammenspiel, für Ih- duktentwicklung mit ein. Bantleon liefert
ren Gewinn möchten beide Unternehmen an Profiltech nicht nur das passende Öl für
die Messe, die vom 3. bis 5. Juni stattfindet die Fertigung, sondern bietet auch auf das
(www.stanztec-messe.de), für sich nutzen Öl abgestimmte Reinigungslösungen. Da-
und das Netzwerk weiter vorantreiben. Die durch treten auch bei einer abschließen-
Stufenband
Hochleistungsöle von Bantleon sind feste den galvanischen Beschichtung der Profile
und wichtige Bestandteile im Herstellungs- keine Haftungsprobleme auf.
prozess der Profiltech-Stufenbänder und Die passende Schmierstofftechnologie von
Die Geometrie und Anforderungen der
gewährleisten die stets hohe Produktqua- Bantleon ermöglicht es Profiltech, ressour-
Profilbänder werden stets individuell –
lität. Es handelt sich hierbei nach den Wor- ceneffizient zu produzieren und Fertigungs-
Hand in Hand mit dem Kunden – definiert
ten von Corinna Ruess, technische Leiterin vorteile für den Kunden zu erzielen. Im Fol-
und nach speziell festgelegten Fertigungs-
bei Profiltech, um eine strategische Part- geprozess des Stanzens kann beispielsweise
plänen gefräst. Die Frästechnologie der
nerschaft, von der alle profitieren, sowohl durch den Einsatz von Fräsbändern auf den
Profiltech GmbH ermöglicht die Herstel-
Lieferanten, Kunden – wie Stanzer und Gal- Prägeprozess verzichtet werden, das heißt
lung von Stufenbändern mit sehr präzisen,
vaniker – als auch Endkunden. es können dadurch einfachere und kleine-
schmalen Kanälen mit kleinsten Radien ab
re Stanzwerkzeuge gebaut werden und die
Die gesamte Prozesskette wird von Profil- 50 µm. So können Bänder von einer Breite
Herstellkosten der Werkzeuge, aber auch
tech und Bantleon durchdacht – von der von 2,0 mm bis zu 190 mm und einer Dicke
die Rüst- und Wartungszeiten, fallen gerin-
Fertigung der Profilbänder bis hin zum fer- von 0,15 mm bis zu 3,0 mm bearbeitet wer-
ger aus.
tigen Endprodukt. Individuelle Kunden- den, und das bei einer Toleranz von bis zu
bedürfnisse werden stets in die Produkt- ±4 µm. Um diese Präzision für den Kunden Die Integration von zusätzlichen Ferti-
entwicklung miteinbezogen. Rainer Janz, zu gewährleisten, entwickelten die beiden gungsschritten (Pilotlöcher, Tape-Technik)
Produkt- und Qualitätsmanager bei Bant- Unternehmen gemeinsam ein spezielles ermöglicht im Folgeprozess der Galvano-
leon, sieht in der Partnerschaft ein perfek- Schneidöl, das für die notwendige Prozess- technik, spezielle Maskentechniken ein-
tes Zusammenspiel aus Entwicklungskom- und Qualitätssicherheit bei der Fräsung der zusetzen. Durch diese können Einsparun-
petenz und langjähriger Erfahrung, das die Stufenbäder sorgt. gen beim verwendeten Edelmetall erzielt
Innovationskraft von beiden Unternehmen werden.
Durch das präzise Fräsverfahren, das mit
weiter vorantreibt.
den speziellen Hochleistungsölen ermög-
Sowohl bei Profiltech als auch bei Bantleon licht wird, werden keine Spannungen in Hermann Bantleon GmbH
steht der ganzheitliche und kundenspezi- das Material eingebracht. Die Gefügestruk-
Die Hermann Bantleon GmbH ist Ent-
fische Ansatz im Vordergrund. So berück- tur bleibt erhalten und Härte, Zugfestigkeit
wickler, Hersteller und Dienstleister im
sowie die elektrische und thermische Leit-
Bereich Hochleistungsschmierstoffe, mit
fähigkeit über die Profilbreite werden nicht
entsprechendem Service rund um Ma-
Profiltech GmbH beeinflusst. Des Weiteren werden die Bän-
schinen und flüssige Medien. Die Stärken
der bei der Herstellung durch das Richten
Die Profiltech GmbH ist Spezialist für des Ulmer Unternehmens liegen zum ei-
optimal auf den Stanzprozess eingestellt.
die Herstellung von gefrästen Profilbän- nen im kundenspezifischen Ansatz, zum
dern, auch Stufenbänder genannt. Diese Für die mechanische Bearbeitung und die anderen in der ganzheitlichen, konzep-
Präzisionsbänder aus Kupfer und Kupfer- Beschichtung ergeben sich somit folgende tionellen Prozessbetrachtung. Kunden-
legierungen, sowie NE-Metall-Spezial- Vorteile: und anwendungsspezifische Lösungen
legierungen werden seit über 40 Jahren zeichnen das Unternehmen aus. Bant-
– die Bänder können in einer hohen Stanz-
in der Stanztechnik zur Herstellung von leon verfügt über jahrzehntelange Er-
geschwindigkeit bearbeitet werden (kein
Steckverbindern, Kontaktteilen, Halblei- fahrung und agiert mit seinen Produk-
verdralltes, welliges Stanzband)
terträgern und bei vielen Anwendungen ten und Dienstleistungen weltweit. Der
– kein Abrieb und Werkzeugbruch
in den Bereichen Elektrotechnik/Elekt- eigene Fachbereich Fluidmanagement
ronik, Informations- und Computertech- – optimale Bandpositionierung (kein Aus- wartet und pflegt sämtliche Prozessme-
schuss)
nik eingesetzt, ebenso in weiteren mo- dien und arbeitet Hand in Hand mit dem
dernen Technologiebereichen. – kein Zusatzaufwand durch Richten betriebseigenen Analyselabor.
– keine Verarbeitungsprobleme im Folge-
➲➲www.profiltech.de ➲➲www.bantleon.de
prozess.
5 2014 WOMag 5
WERKSTOFFE
Die Fabrik der Zukunft (ent)steht in Chemnitz
E³-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Produktion des Fraunhofer-IWU
Auf der Hannover Messe 2014 zeigte das konkrete Problemstellun-
Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschi- gen aus der Praxis in die
nen und Umformtechnik IWU am Haupt- Forschung ein.
stand der Fraunhofer-Gesellschaft sowie
Das Konzept wurde im
am Stand des Fraunhofer-Verbundes Pro-
November 2013 in das
duktion erstmals Forschungsthemen aus
Fraunhofer-Leitprojekt
der neuen E³-Forschungsfabrik Ressourcen-
E³-Produktion überführt.
effiziente Produktion. In der Modellfabrik
In diesen Großprojekten
wird auf der Grundlage eines in Chemnitz
vereinen mehrere Fraun-
entwickelten Konzepts für die industrielle
hofer-Institute ihre Erfah-
Produktion in den Kompetenzbereichen
rungen und Kompetenzen,
Antriebsstrang, Karosseriebau und Energie-
um an Lösungen für ge-
management 2.0 an zukunftsfähigen Lösun-
samtgesellschaftliche He- Die Energiemesswerte der Anlagen sollen in einem Fertigungsmanagement-
gen für die Produktionstechnik von Morgen
rausforderungen zu arbei- system erfasst und mit ihren Planungs- und Betriebsdaten verknüpft werden,
geforscht. woruch alle Ressourcen- und Stoffströme durch koordinierte Steuerung zentral
ten. Insgesamt sind zwölf
Die drei E stehen dabei für die drei For- Fraunhofer-Institute aus optimierbar werden Quelle: Fraunhofer-IWU
schungslinien, in denen die Chemnitzer den Verbunden Produk-
Wissenschaftler in den nächsten Jahren tion, Werkstoffe und Bauteile, Oberfläche Fertigungsstrecke für eine Getriebewelle,
ihre Vision von der Produktion der Zukunft und Photonik, Informations- und Kommu- die im Motor für die Weiterleitung von
in technologische Innovationen verwan- nikationstechnologien sowie Lebenswis- Drehbewegung und Drehmomenten im
deln wollen: Neben der Energie- und Res- senschaften an diesem Leitprojekt betei- Getriebe eines Automobils zuständig ist,
sourceneinsparung durch die Entwicklung ligt. Um Lösungsvorschläge schneller in die werden die Einsparpotentiale untersucht
neuer Maschinen und Technologien gehö- Praxis überführen zu können sowie Schlüs- und demonstriert.
ren hierzu insbesondere Lösungskonzepte selbranchen für die Themenstellungen und
für emissionsneutrale Fabriken sowie eine Ergebnisse zu sensibilisieren, entstehen bis Im Kompetenzbereich Karosseriebau steht
Neubetrachtung der Einbindung des Men- 2016 an vier Standorten in Deutschland De- der Automobilbau der Zukunft im Mittel-
schen in die Fertigung. Die Besonderheit: monstratoren und Pilotanwendungen. punkt. Die Forderung nach einer energie-
Hierbei sollen keine Insellösungen in den und ressourceneffizienteren Mobilität so-
einzelnen Bereichen entstehen, sondern wie die steigende Modellvielfalt machen
Von der Vision zum Wettbewerbsvorteil
über eine ganzheitliche Betrachtung der im Karosseriebau zukunftsweisende Neu-
Ebenen Prozess, Prozesskette, Fabrik und Am Fraunhofer-IWU befindet sich nach cir- und Weiterentwicklungen notwendig. Auf
Fabrikumfeld Synergieeffekte untersucht ca zweieinhalb Jahren Bauzeit und Inves- Basis einer kompletten industriellen Karos-
und in Mehrwerte für die Praxis überführt titionen von circa 20 Millionen Euro die seriebauanlage zum Zusammenbau einer
werden. E3-Forschungsfabrik Ressourceneffiziente Serientür in enger Zusammenarbeit mit
Produktion, als einer dieser Demonstrato- der Volkswagen AG können Forschungs-
Mit dem E3-Konzept ren, in seiner finalen Anlaufphase. Hier wer- ergebnisse bis hin zur Serienreife entwi-
zur Produktion der Zukunft den auf einer Fläche von über 1600 Quad- ckelt, erprobt und qualifiziert werden.
ratmetern in den drei Kompetenzbereichen Darüber hinaus stehen schnellere Modell-
Das E3-Konzept wurde am Fraunhofer-Ins-
Antriebsstrang, Karosseriebau und Energie- wechsel in der Fertigung durch mehr Fle-
titut für Werkzeugmaschinen und Umform-
management 2.0 schwerpunktmäßig neue xibilität und intelligente Unterstützungs-
technik IWU entwickelt. Auf der Grundlage
Technologien und Produktionstechniken systeme sowie die Aus- und Weiterbildung
der Leitmaxime maximale Wertschöpfung
sowie fabrikplanerische Konzepte für die unter Produktionsbedingungen im Fokus.
bei minimalem Ressourceneinsatz steht die
energie- und ressourceneffiziente Produk-
Entwicklung von Technologien und Prozes- Die Vision im Kompetenzbereich Energie-
tion erarbeitet und gemeinsam mit Indust-
sen im Fokus, um energie- und ressourcen- management 2.0 ist die Entwicklung einer
riepartnern praxisnah erprobt.
effiziente Produktionstechnik zu einem emissionsoptimierten Produktionsstätte,
Wettbewerbsvorteil für die deutsche In- Im Kompetenzbereich Antriebsstrang steht die nicht nur ein passiver Verbraucher ist,
dustrie auszubauen. Damit wird wichti- die Auslegung und Realisierung von ultra- sondern eine aktive Rolle auf dem Ener-
gen gesellschaftlichen Megatrends, wie kurzen Prozessketten im Fokus. Indem giemarkt einnimmt. Ausgehend von der
den steigenden Kosten für Energie und Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren zunehmenden Volatilität im Angebot
Ressourcen, der demographischen Ent- durch ressourceneffizientere Technologi- kann mit mehr Flexibilität im Bedarf, bei-
wicklung, der sich verändernden Mobili- en ersetzt oder Prozessschritte eingespart spielsweise durch ein intelligentes Last-
tät und dem internationalen Wettbewerb, werden, können die Wissenschaftler den management, Energie eingespart und Geld
Rechnung getragen. Über die enge Zusam- Energieeinsatz, Materialverbrauch und die verdient werden. Hierzu werden unter an-
menarbeit mit Industriepartnern fließen Prozessdauer senken. Am Beispiel einer derem die Integration von Energie- und
6 WOMag 5 2014
Stoffstrommanagementlösungen sowie
Prognose- und Speichersysteme in die Pro-
duktion erprobt.
Ein vierter wichtiger Forschungsschwer-
punkt betrifft die Rolle des Menschen in der
industriellen Produktion der Zukunft. Her-
ausforderungen ergeben sich zum Beispiel
aus der demographischen Entwicklung,
der zunehmenden Automatisierung sowie
den neuen Möglichkeiten in der Informa-
tions- und Kommunikationstechnik. Alters-
gerechte Produktionsumgebungen, neue
Konzepte für die Mensch-Maschine-Inter-
aktion und Strategien zur Neubetrachtung
der Rolle des Menschen in die Produktion
sind einige der Leitfragen, zu denen in der
Modellfabrik Lösungen erarbeitet werden.
Die intelligente Fabrik
Um die vorhandenen Einsparpotentiale 4. Stanztec – Fachmesse
offenlegen und ausschöpfen zu können,
müssen Prozesse in produzierenden Un-
für Stanztechnik
ternehmen ganzheitlich betrachtet und
Herstellungsschritte zunächst in einzelne
Effizienzsteigerungen zerlegt werden: vom
Einzelprozess, über die Prozesskette bis hin
zur Fabrikebene. Die Voraussetzung für eine
Konstruktionselemente
ganzheitliche Analyse und Optimierung ist
die Verfügbarkeit und Nutzbarmachung
von Informationen über alle benötigten
Werkzeugsysteme
Ressourcen sowie Stoff- und Energieströme
in der Fabrik. Diese Daten fließen in der glä-
sernen Leitzentrale der E3-Forschungsfabrik
Produktionseinrichtungen
Ressourceneffiziente Produktion zusam-
men. Die Wissenschaftler können die In-
formationen in Echtzeit auf 3D-Presentern Materialfluss-Peripherie
visualisieren und auswerten. Mit mobilen
Endgeräten sind diese zudem in der gesam-
ten Produktions umgebung abgerufbar. Stanzteile und Baugruppen
Eine erfolgreiche Umsetzung dieser Vision
von der Fabrik der Zukunft setzt nach den
Worten von Dr. Welf-Guntram Drossel,
kommissarischer Institutsleiter des Fraun-
hofer-IWU, voraus, dass sowohl die Fach-
welt als auch die breite Öffentlichkeit für 03. – 05.
die Anforderungen in der industriellen Pro-
duktion der Zukunft sensibilisiert werden.
Die E3-Forschungsfabrik Ressourceneffizi- JUNI 2014
ente Produktion sei für die Wissenschaft-
ler daher kein geschlossenes Projekt, son-
PFORZHEIM
dern vielmehr ein offenes und wandelbares
Forschungsfeld für neue Technologien und
Prozesse. Gemeinsam mit Partnern aus der
Industrie könne man an der Entwicklung www.stanztec-messe.de
und seriennahen Erprobung von Innovatio-
nen zur Stärkung des Produktionsstandorts
Deutschland arbeiten.
➲➲www.fraunhofer.de / www.e3-fabrik.de
WERKSTOFFE
Wie schnell ermüdet ein Bauteil?
Im Fraunhofer-IWS Dresden geht ein neues Labor in Betrieb
Geht ein Bauteil kaputt, kann dies zwei Ursachen haben: Wird das Bauteil deutlich überlastet, kommt es häufig spontan zum Bruch,
zum sogenannten Gewaltbruch. Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Knochenbruch nach einem Sturz. Wird das Bauteil dagegen
über einen längeren Zeitraum wiederholt verformt, schreitet die Schädigung nur langsam voran – und das bereits bei niedrigen Be-
lastungen, hier spricht man von Materialermüdung. Die Ursachen einer Materialermüdung sind so vielfältig wie die Herstell- und Ein-
satzbedingungen eines Bauteils. Doch wie kann man vorhersagen, wie lange ein Knochen oder Bauteil hält?
Das Fraunhofer-IWS in Dresden hat da- Einflussfaktoren gelte es in einer frühest-
für seine Aktivitäten auf dem Gebiet der möglichen Phase der Produktentwicklung
Werkstoffcharakterisierung und mechani- zu identifizieren.
schen Prüfung erweitert. Mit einem neu
Schadensfälle an Bauteilen in Fahrzeugen,
eingerichteten Hochfrequenz-Ermüdungs-
Geräten und Anlagen lassen sich vielfach
labor kann die Dauerfestigkeit von Bau-
auf eine Materialermüdung infolge von
teilen jenseits der klassischen Auslegungs-
wechselnden mechanischen Belastungen
grenzen bestimmt werden, ein industriell
zurückführen. Die Bestimmung der Ermü-
zunehmend an Bedeutung gewinnendes
dungsfestigkeit erfolgt deshalb im Allge-
Themenfeld.
meinen durch Aufbringen von wechselnden
Nach Ansicht von Prof. Dr. Martina Zim-
mechanischen Spannungen beziehungswei-
mermann, international anerkannte Ex-
se Dehnungen. Nur Proben, die im Versuch
pertin auf dem Gebiet der Hochfrequenz-
mindestens 107 (10 Millionen) Schwingspie-
ermüdung und Initiatorin des neuen
le ohne Bruch oder Anriss ertragen, galten
Prüflabors am Fraunhofer-IWS, führt die in
in der Vergangenheit bei dem entspre-
der industriellen Anwendung steigende For-
chenden Lastniveau als dauerfest. Zehn bis
derung nach immer stärkerer Ausnutzung
50 Proben müssen getestet werden, um
des Festigkeitspotentials eines Werkstoffs
die Dauerfestigkeit eines realen Bauteils
bei gleichzeitig immer längeren Laufzeiten
mit ausreichender Sicherheit vorhersagen
zu Lastzyklen jenseits der klassischen Aus-
zu können. Statistisch abgesicherte Werk-
legungsgrenzen. Bereits geringste Verände-
stoffkenndaten lassen sich demzufolge nur
rungen in der Materialzusammensetzung Einseitige Einspannung einer Ultraschall-Ermü-
durch kosten- und zeitintensive Versuche
und im Fertigungsablauf hätten gerade im dungsprobe
ermitteln.
Bild: Fraunhofer-IWS Dresden/Frank Höhler
Bereich von hohen Lastzyklen einen im-
mensen Einfluss auf die Schwingfestigkeit Mit der Einrichtung eines hochmodernen
eines sicherheitsrelevanten Bauteils. Diese Hochfrequenz-Ermüdungsprüflabors am
Fraunhofer-IWS in Dresden bieten sich zu-
künftig ganz neue Perspektiven. Der neue
Prüfstand ermöglicht Prüffrequenzen um
20 000 Hz und erlaubt den Forschern, werk-
stoff- beziehungsweise fertigungsbedingte
Einflussfaktoren auf die Schwingfestigkeit
schneller und damit effektiver experimen-
tell zu charakterisieren. Das gilt sowohl für
den klassischen Dauerfestigkeitsbereich
als auch darüber hinaus – man spricht hier
vom sogenannten Very High Cycle Fatigue
(VHCF)-Bereich. Der Anspruch liegt hier-
bei in einer umfassenden Charakterisie-
rung des Schädigungsverhaltens, indem
Werkstoff, Fertigung und Konstruktion als
unabdingbare Einheit betrachtet werden.
Eine enge Verzahnung von mechanischer
Prüfung, direkter und indirekter in-situ-
Schädigungsdetektion und hochauflösen-
der Werkstoffanalytik ist daher fester Be-
standteil der Aktivitäten auf dem Gebiet
Einrichtung des Hochfrequenz-Ermüdungsprüfstandes Bild: Fraunhofer-IWS Dresden/Frank Höhler der Werkstoffermüdung am IWS Dresden.
8 WOMag 5 2014