Forschungshighlights des Fachbereichs

Dichtungen sind eine häufig nicht näher betrachtete - aber überaus wichtige - Komponente in nahezu jedem technischen Aufbau. In der Industrie werden Dichtungen in Flansche eingesetzt um Apparate und Rohrleitungen abzudichten. Leider sind die Dichtflächen von Flanschen, welche in der Stahl Email Industrie eingesetzt werden, aufgrund der hohen und inhomogenen Temperaturen während des Emaillierens stets uneben.

Dieses Problem wurde von Prof. Dr.-Ing. Alexander Riedl näher betrachtet und mit der 3D-Dichtung eine Lösung entwickelt, welche auch starke Ebenheitsabweichungen zuverlässig abdichtet. Die Idee besteht darin, die Abweichungen in Umfangsrichtung zu bestimmen und somit eine "Höhenkarte" für die benötigte Dichtung erstellen zu können. In radialer Richtung bleibt die Höhe konstant, wodurch eine Linienberührung zwischen Dichtung und Flansch erreicht wird. Das Höhenprofil wird anschließend auf einer portablen Fräse direkt beim Anwender aus einem PTFE-Ring gefräst.

Die 3D-Dichtung erhielt 2015 den Innovationspreis "ZukunftErfindenNRW" und erhöht sowohl die Anlagensicherheit als auch den Schutz der Umwelt und der Mitarbeiter.

Per Laserstrahl fertigen Wissenschaftler des Labors für Lasertechnik der FH Münster ein Mikrozahnrad. Das zur Demonstration aus einer Polyimidfolie gestanzte Bauteil hat einen geringeren Durchmesser als ein menschliches Haar.

In der Mikrofertigung werden Laser als Werkzeuge immer wichtiger. Hierzu eignen sich vor allem Excimer-Laser, die neben verschiedenen Wellenlängen im UV-Bereich auch eine ausreichende Ausgangsleistung bieten. Bauteile können so ohne Zwischenschritte direkt strukturiert werden.
Eine vorgefertigte Maske mit der Geometrie der herzustellenden Struktur wird in den Strahlengang eingebracht und verkleinert auf ein Substrat abgebildet. Jeder Laserpuls arbeitet das Bauteil dann Schichtweise heraus. Die typischen Abtragtiefen liegen bei weniger als 1 µm pro Puls. Bei geeigneten Werkstoffen ergeben sich durch die kurzwellige UV-Strahlung von Excimer-Lasern auch keine thermischen Wechselwirkungen. So lassen sich vor allem aus Kunststoff und Keramik Mikrobauteile durch "Photoablation" schonend herstellen.

Mit einer entsprechenden Fertigungszelle im Labor für Lasertechnik der FH Münster können Prototypen ausgearbeitet werden. Ein flexibles optisches Masken-System ermöglicht Abbildungsverhältnisse von wahlweise 1:10, 1:20 oder 1:40 mit hoher Genauigkeit. Die Bauteile werden rechnergestützt in drei Achsen positioniert. Mit Hilfe einer CCD-Kamera kann der Prozess visuell kontrolliert werden.

Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Klaus Dickmann haben für die Industrie bereits mehrere Fertigungsverfahren entwickelt und teilweise patentiert.
Unter anderem wurde ein Demonstrations-Zahnrad gefertigt, das mit einem Druchmesser von weniger als 100 µm nach Angaben des Forschers derzeit als das weltweit kleinste mit Laserstrahlen gefertigte gilt. Die Excimer-Lasertechnik hat damit Perspektiven in der Medizintechnik, Mikrosensorik, -aktorik und -mechanik sowie der Halbleitertechnik.

Spülmaschinen in Mensen, Kantinen und Restaurants müssen in wenigen Minuten das schmutzige Geschirr wieder hygienisch sauber spülen. Dabei werden jedoch sehr viel Trinkwasser, Energie und Spülmittel verbraucht. Ziel des zweijährigen Forschungsvorhaben (Dezember 2004 - November 2006) war die Reduzierung des Wasser- und Energieverbrauchs um die Hälfte sowie der Spülmittelmenge um mindestens ein Drittel.
Unter mehr als 800 Anträgen aus ganz Europa hatte die Europäische Union (EU) das REWARD-Projekt (Research on Energy, Water and Chemical Agent Reduction in commercial Dishwashers) als viertbestes im Programm "Cooperative Research" zur Förderung ausgewählt und unterstützte das Vorhaben mit 1,2 Millionen Euro.

Beteiligt an dem zweijährigen Forschungsauftrag mit einem Gesamtumfang von 1,8 Millionen Euro waren neben der FH Münster das Studierendenwerk Münster, die Katholische Universität Leuven sowie fünf Unternehmen aus Polen, Großbritannien und Deutschland. Die kleinen und mittelständischen Partnerfirmen Seaking, Copperline und Milleniumpore produzierten Filter oder elektronische Bauteile für Großspülmaschinen. Darüber hinaus war das deutsche Unternehmen Hobart beteiligt, das die umweltfreundlicheren Großspülmaschinen gebaut hat. Im Anschluss hat das Studierendenwerk Münster die Endanlage als erster Endnutzer eingesetzt.

Im Rahmen des Projektes "Development of Adaptive Deformable Mirrors for Space Instruments" der European Space Agency (ESA) entwickelte das Labor für Photonik adaptive deformierbare Spiegel für Weltraumanwendungen. Die Prototypen wurden mittlerweile erfolgreich auf ihre Weltraumtauglichkeit getestet. Kein anderer adaptiver Spiegel hat bisher die Weltraumqualifikation erreicht.

Die Firma Thorlabs hat im Jahr 2014 einen adaptiven Spiegel auf den Markt gebracht, der auf vom Labor für Photonik entwickelter und an Thorlabs transferierter Technologie beruht.

Basierend auf dem Schwerpunkt des Labors für Biomechanik "Analyse der Interaktion zwischen Hilfsmittel und Benutzer" enstand 2012 vom damaligen Doktoranden Thomas Stief die Idee einer neuen Messsohle. War bis zu dieser Zeit ausschließlich die Messung der plantaren Druckverteilung im Schuh möglich, konnten durch die neue Messeinlegesohle Biege- und Torsionsmomente am Fuß im Schuh bestimmt werden. Hierzu werden an definierten Stellen auf beiden Seiten der Messshohle Dehnungsmessstreifen appliziert und speziell verschaltet. Für dieses Messprinzip am biologischen System erfolgte seitens der FH Münster eine nationale und internationale Patentanmeldung.

Im Rahmen ihrer Masterarbeit entwickelte die aktuelle Doktorandin im Labor für Biomechanik, Annette Kerkhoff, Normdaten für Biege- und Torsionsmomente, die im Schuh während des Gehens am Fuß wirken. Diese Arbeit wurde auf dem Internationalen Kongress im Rahmen der Orthopädie- und Rehatechnikmesse in Leipzig 2014 als beste Nachwuchsarbeit ausgezeichnet.

Gemeinsam mit vier Unternehmen und drei Kliniken wurde eine verbesserte intraoperative Lokalisation mittels spezifischer Nanopartikelsonden entwickelt. Die Nanopartikelsonden wurden genauestens charakterisiert und deren Nachweis und Quantifizierung in Zellen, biologischen Geweben bis hin zu Tiermodellen durchgeführt. Das SOP-dokumentierte umfangreiche Methodenspektrum reicht von Cryoschnitten, Autostaining und Histologie, konfokale Laserscanning- und Floureszenzmikroskopie, zellbasierten und Immuno-Assays, FACS, dynamischer Lichtstreuung und Mikrokalorimetrie bis hin zur Gelelektrophorese, Chromatographie und Proteinproduktion.

Dieses Methodenspektrum ist ideal auf die Entwicklung neuartiger chromophorer Substanzen in der medizinischen Bildgebung abgestimmt und wird kontinuierlich erweitert.

Die Entwicklung der "Spintronic", d.h. die Verbindung zwischen Elektronik und Magnetismus auf quantenmechanischer Ebene, besitzt derzeit eine Schlüsselrolle in der Informationstechnologie. Dabei ist das Verständnis der magneto-kristallinen Anisotropie von ein-kristiallinen Filmen wichtig, u.a. für die Entwicklung magnetischer Datenspeicher, Leseköpfe oder Sensoren. Eine der wichtigsten Charakterisierungsmethoden stellen magneto-optische Verfahren mit polarisiertem Röntgenlicht dar, insbesondere die XMLD-Spektroskopie (X-Ray Magnetic Linear Dichroism) mit Synchrotronstrahlung, denn hiermit können die am magnetischen Verhalten beteiligten Elektronenorbitale vermessen werden.

Die Experimente finden an den Synchrotron-Großforschungsanlagen BESSY und DELTA in Kooperation mit dem Forschungszentrum Jülich statt und ermöglichen die Validierung theoretischer Modelle, die von den kooperierenden Gruppen aus Tschechien und Schweden erstellt wurden.