Forschungsberichte ohne Pflichtabgabe (DFG, IGF…)
Permanent URI for this collectionhttps://oa.tib.eu/renate/handle/123456789/18569
Browse
Recent Submissions
Item type: Item , Abstrahierte Modellierung des nichtlinearen Verhaltens von Fügestellen in Baugruppen aus faserverstärkten Verbundmaterialien(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-10-20) Bansod, Aditya; Anilkumar, P. M.; Scheffler, Sven; Rolfes, RaimundEfficient analysis and design of bolted joints in structural assemblies are crucial for ensuring the safety and performance of many large-scale systems. This area has attracted significant attention within the engineering research community for decades. While extensive literature exists on theoretical and numerical approaches for evaluating the mechanical behavior of bolted joints, many of these studies are limited to simplified scenarios. They often fail to capture the full nonlinear mechanical response under large strains or to accurately predict failure phenomena. Given this, it is essential to develop robust models capable of accurately predicting the overall behavior of bolted joints under realistic conditions. A fully nonlinear finite element (FE) model that effectively captures the intricate interactions and damage processes within bolted joints could serve as a viable solution. However, the high computational cost associated with such detailed FE simulations remains a significant challenge. A promising direction involves leveraging recent advancements in machine learning (ML) techniques. By combining ML with robust nonlinear FE analysis, it is possible to develop computationally efficient strategies for simulating the nonlinear behavior of bolted joints. In this context, the present work introduces a novel modeling approach aimed at efficiently simulating the nonlinear behavior of bolted joints. The approach incorporates an elasto-plastic material formulation capable of handling large deformations and is implemented within a commercial FE software using a user-defined element. To further reduce computational expense, a submodeling strategy is adopted, wherein submodels of individual wedges in the bolted region are created and assembled to represent the entire joint region. As a proof of concept, the framework is tested on bolted joints with metallic substrates. Finally, a feed-forward neural network (FFN) algorithm is embedded within the user-defined element, which significantly reduces computation time while maintaining accuracy. The proposed methodology aims to enable faster and more reliable predictive tools for the safe and efficient design of complex engineering structures.Item type: Item , Neuartiger antimikrobieller Schutz in Pulverbeschichtungen für Verbundwerkstoffe(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-05-05)[no abstract available]Item type: Item , Energieforschung für den Wirtschaftsstandort Deutschland(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-04) Ebert, Hans-Peter; Ragwitz, Mario[no abstract available] Datei-Upload durch TIBItem type: Item , Cryogenic Helium-Tanks in Low-Cost Linerless-Technology; zum Verbundvorhaben: "CHiLL"(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-02-27) Rehs, Gerrit; Dickhut, TobiasDas Verbundvorhaben CHiLL verfolgte das Ziel, ein modular skalierbares, linerloses (Typ V) CFK-Hochdrucktanksystem für die kryogene Speicherung von Helium für Raumfahrtanwendungen zu entwickeln. Im Fokus standen dabei eine hohe mechanische Belastbarkeit (Hochdruckspeicherung), die Sicherstellung der Dichtigkeit ohne klassischen Liner, sowie die Übertragbarkeit auf verschiedene Tankvolumina. Die Universität der Bundeswehr München (UniBW) trug in Kooperation mit dem Verbundkoordinator Blackwave GmbH insbesondere zu Anforderungsermittlung, Auslegung, Material-/Prozessvalidierung, Kennwertermittlung bei RT und kryo, Sensorikbewertung sowie Fertigung und Testauswertung bei. Der Schwerpunkt der UniBw lag auf: • der Anforderungsermittlung und Erstellung eines Lastenhefts für die betrachteten Tankvolumina und Missionsprofile • der Entwicklung einer Nachweis- und Qualifikationsstrategie für Hochdrucktanks unter kryogenen Randbedingungen, • der Simulation und Auslegung der Tankstruktur (Wickel-/Laminatauslegung, FE-Analysen) sowie der Ableitung einer modularen Entwicklungslogik zur Skalierung (Tankfamilienkonzept) • der Materialkennwertermittlung und -validierung auf Raumtemperatur- und kryogener Temperatur (Coupon- und Bauteilebene) als Grundlage für belastbare Auslegung und Testvorhersage, • der Bewertung und Integration von Sensorik (z.B. Fiber-Bragg-Sensoren) zur Strukturüberwachung • der Durchführung und Auswertung von Dichtigkeitsuntersuchungen (Coupon- und Bauteillevel) • der Fertigung und Bewertung von Funktionsmustern (MBB/TBB) und der Validierung durch Dichtigkeits- und DrucktestsItem type: Item , Die Erhöhung der Wärmespeicherkapazität von Kalksandsteinen durch die Verwendung metallurgischer Schlacken(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-05) Eden, Wolfgang; Istanbuly, Zakaria; Ehrenberg, AndreasDas deutsche Klimaschutzgesetz und der European Green Deal prägen maßgeblich die wirtschaftliche und gesellschaftliche Entwicklung der kommenden Jahrzehnte und erfordern auch von der Kalksandsteinindustrie weitreichende Anpassungen. Neben dem Einsatz umweltfreundlicher, ressourceneffizienter und innovativer Technologien gewinnt insbesondere die verstärkte Nutzung von Sekundärrohstoffen, wie beispielsweise metallurgischen Schlacken, bei der Herstellung von Kalksandsteinen zunehmend an Bedeutung. Im Rahmen der vorliegenden Forschungsarbeit konnte gezeigt werden, dass durch die Zugabe metallurgischer Schlacken technische Eigenschaften von Kalksandsteinen – insbesondere die Wärmespeicherkapazität – gezielt verbessert werden können. Die hierfür erforderlichen Herstellparameter für Produkte mit erhöhter Wärmespeicherkapazität sowie deren weitere qualitätsrelevante Eigenschaften wurden experimentell ermittelt. Dabei konnten die folgenden Forschungsziele erreicht werden: • Ermittlung der relevanten Herstellparameter zur Steigerung der Wärmespeicherkapazität von Kalksandsteinen durch den Einsatz unterschiedlicher metallurgischer Schlacken • Identifikation zielführender Schlackenarten bei gleichbleibender oder verbesserter Kalksandsteinqualität, beispielsweise CUS 1 und FeMnS • Nachweis der technischen Machbarkeit zunächst im Technikum und anschließend im technischen Maßstab anhand von Funktionsmustern, die in zwei Kalksandsteinwerken hergestellt wurden • Nachweis der Umweltverträglichkeit der hergestellten Funktionsmuster • Aufzeigen eines Potenzials zur Kalkeinsparung sowie zur Steigerung der Steindruchfestigkeit und der Steinrohdichte. Die Potenziale zur CO₂-Reduktion, zur Energie- und Kosteneinsparung sowie die daraus resultierende Verbesserung der CO₂-Bilanz bei der Kalksandsteinerzeugung wurden durch begleitende ökobilanzielle Berechnungen belastbar quantifiziert. Grundsätzlich können die im Rahmen dieses Projekts untersuchten metallurgischen Schlacken, die zu schadenfreien Funktionsmustern geführt haben, als Sekundärrohstoffe für die Kalksandsteinproduktion in Erwägung gezogen werden. Die Übertragung der ermittelten grundlegenden Forschungsergebnisse auf die jeweiligen Produktionsbedingungen in Kalksandsteinwerken ist jedoch stets einzelfallbezogen und unter Berücksichtigung werksspezifischer Gegebenheiten durch vertiefte technische und wirtschaftliche Voruntersuchungen im Werk sowie im Labor zu prüfen. Die Schlacken sind in regelmäßigen Zeitabschnitten hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und ihrer Eignung zu untersuchen. Das Prüf- und Forschungsinstitut der Kalksandstein-Dienstleistung GmbH leistet bei dieser Arbeit Unterstützung. Eine Gewähr für die Richtigkeit und Übertragbarkeit der Ergebnisse wird nicht übernommen. Jegliche Haftung ist ausgeschlossen.Item type: Item , Desinfektion der Abluft von Beatmungsgeräten mit kaltem Plasma; Teilprojekt: Entwicklung eines Materialkonzeptes und eines Fertigungsverfahrens zur Herstellung einer Keramikelektrode als Bestandteil eines Kaltplasmamoduls(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-12-15) Schönfeld, Katrin; Martin, Hans-PeterIm Teilvorhaben werden die experimentellen und analytischen Arbeiten zur Entwicklung der Keramikelektrode für Kaltplasmamodule durchgeführt. Untersucht werden Materialkonzepte auf Basis von Komposit Keramiken, insbesondere Titanoxid (TiO2), Zirkonoxid (ZrO2) und Aluminiumoxid (Al2O3) als isolierendes Substrat und für die leitfähige Komponente wird eine Dotierung des TiO2 mit Nb2O5 entwickelt. Beide Komponenten sollen über Co-Sinterung gefügt werden. Für das Fertigungskonzept werden verschiedene thermoplastische Formgebungsvarianten erprobt, die integrierte Funktionalisierung erlauben und skalierbar für eine Serienfertigung sind.Item type: Item , Echtzeit-Virtualisierung von NC-Steuerungen zur dynamischen Bereitstellung von Hardwareres-sourcen für rechenintensive Steuerungsaufgaben (ViRTNC)(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-11-30)[no abstract available]Item type: Item , Automatisierte Produktivitätssteigerung für die additive Fertigung mittels LPBF durch eine dynamische & geometrieangepasste Prozessführung realisiert durch ein innovatives CAM-Planungskonzept(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-07-31)[no abstract available]Item type: Item , Entwicklung einer automatisierten konstruktionsbegleitenden Fertigbarkeitsanalyse für die Fräsbearbeitung (Fertigbarkeitsanalyse)(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-02-28)[no abstract available]Item type: Item , Mehrskalenmodellierung des mehrachsigen Fräsprozesses durch Verknüpfung der Finiten Elemente Simulation mit der geometrischen Durchdringungsrechnung (FEMmeetsDR)(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-06-30)[no abstract available]Item type: Item , Verbundprojekt "Vernetzte regionale MINT-Bildung in Süd-/Westthüringen (regioNetz-MINT)"(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-02-10) Groß-Hatzky, Manuela; Bley, BertholdDie bisherigen regionalen Gegebenheiten und Schwerpunkte im Bereich MINT: Wie schon in unserem eingereichten Konzept für dieses Vorhaben dargestellt wurde, ist der Südwesten Thüringens ein ländlicher Raum mit weit verstreuten Schulen in den Gemeinden der Landkreise. Dazu kommt ein massiver Lehrermangel; insbesondere für die MINT-Fächer. Unser Cluster ist angetreten, um ein ganzheitliches Portfolio für die außerschulische MINT-Bildung aufzubauen und über den Förderzeitraum weiter auszubauen. Ziel und Gegenstand unserer gemeinsamen Arbeit sollte auch die flächendeckende gemeinsame Vermarktung der zu entwickelnde Angebote sein. Vorsprung in dieser Angelegenheit hatten die Verbundpartner Solar-Dorf Kettmannshausen e.V. und die FöBi in Gotha.Item type: Item , SeDaZ - Semantische Datenanalyse für Zerspanprozesse(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-11-30) Königs, Michael; Fey, Marcel[no abstract available]Item type: Item , Machine-Tool Optimized Path and Process Planning: Berücksichtigung der Maschinendynamik bei der Werkzeugbahnplanung und Prozessauslegung zur Verbesserung des Bearbeitungsergebnisses (MTOPP)(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2025-03-31)[no abstract available]Item type: Item , Situative Prozessautomatisierung durch interoperable Robotersysteme (SPrinteR)(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-03-31)[no abstract available]Item type: Item , Laserschmelzen von extraplanetarem Gestein unter Mondbedingungen(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-05-26) Overmeyer, Ludger; Stoll, EnricoFür den Bau der Infrastruktur einer bemannten Mondstation müssen lokal verfügbare Ressourcen genutzt werden. Dafür eignet sich das den gesamten Mond umgebende lunare Regolith. In der Literatur werden Verfahren beschrieben, die Regolith mittels Sonnenlicht1, Mikrowellen2 oder Laserstrahlung3 aufschmelzen. Dieses Vorhaben adressiert bislang unzureichend berücksichtigte Bedingungen der Mondumgebung, wie fehlende Atmosphäre und geringe Gravitation (≈0,16 g), für das Laserstrahlschmelzen von lunarem Regolith. Zur Untersuchung dieser Effekte wurde ein modulares Regolithsimulatsystem entwickelt, das verschiedene lunare Regionen abbildet und systematische Studien zum Einfluss der mineralogischen Zusammensetzung, Partikelarten und Partikelgrößenverteilungen ermöglicht. Im Rahmen der Untersuchungen konnten die folgenden Ergebnisse erarbeitet werden. Mit steigendem Glasanteil nehmen bei konstanten Prozessparametern Probenmasse und -länge zu, während die Porosität abnimmt. Außerdem steigen Bruchfestigkeit und Elastizitätsmodul mit steigender Partikelgröße, wohingegen Porosität, Masse, Länge und Dicke der Proben abnehmen. Die Untersuchung des Einflusses des Umgebungsdrucks im Bereich von 0,05 bis 2000 mbar zeigt, dass maximale Biegespannung und Elastizitätsmodul mit steigendem Druck deutlich ansteigen, während sich die Porosität, die Masse und die Dicke verringern. Zur Analyse gravitationsbedingter Effekte wurde ein Versuchsaufbau zum Laserstrahlschmelzen für den „Einstein-Elevator“ (aktiver Fallturm) realisiert. Die kurzen Hypogravitationsphasen (z. B. 4 s Mondgravitation) zur Fertigung der Proben reichten jedoch nicht für eine vollständige Erstarrung dieser, wodurch Bremsmanöver die Probeneigenschaften beeinflussten und Messwerte teilweise verzerrten. Neben den Experimenten erfolgten simulationsbasierte Untersuchungen. Das dynamische Fließverhalten von Mondregolith wurde mittels DEM modelliert und anhand eines Rotating-Drum-Experiments kalibriert und validiert. Die gewonnenen Parameter ermöglichen die realistische Abbildung verschiedener kohäsiver und freifließender Regolithfraktionen in dynamischen Prozessen wie der lunaren Fördertechnik. Ein FEM-Modell zur thermischen Analyse, in dem Regolith als homogenisierte Festkörper mit repräsentativen thermo-physikalischen Eigenschaften abgebildet wurde, zeigte eine gute Übereinstimmung der experimentell bestimmten Schmelzbadgeometrie mit den berechneten Temperaturfeldern im Bereich von 1100 °C bis 1500 °C.Item type: Item , Laser-basierte lokale Oberflächenvorbereitung von Schutzbeschichtungen im Stahlbau(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-06-05)Insbesondere bei älteren Stahlkonstruktionen oder Stahloberflächen im maritimen Bereich treten häufig Korrosionsschäden auf. Konventionelle mechanisch basierte Verfahren, wie das Partikelstrahlen mit Luftdruck oder das Drahtspannstrahlen, sind in der Anwendung sehr aufwändig. Der Grund hierfür liegt darin, dass Korrosionsprodukte und Altbeschichtungen, die häufig persistente umweltgefährdende Stoffe enthalten, nicht in die Umwelt gelangen dürfen. Dies erfordert zunächst eine Einhausung vor dem einem körperlich herausfordernden Korrosionsabtrag, verbunden mit enormer Staub- und Lärmemission. Aufgrund der Redeposition oder des mechanischen Einbringens von Salz auf oder in die Oberfläche sind Spülschritte erforderlich, um die geforderten Qualitäten gemäß DIN 12944 für die anschließenden Reparaturbeschichtungen zu erreichen. Lokal einsetzbare Methoden wie das Schleifen oder Drahtspannstrahlen (Bristle-Blasting) erzielen dabei nur geringe Oberflächenrauheiten, welche die Haftung von Reparaturbeschichtungen determinieren. Daher zielte das Projekt LaserRep mit der „Laserbasierten lokalen Oberflächenvorbereitung von Schutzbeschichtungen im Stahlbau“ auf die Erforschung eines alternativen, weniger aufwändigen Behandlungskonzepts ab (siehe Abbildung 1). Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass im Rahmen des Projekts LaserRep eine laserbasierte Methode entwickelt wurde, die im Vergleich zu mechanischen Verfahren eine um eine Größenordnung geringere Salzkontamination erreicht. Zudem wurden Laserparameter ermittelt, die den von der ISO 12944 geforderten Rz-Wert von 70 μm erzielen. Die lasereigenen dynamischen Aufschmelz- und Erstarrungskinetiken ermöglichen dabei zusätzlich die Erzeugung hinterschnittiger Oberflächenstrukturen, die mit konventionellen mechanischen Verfahren nicht erreicht werden können (siehe Abbildung 2). Diese einzigartigen, hinterschnittigen Strukturen, kombiniert mit der exzellenten Reinigungswirkung der Lasertechnik, resultieren in einem herausragenden Korrosionsschutz. Sowohl in der künstlichen Alterung im Klimawechseltest nach ISO 12944-9 als auch in einer zweijährigen Feldauslagerung auf Helgoland zeigten die mittels Laser aufbereiteten Prüfkörper eine minimale Unterrostung von 0 bis 1,5 Millimetern im Vergleich zu 18 mm bei Drahtspannstrahlen und 30 mm bei der Aufbereitung mittels Schleifen (siehe Laserparameter 1, in Abbildung 3 und Abbildung 4). Selbst der Goldstandard in der Oberflächenbehandlung von Stahloberflächen, das Gritblasting (Partikeldruckluftstrahlen mit Schlacke), mit einem Rz-Wert von 100 μm und einer Salzbedeckung von 0 mg/m², zeigte einen höheren Korrosionsfortschritt (siehe Abbildung 4). Im Rahmen des Projekts wurden Skalierungsexperimente mit industrietauglichen kW-Lasersystemen bei den Projektpartnern durchgeführt, die neben einer Aufwandseinsparung auch einen ca. doppelt so schnelleren Korrosionsabtrag im Vergleich zu konventionellen mechanischen Verfahren ermöglichen. Zusätzlich wurde das Vakuumsaugstrahlen (VSS), ein emissionsfreies Verfahren, untersucht und mit den Laserbehandlungen sowie den konventionellen Techniken verglichen. Zu diesem Zweck entwickelte ein Industrievertreter eine Testanlage, die hinsichtlich Taktzeit und Korrosionsschutz mit den gängigen Verfahren konkurriert. Die umfangreichen Prüfungen umfassten neben der Naturauslagerung auch aufwändige halbjährliche Klimawechseltests gemäß ISO 12944-9. Insgesamt wurden über 160 Probeplatten hergestellt, künstlich korrodiert und aufwändigen Lackhaftungstests gemäß ISO 4624 unterzogen, um den Korrosionsfortschritt zu messen. Aus den umfassenden Untersuchungen ergaben sich Empfehlungen für die zukünftige ISO 8504-Norm zur Vorbereitung von Stahloberflächen mit dem Laser. Durch diese Maßnahmen erhöht das Projekt die Wettbewerbsfähigkeit von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) durch abgeleitete Handlungsempfehlungen für die Umsetzung der Laserreinigung von Korrosionsschäden. Darüber hinaus resultierte aus dem Projekt eine Patentanmeldung (WO23237723) zur laserbasierten Detektion von Salzkontaminationen, welche die Innovationskraft des Projekts unterstreicht.Item type: Item , Untersuchungen zur Deckschichtbildung und den Mechanismen der Wechselstromkorrosion an kathodisch geschützten Rohrleitungen sowie Ableitung von Schutzmaßnahmen(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2023-09-30)[no abstract available]Item type: Item , Erhöhung der Gesamtanlageneffektivität - Entwicklung resilienter agentenbasierter Automatisierungssysteme für den Maschinen- und Anlagenbau (Resi4MPM)(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-05-20) Vogel-Heuser, BirgitDas Forschungsprojekt Resi4MPM hatte das Ziel, die Resilienz von Produktionssystemen zu erhöhen, um die Overall Equipment Effectiveness (OEE) zu verbessern. Da unerwartete Stillstände die Verfügbarkeit und Leistung automatischer Produktionssysteme erheblich beeinträchtigen, wurde eine Kombination aus cloudbasierter vorausschauender Wartung der Partneruniversität NCKU und feldnaher Automatisierung an der TUM entwickelt. Die Integration von Echtzeitüberwachung und intelligenter Entscheidungsfindung reduziert Ausfälle, optimiert Wartungsstrategien und ermöglicht ein adaptives Systemverhalten. Ein Intelligentes Prädiktives Wartungssystem (IPM) wurde hierzu weiterentwickelt, um genauere Restlebensdauer- (RUL) Prognosen zu erstellen. Ergänzend wurde ein Automatisierungsframework entwickelt, das deterministisches Maschinenverhalten auch bei Störungen sicherstellt. Drei Anwendungsfälle wurden bearbeitet: die Kompensation von Komponentenfehlern, eine Anomalieerkennung und Alarmbehandlung sowie ein automatisierter Neustart, bei dem Maschinen mit minimalem manuellem Eingriff den Betrieb wieder aufnehmen können. Zur Unterstützung dieser Ziele wurden automatisch extrahiertes Wissen aus technischen Dokumenten sowie maschinelles Lernen zur Fehlerbehandlung untersucht. Diese Ansätze erleichtern die industrielle Anwendbarkeit durch Reduzierung manueller Konfigurationsaufwände und Verbesserung der Systemanpassungsfähigkeit. Nach einer Anforderungsanalyse in Zusammenarbeit mit Industriepartnern wurden Vorarbeiten von TUM und NCKU in einem verteilten, cloudbasierten System integriert. Wissensbasen wurden durch eine Kombination aus automatisierter Datenauswertung und manueller Expertenbefragung erstellt. Action Spaces wurden realisiert, die eine adaptive Fehlerkompensation im Rahmen der zulässigen Toleranzen sichert, während Recovery-Strategien auf Basis von Zustandsautomaten entwickelt wurden. Entwickelte Konzepte wurden sowohl im Labor als auch in industriellen Umgebungen validiert. Mit diesen Entwicklungen hat Resi4MPM zur Weiterentwicklung resilienter Produktionssysteme beigetragen. Die Kombination aus adaptiver Automatisierung und prädiktiver Wartung reduziert Stillstandszeiten, erhöht die Effizienz und flexibilisiert Reaktionen auf unerwartete Störungen, wodurch die industrielle Resilienz gestärkt wurde.Item type: Item , Geologischer Wasserstoff – eine unterschätzte Energiequelle?(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2026-04) Berit, Erlach; Borgmann, Miriam; Achtziger-Zupančič, Peter; Fischedick, Manfred; Klitzke, Peter; Pittel, Karen; Renn, Jürgen; Zwaan, FrankGeologischer Wasserstoff (molekularer Wasserstoff aus dem Erduntergrund) könnte zu einer neuen Energiequelle werden. Das Impulspapier der Initiative „Energiesysteme der Zukunft (ESYS)" liefert Forschenden, Energiefachleuten und politischen Entscheidungsträgern eine wissenschaftlich fundierte Einordnung einer potenziellen Ressource, die in der deutschen Energiedebatte bislang kaum systematisch betrachtet wurde. Zwei Arten geologischen Wasserstoffs wurden untersucht: Natürlicher Wasserstoff entsteht durch natürlich ablaufende geologische Prozesse, etwa durch Reaktionen eisenhaltiger Gesteine mit Wasser. Stimulierter geologischer Wasserstoff wird durch das gezielte Auslösen von Reaktionen im Untergrund erzeugt, beispielsweise durch die Injektion von Wasser oder Katalysatoren. Beide Konzepte stoßen in den Geowissenschaften auf wachsendes Forschungsinteresse – der stimulierte Wasserstoff befindet sich jedoch in einem deutlich früheren Stadium. Folgende Fragen werden im Impuls adressiert: • Wie entsteht geologischer Wasserstoff und unter welchen Bedingungen sammelt er sich im Untergrund an? • Gibt es wirtschaftlich förderwürdige Lagerstätten und wie lassen sie sich finden? • Welche Fördertechniken für geologischen Wasserstoff sind kurz- und mittelfristig am vielversprechendsten? • Welche rechtlichen Rahmenbedingungen braucht die Exploration und Förderung? • Welcher Forschungsbedarf besteht, um das Potenzial bewerten zu können? Vielversprechend – es bleiben jedoch offene Fragen Ob geologischer Wasserstoff in für den kommerziellen Abbau ausreichenden Mengen vorliegt, bleibt unklar. Bisher gibt es weltweit nur einen dokumentierten Fall einer dauerhaften Gewinnung – in Mali. Die Entstehungsprozesse von Wasserstoff sind im Wesentlichen verstanden, doch das Wissen über Migration, Ansammlung und den Verbrauch durch Mikroben und chemische Reaktionen im Untergrund ist noch sehr begrenzt. Als vielversprechende Einstiegspunkte in die Förderung und Nutzung gelten insbesondere dezentrale Anwendungen wie die Koproduktion mit Helium oder geothermischer Energie. Gezielte öffentliche Forschungsförderung kann die wissenschaftliche Grundlage für politische Entscheidungen verbessern. Zudem sollte das Bergrecht überarbeitet werden, um Exploration und Förderung zu erleichtern. Geologischer Wasserstoff könnte so die Energiewende ergänzen – als echter Gamechanger sehen ihn aber die wenigsten Fachleute.Item type: Item , Herstellung biobasierter Schmelzklebstoffe auf Basis von Polysacchariden und deren Anwendung in Papier- und Kartonverpackungen - BioGlyk(Hannover : Technische Informationsbibliothek, 2024-03-31) Kießler, Birgit; Feldner, Alexander; Schwarz, Simona; Boughanmi, RahmaDas Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens bestand darin, die für die industrielle Anwendbarkeit von stärkebasierten Schmelzklebstoffen notwendige Thermostabilität sicherzustellen. Hierzu war vorgesehen, eine neuartige Rezeptierung zu untersuchen, welche Stärkederivate als Basispolymere und nanoskalige Stärkepartikel als zusätzliche Verstärkungskomponente enthalten. Ergänzt wird der Ansatz um eine effiziente Form der Prozesstechnik durch Extrusion. Durch den Ersatz der petrolchemischen Basiskomponente durch biobasierte Stärkederivate wird der Anspruch erhoben, den biobasierten Anteil der Schmelzklebstoff-Rezeptur deutlich zu erhöhen. Die mit biobasiertem Schmelzklebstoff verschlossenen Verpackungen sollen vollständig recyclebar und für die Verpackung von Lebensmitteln geeignet sein. Der Fokus der Arbeiten an der PTS lag auf der Erzeugung thermoplastischer Stärkeester durch Reaktivextrusion im Laborextruder, die als biobasierte Basiskomponente für Schmelzklebstoffe zum Einsatz kamen. Es wurden zwei Reaktionsrouten (mit Anhydriden, mit Vinylestern) unter heterogenen Synthesebedingungen getestet. Ziel war es, Stärkeester mittels Reaktivextrusion zu synthetisieren, die aufgrund hoher Substitutionsgrade thermoplastisches Verhalten zeigen. Mit dem klassischen Ansatz der Stärkeveresterung konnten im Extruder erfolgreich Stärkeacetate, -propionate, -butyrate bzw. -acetopropionate und -acetobutyrate hergestellt werden, die umfangreich charakterisiert wurden. Ein weiteres Augenmerk der PTS lag in der maßstäblichen Übertragung der entwickelten Schmelzklebstoffrezepturen in einen kontinuierlich laufendenden Mischprozess im Extruder. Alle Vorzugsvarianten ließen sich kontinuierlich und reproduzierbar im Extruder herstellen. Die Schmelzklebstoffrezeptur BioGlyk 130-140, bestehend aus Stärkebutyrat, PBAT-basiertem Polymer und Kolophoniumderivat wurde auf diese Weise für anwendungstechnische Tests bei einem Klebstoffsystemhersteller im kg-Maßstab produziert. Die praxisnahen Untersuchungen haben bestätigt, dass die Applikation des entwickelten Bio-Schmelzklebstoffes mit aktuellem Equipment für klebstoffschonende Verarbeitung generell möglich ist und die dafür benötigten Systemparameter in den empfohlenen Betriebsbereichen der jeweiligen Systemkomponenten liegen. Allerdings zeigten alle Entwicklungsrezepturen nicht die erhoffte Thermostabilität über einen längeren Zeitraum bei Verarbeitungstemperatur. Es sind weitere Optimierungen, wie z.B. der Einsatz von geeigneten Stabilisatoren, notwendig. Ausgewählte Schmelzklebstoffrezepturen wurden hinsichtlich Rezyklierbarkeit der damit verschlossenen Verpackungen und bezüglich Lebensmittelkonformität im Vergleich zu herkömmlichen Schmelzklebstoffen getestet. Alle geprüften Schmelzklebstoffvarianten zeigten keine negativ auffallenden Effekte beim Rezyklieren. Das Migrationsverhalten in verschiedene Lebensmittelsimulanzen (z.B. Isooctan und Tenax®) für ausgewählte Schmelzklebstoffentwicklungen wurde mittels non-target-GC/MS-Screening-Analyse untersucht. Es wurde bei allen geprüften Schmelzklebstoffen kein Übergang bedenklicher Substanzen in kritischen Mengen auf das Simulanz Tenax® festgestellt. In den Chromatogrammen der Schmelzklebstoffformulierungen mit Anteilen an Stärkeester bzw. Stärkemischester wurden noch geringe Mengen an Buttersäure gefunden. Diese kann zu starker sensorischer Beeinträchtigung des Endproduktes führen. Für einige in den Schmelzklebstoffen gefundene Substanzen ist eine Prüfung der Migration auf verpackte Lebensmittel empfehlenswert. Weiterer Projektgegenstand war die gesamtheitliche Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Schmelzklebstoffvorzugsvarianten. Es wurden Kosten für Personal, Material, und Energie für alle Prozesse, die zur Herstellung eines stärkebasierten Schmelzklebstoffes notwendig werden können, wie Extrusion (Reaktiv- und Mischextrusion) und nachfolgende Prozesse zur Aufreinigung, kalkuliert. Aus dieser Betrachtung ging hervor, dass die Materialkosten die Gesamtproduktionskosten dominieren. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass die Energiekosten seitens Extrusionstechnologie vergleichsweise gering sind und dieses Verfahren prinzipiell für eine kontinuierliche und zeitlich effektive Herstellung von Schmelzklebstoffen geeignet ist. Der Fokus der Arbeiten am IPF lag in der Herstellung kolloidaler Verstärkerfüllstoffe und in der Schmelzklebstoffentwicklung. Ziel der Zugabe von Verstärkerfüllstoff zur Schmelzklebstoffformulierung sollte sein, den Abbindemechanismus durch Kristallisationskeimbildung zu beschleunigen und die Festigkeit des Schmelzklebstoffes durch Bildung eines kohäsiven Netzwerkes zu erhöhen. Weiterhin werden Synergieeffekte zwischen Füllstoff und Biopolymer erwartet, die u.a. zu einer Erhöhung der thermischen Stabilität führen können. Zur Erzeugung von Verstärkerfüllstoffen wurden zunächst Nanostärkepartikel aus Kartoffel-, Mais- und Weizenstärke hergestellt, indem deren aufgekochte Lösungen bzw. Dispersionen durch tropfenweise Zugabe von Ethanol ausgefällt und getrocknet wurden. Bei der Synthese zu Nanostärkepartikel wurden mit der Weizenstärke die kleinsten Partikel mit Partikelgrößen von 17-30nm gewonnen. Es kamen mehrere Verfahren zur anschließenden Herstellung von Verstärkerfüllstoffen zum Einsatz. Die aus Weizenstärke erzeugten Nanostärkepartikel wurden mit Chitosan ummantelt. Eine weitere Gruppe an Verstärkerfüllstoffen wurde mit Mischungen aus Kaolin/ Weizenstärke, Kaolin/ Pektin und Kaolin/ Chitosan erhalten und ihr Einsatz in Schmelzklebstoffen anhand von Zugschertests bewertet. Der Schmelzklebstoff mit Verstärkerfüllstoff, bestehend aus 50% Kaolin mit in Wasser dispergiertem Chitosan, zeigte höhere Bruchspannungswerte als ohne Füllstoff. Wesentliche Schmelzklebstoffversuche wurden im kleinteiligen Maßstab im Batch-Reaktor durchgeführt. Dabei kamen hochsubstituierte Stärkeester bzw. -mischester aus den Entwicklungen der PTS, PBAT-basiertes Polymer und thermoplastisches Stärkeblend als Basiskomponenten zum Einsatz. Weitere Abmischungen mit Kolophonium, Kolophoniumderivaten, Wachsen, Ölen und Weichmachern wurden getestet und charakterisiert. Es erfolgten Vorversuche zum Schmelzverhalten an einer Kolbenspinnanlage, bevor ausgewählte Schmelzklebstoffvarianten im Extruder erzeugt wurden. Verglichen mit Standard- Schmelzklebstoffen zeigte das PBAT-basierte Polymer als alleinige Basiskomponente bzw. in Kombination mit den Entwicklungsprodukten Stärkeester bzw. -mischester und dem Zusatz von Kolophoniumderivat die besten Klebkraftergebnisse. Das Ziel des Vorhabens wurde erreicht. Das Forschungsvorhaben IGF 21788 BR der Forschungsvereinigung PTS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) gefördert. Hierfür sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Unser Dank gilt außerdem dem projektbegleitenden Ausschuss aus der Industrie für die Unterstützung der Arbeiten.