Plasmatechnik und Oberflächen – PLATO · fraunhofer-institut fÜr fertigungstechnik und...

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FRAUNHOFER-INSTITUT FÜR FERTIGUNGSTECHNIK UND ANGEWANDTE MATERIALFORSCHUNG IFAM PLASMATECHNIK UND OBERFLÄCHEN – PLATO –

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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R F E RT I G U N G S T E C H N I K U N D A N G E WA N D T E M AT E R I A L F O R S C H U N G I FA M

PLASMATECHNIK UND OBERFLÄCHEN– PLATO –

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Fraunhofer-Gesellschaft

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist die führende unabhängige

Trägerorganisation für Einrichtungen der angewandten

Forschung in Europa. Sie betreibt derzeit mehr als 80 For-

schungseinrichtungen, davon 59 Institute, mit etwa 17 000

Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern an über 40 Standorten in

der Bundesrepublik. Schwerpunkt des jährlichen Forschungs-

volumens von 1,6 Milliarden Euro ist mit über 1,3 Milliarden

Euro die Vertragsforschung für Industrie und öffentliche Hand,

deren Ergebnisse einen wichtigen Beitrag zur Sicherung des

Industriestandorts Deutschland leisten.

Fraunhofer IFAM – Klebtechnik und Oberflächen –

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte

Materialforschung IFAM – Klebtechnik und Oberflächen – ist

die europaweit größte unabhängige Forschungseinrichtung

auf dem Gebiet der industriellen Klebtechnik mit über 210

Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern. Im Mittelpunkt stehen

Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der Klebtechnik sowie

der Plasmatechnik und Lacktechnik mit dem Ziel, der Industrie

anwendungsorientierte Systemlösungen zu liefern.

Multifunktionale Produkte, Leichtbau und Miniaturisierung –

erreicht durch die intelligente Kombination von Werkstoffen

und Fügeverfahren – bieten neue Möglichkeiten. Die Aktivitä-

ten reichen von der Grundlagenforschung über die Fertigung

bis zur Markteinführung neuer Produkte. Industrielle Einsatz-

felder sind überwiegend der Transportmittel- und Anlagenbau,

die Energietechnik, die Verpackungs-, Textil- und Elektroindus-

trie sowie die Mikrosystem- und Medizintechnik.

Das Tätigkeitsfeld Klebtechnik umfasst die Entwicklung und

Charakterisierung von Klebstoffen, die beanspruchungsge-

rechte konstruktive Auslegung und Simulation von Kleb-,

Niet- und Hybridverbindungen sowie deren Charakterisierung,

Prüfung und Qualifizierung. Planung und Automatisierung der

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P L A T O – D E R R I C H T I G E P A R T N E R 2

T E C H N I K E N F Ü R E F F I Z I E N T E A N W E N D U N G E N 4

K O M P E T E N Z N E T Z W E R K K L E B T E C H N I K U N D O B E R F L Ä C H E N 8

industriellen Fertigung der Verbindungen ergänzen diese Ar-

beiten. Prozessreviews sowie zertifizierende Weiterbildungen

im Kontext Klebtechnik und Faserverbundtechnologie runden

das Profil ab.

Der Arbeitsbereich Oberflächen gliedert sich in die Gebiete

Plasma- und Lacktechnik. Maßgeschneiderte Oberflächen-

modifizierungen – wie kleb- und beschichtungsgerechte

Oberflächenvorbehandlungen oder korrosionsschützende

Beschichtungen – erweitern das industrielle Einsatzspektrum

vieler Werkstoffe deutlich oder machen deren technische

Verwendung erst möglich.

Die Adhäsions- und Grenzflächenforschung nutzt zahlreiche

Verfahren der Oberflächen- und Strukturanalytik, Elektroche-

mie und des Molecular Modellings zur Beantwortung wichti-

ger Fragen bei materialgerechten Optimierungs- und Entwick-

lungsaufgaben für Klebverbindungen und Beschichtungen.

Mit der Fraunhofer-Projektgruppe Fügen und Montieren

FFM baut das Fraunhofer IFAM seine Aktivitäten hinsichtlich

carbonfaserverstärkter Großstrukturen zukunftsweisend aus –

Fügen, Montieren, Bearbeiten, Reparieren und zerstörungsfrei-

es Prüfen von CFK-Großstrukturen im 1:1-Maßstab.

Der Institutsbereich Klebtechnik und Oberflächen ist nach

DIN EN ISO 9001 zertifiziert, das Werkstoffprüflabor und das

Korrosionsprüflabor zusätzlich nach DIN EN ISO/IEC 17025 ak-

kreditiert. Das Klebtechnische Zentrum ist über DVS-PersZert®

nach DIN EN ISO/IEC 17024 als akkreditierte Personalqualifizie-

rungsstelle für die klebtechnische Weiterbildung international

anerkannt.

www.ifam.fraunhofer.de

© Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik

und Angewandte Materialforschung

– Klebtechnik und Oberflächen –

Bild Titelseite: Filtermaterial mit verbesserter Chemikalienbeständigkeit und

erhöhter Lebensdauer durch ultradünne plasmapolymere Beschichtung.

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Ein P lasma ist e in hochreakt ives Gas, das neben Elektronen und UV-Strahlung

neutra le, angeregte und ionis ierte Tei lchen enthält . Die Art des Ent ladungsga-

ses best immt den Oberf lächeneffekt – Reinigung, Akt iv ierung, Beschichtung.

Vorteile optimal nutzen

Oberflächen und ihre Eigenschaften spielen in fast allen Bereichen der Industrie und des täglichen

Lebens eine immer wichtigere Rolle. Ob in der Fertigung oder bei der Entwicklung neuer Verfahren

und Produkte: Die Oberflächen der verwendeten Materialien müssen oft behandelt werden, um

ihnen zusätzliche Eigenschaften zu verleihen, die sie für weitere Anwendungsbereiche qualifizieren.

Oberflächen werden gereinigt und aktiviert, damit Lacke, Farben und Kleb- oder Dichtstoffe

besser darauf haften. Oberflächen werden aber auch beschichtet, um neue Funktionen zu errei-

chen. Hauchdünne plasmapolymere Schichten liefern beispielsweise Kratzfestigkeit, Schmutz-

abweisung oder nicht haftende Oberflächen. Sie können als Trenn- oder Barriereschicht erzeugt

werden, wirken reibmindernd oder erhöhen die Korrosionsbeständigkeit.

Moderne Technologien ermöglichen so das Hinzufügen neuer Oberflächeneigenschaften und

die Optimierung bestehender Fertigungsprozesse. Nicht selten erlaubt erst die maßgeschneider-

te Oberflächenbehandlung eines Werkstoffs seinen Einsatz.

Individuelle Lösungen

Mit Niederdruck- und Atmosphärendruck-Plasmen sind heute individuelle Lösungen für zahlrei-

che Anwendungen möglich. Zwei Beispiele: Eine durch Plasmapolymerisation erzeugte Korrosi-

onsschutzschicht zeichnet sich durch hervorragende Haftung, durch hohe Barrierewirkung und

durch ausgezeichnete chemische, mechanische und thermische Stabilität aus. Im Medizinsektor

wiederum können Katheter mit einer plasmapolymeren Beschichtung versehen werden, die

antibakteriell wirkt, aber nicht zytotoxisch ist.

Ansprechpartner

Plasmatechnik und Oberflächen:

Dr. Ralph Wilken

Telefon +49 421 2246-448

[email protected]

Bild oben: Katheter mit antimikrobi-

eller Wirkung durch Plasmatechnik.PLASMATECHNIK UND OBERFLÄCHEN– PLATO –

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Praxisorientiert und maßgeschneidert

Der Bereich Plasmatechnik und Oberflächen des Fraunhofer IFAM ist dafür der richtige Partner.

Wir haben auf diesem Gebiet langjährige Erfahrung mit einem Schwerpunkt auf Polymer-

Oberflächen. Mit fundiertem Know-how und modernen Anlagen finden wir für unsere Kunden

angepasste und wirtschaftliche Lösungen, wenn es um die Behandlung von Oberflächen geht.

Dabei arbeiten wir eng mit namhaften Unternehmen aus allen wichtigen Industriebereichen

zusammen.

Als Dienstleister wenden wir unser Wissen praxisorientiert und maßgeschneidert an – unsere

Kunden erhalten integrierte Systemlösungen, in denen alle Schritte optimal aufeinander abge-

stimmt sind. Wir erstellen individuelle Fertigungs- und Anlagenkonzepte, die konsequent auf

die Anforderungen und die Möglichkeiten unserer Kunden ausgerichtet sind.

Zu unseren Leistungen gehören Beratung, Bemusterung, Prozessentwicklung, Nullserienferti-

gung und Pilotanlagenbau. Wir setzen unsere Forschungsleistungen zielgerichtet in Verfahren

um und integrieren sie in die industrielle Produktion.

Mit unseren Techniken realisieren wir die Feinreinigung oder Aktivierung von Oberflächen sowie

Funktionsschichten, die Kratzfestigkeit, Barrierewirkung, Korrosions- und UV-Schutz sowie Anti-

haft- oder Easy-to-clean-Eigenschaften aufweisen und industriell bereits eingesetzt werden.

Die rapide anwachsenden Mögl ichkeiten der Oberf lächenmodif iz ierung

machen es Unternehmen oft schwer, d ie opt imale Entscheidung für e ine Inno-

vat ion zu treffen. Neue oder verbesserte Verfahren, e ine breite Anwendungs-

palette und die große Zahl an Werkstoffen erfordern umfassende Kenntnis

sowie s ichere Beherrschung der entsprechenden Techniken.

Bild Seite 2: Effiziente Entlackung

von Gitterrosten durch Easy-to-

clean-Plasmabeschichtung.

Bild oben: Transparenter Kratz-

schutz von Kunststoffoberflächen.

Ansprechpartner

Anlagenbau:

Dr. Klaus Vissing

Telefon +49 421 2246-428

[email protected]

PLATO – DERRICHTIGE PARTNER

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Niederdruck-Plasmatechnik

Mit der Niederdruck-Plasmatechnik (ND-Plasmatechnik) werden Oberflächen gereinigt, akti-

viert und beschichtet. Die Prozesse können flexibel und komplex gestaltet werden, sodass sich

auch mehrere Eigenschaften in einem Arbeitsgang erzielen lassen – beispielsweise Korrosions-

schutz mit zusätzlicher Haftvermittlung. Die ND-Plasmatechnik ist bei allen Substratmateriali-

en anwendbar und erlaubt komplizierteste Geometrien. Sie ist für Schüttgut, Bahnware und

Einzelteile geeignet und kann schnell an wechselnde Anforderungen angepasst werden. Die

Substrate werden thermisch und mechanisch nicht belastet. Der Prozess weist ein hohes Maß

an Umweltverträglichkeit und Arbeitsplatzsicherheit auf.

Einsatzbeispiele für die ND-Plasmatechnik sind

• Aktivierung von Kunststoffen als Voraussetzung für eine bessere Haftung von Lacken,

• Trennschichten zum Entlacken und zur Entformung bei der Kunststoffverarbeitung,

• Beschichtungen von Elastomeren zur Reibminderung,

• flexible Kratzschutz-Beschichtungen von Displays, Scheiben oder Visieren,

• Beschichten von Metallen mit Anlauf- oder Korrosionsschutz und

• antimikrobielle, nicht zytotoxische Beschichtungen von Medizinprodukten.

Die vielfältigen Möglichkeiten dieser Technik werden von PLATO beherrscht und mitgestaltet.

Sie bewähren sich im täglichen industriellen Einsatz.

Das Fraunhofer IFAM besitzt zahlreiche ND-Plasmaanlagen vom Labormaßstab für Neuentwick-

lungen bis zur industrierelevanten Größe von 3 Kubikmetern für Pilotserien. In einer Vakuum-

Wickelkammer kann Bahnware mit maximal 1 Meter Breite mit Geschwindigkeiten von bis zu

250 Metern pro Minute behandelt werden.

TECHNIKEN FÜR EFFIZIENTE ANWENDUNGENPLATO setzt neue Erkenntnisse aus Forschung und Entwicklung konsequent

in Techniken um, die s ich naht los in bestehende Fert igungsprozesse e infügen

lassen. Die indiv iduel le Anpassung an die Bedingungen vor Ort sorgt für e in

opt imales Verhältnis von Kosten und Nutzen: So erz ie l t der Kunde einen deut-

l ichen Wettbewerbsvorte i l .

Ansprechpartner

Niederdruck-Plasmatechnik:

Dr. Klaus Vissing

Telefon +49 421 2246-428

[email protected]

Bild Seite 4: Niederdruck-Plasmaan-

lage zur Behandlung von Bahnware

im industriellen Maßstab.

Bild oben: Permanente Trennschicht

zur Entformung in der Fertigung

von carbonfaserverstärkten Kunst-

stoffen (CFK).

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Ansprechpartner

Excimertechnik:

Dr. Christopher Dölle

Telefon +49 421 2246-621

[email protected]

Atmosphärendruck-Plasmatechnik

Die Atmosphärendruck-Plasmatechnik (AD-Plasmatechnik) kann – wie die ND-Plasmatechnik –

zur Behandlung und Beschichtung eingesetzt werden, benötigt aber keine Vakuumkammer.

Daher ist eine Integration in bestehende Prozesslinien mit hohen Geschwindigkeiten möglich.

Durch eine neuartige Düsentechnologie wird ein räumlich begrenztes Plasma erzeugt, das sehr

gut für lokale Behandlungen einsetzbar ist. Die Plasmadüsen können von einem Roboter ge-

führt werden und so zum Beispiel Kleb- und Dichtflächen aktivieren oder mit Korrosionsschutz-

und Haftvermittlerschichten versehen.

Einsatzbeispiele für die AD-Plasmatechnik sind

• Aktivierung von Kunststoffen vor dem Klebstoffauftrag,

• Reinigung und Oberflächenaktivierung von Großbauteilen vor der Lackierung,

• Korrosionsschutzbeschichtungen von Metallbauteilen im Bereich von Dichtflanschen,

• Abscheidung von permanenten Trennschichten für Entformungen und

• Oberflächenvorbehandlung von (Nano-) Partikeln zur Steigerung der Dispergierbarkeit.

Diese Prozesse werden kontinuierlich verbessert und erweitert.

Neben verschiedenen Plasmaanlagen im Labormaßstab ist im Fraunhofer IFAM eine roboter-

geführte Anlage vorhanden, die die Behandlung komplex geformter Bauteile zulässt.

Excimertechnik

Zur Erweiterung der vorhandenen Plasmatechniken ist die Excimertechnik am Fraunhofer IFAM

etabliert worden. Die im vakuum-ultravioletten Spektralbereich (VUV-Spektralbereich) emit-

tierenden Excimerlampen dienen der fotochemischen Oberflächenmodifizierung sowohl bei

Niederdruck als auch bei Normaldruck und stellen eine kostengünstige Alternative zu gängigen

Vorbehandlungssystemen dar. In Kombination mit üblichen Auftragsverfahren – wie dem Aero-

solauftrag – lassen sich mit dieser Technik Funktionsschichten wie Trennschichten, Korrosions-

schutzbeschichtungen oder Easy-to-clean-Schichten erzeugen.

Weitere Angebote der PLATO

wie

• Oberflächenvorbehandlung durch Laser- und Strahlverfahren,

• Analyse und Charakterisierung von Oberflächen oder zu

• Kunststoffanwendungen

finden Sie auf unserer Internetseite: www.ifam.fraunhofer.de

Ansprechpartner

Atmosphärendruck-Plasmatechnik:

Dr. Jörg Ihde

Telefon +49 421 2246-427

[email protected]

Bild Seite 6: Robotergeführter

Atmosphärendruck-Plasma-

Düsenstock.

Bild oben: Innenansicht der VUV-

Excimeranlage zur Aktivierung und

Beschichtung von Oberflächen.

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KOMPETENZNETZWERKKLEBTECHNIK UND OBERFLÄCHEN

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und

Angewandte Materialforschung IFAM

Klebtechnische Fertigung

Dipl.-Ing. Manfred Peschka

Telefon +49 421 2246-524

[email protected]

Fertigungsplanung; Dosier- und Auftragstechnik; Automatisie-

rung; Hybridfügen; Fertigung von Prototypen; Auswahl, Cha-

rakterisierung, Qualifizierung von Kleb-, Dicht- und Beschich-

tungsstoffen; Schadensanalyse; elektrisch/optisch leitfähige

Kontaktierungen; adaptive Mikrosysteme; Dosieren kleinster

Mengen; Eigenschaften von Polymeren in dünnen Schichten;

Fertigungskonzepte.

• Mikrosystem- und Medizintechnik

• Klebstoffe und Analytik

• Prozessentwicklung und Simulation

• Applikationsverfahren

Plasmatechnik und Oberflächen – PLATO –

Dr. Ralph Wilken

Telefon +49 421 2246-448

[email protected]

Oberflächenmodifizierung – Reinigung, Aktivierung für z. B.

Kleben, Bedrucken, Lackieren – und Funktionsschichten – z. B.

Haftvermittlung, Korrosionsschutz, Kratzschutz, antimikrobielle

Wirkung, Easy-to-clean, Trennschicht, Permeationsbarriere – für

3-D-Teile, Schüttgut, Bahnware; Anlagenkonzepte und Pilot-

anlagenbau.

• Niederdruck-Plasmatechnik

• Atmosphärendruck-Plasmatechnik

• Anlagentechnik/Anlagenbau

Klebstoffe und Polymerchemie

Priv.-Doz. Dr. Andreas Hartwig

Telefon +49 421 2246-470

[email protected]

Entwicklung und Charakterisierung von Polymeren; Nanokom-

posite; Netzwerkpolymere; Formulierung von Klebstoffen und

Funktionspolymeren; chemische und physikalische Analytik;

Peptid- und Proteinchemie; Peptid-Polymer-Hybride; Kleben

in der Medizin; mit Peptiden funktionalisierte Oberflächen;

marine Proteinklebstoffe.

• Synthetische Materialien

• Proteinwerkstoffe

Lacktechnik

Dr. Volkmar Stenzel

Telefon +49 421 2246-407

[email protected]

Entwicklung von Funktionsbeschichtungen, z. B. Anti-Eis-

Lacke, Anti-Fouling-Systeme, schmutzabweisende Systeme,

selbstheilende Schutzbeschichtungen, strömungsgünstige

Beschichtungen; Rezepturoptimierung; Rohstoffuntersuchung;

Entwicklung von Richtrezepturen; Charakterisierung und

Qualifizierung von Lacksystemen sowie Rohstoffen; Produkt-

freigaben; Farbmanagement; Optimierung von Beschichtungs-

anlagen; Qualifizierung von Beschichtungsanlagen (Vorbe-

handlung, Applikation, Trocknung); Schadensuntersuchungen;

anwendungsbezogene Methodenentwicklung.

• Entwicklung von Beschichtungsstoffen

• Anwendungs- und Verfahrenstechnik

Adhäsions- und Grenzflächenforschung

Dr. Stefan Dieckhoff

Telefon +49 421 2246-469

[email protected]

Oberflächen-, Grenzflächen-, Schichtanalytik; Untersuchung

von Adhäsions-, Trenn- und Degradationsmechanismen;

Analyse reaktiver Wechselwirkungen an Werkstoffoberflächen;

Schadensanalyse; Qualitätssicherung durch fertigungsinteg-

rierte Analysen von Bauteiloberflächen; entsprechende Konzept-

entwicklung für klebtechnische, lacktechnische und oberflä-

chentechnische Anwendungen; Korrosion an metallischen

Werkstoffen, unter Beschichtungen und in Klebverbindungen;

Untersuchung von Anodisierschichten; elektrolytische Metallab-

scheidung; akkreditiertes Korrosionsprüflabor; Modellierung mo-

lekularer Mechanismen bei Adhäsions- und Degradationsphäno-

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menen; Strukturbildung an Grenzflächen; Anreicherungs- und

Transportprozesse in Klebstoffen und Beschichtungen.

• Oberflächen- und Nanostrukturanalytik

• Applied Computational Chemistry

• Elektrochemie/Korrosionsschutz

• Qualitätssicherung Oberfläche

Werkstoffe und Bauweisen

Dr. Markus Brede

Telefon +49 421 2246-476

[email protected]

Werkstoff- und Bauteilprüfung; Crash- und Ermüdungsverhal-

ten von Niet- und Klebverbindungen; Faserverbundbauteile;

Leicht- und Mischbauweisen; Auslegung und Dimensionierung

von Klebverbindungen; Qualifizierung von mechanischen Ver-

bindungselementen; Optimierung mechanischer Fügeprozesse;

Auslegung und Dimensionierung von Nietverbindungen.

• Strukturberechnung und numerische Simulation

• Mechanische Fügetechnik

Technologietransfer und Personalqualifizierung

Prof. Dr. Andreas Groß

Telefon +49 421 2246-437

[email protected]

www.kleben-in-bremen.de

www.kunststoff-in-bremen.de

Qualifizierung zur/zum Klebpraktiker/-in, Klebfachkraft, Adhe-

sive Bonding Engineer (Klebfachingenieur/-in) mit europaweit

anerkannten DVS®-EWF-Zeugnissen; Inhouse-Lehrgänge;

Beratung; Fertigungsqualifizierung; Studien; Arbeits- und Um-

weltschutz; Weiterbildung zur/zum Faserverbundkunststoff-

Praktiker/in.

• Klebtechnisches Zentrum

• Kunststoff-Kompetenzzentrum

Fraunhofer-Projektgruppe Fügen und Montieren FFM

Dr. Dirk Niermann

Telefon +49 421 2246-439

[email protected]

Industrialisierungsgerechte Montage mittels Kleben, Nieten oder

Kombinationen daraus; adaptive Präzisionszerspanung; auto-

matisierte Mess- und Positionierverfahren; zerstörungsfreies Prüfen

von Faserverbundkunststoff-(FVK-)Großstrukturen.

Geschäftsfeld Entwicklung

Dr. Michael Wolf

Telefon +49 421 2246-640

[email protected]

• Technologiebroker

• Neue Forschungsfelder

Anerkannte Stelle des Eisenbahnbundesamtes nach

DIN 6701-2

Dipl.-Ing. (FH) Andrea Paul

Telefon +49 421 2246-520

[email protected]

Beratung; Prüfung und Zulassung von Schienenfahrzeug-

baubetrieben und ihrer Zulieferer hinsichtlich ihrer Fähigkeit,

Klebarbeiten gemäß den Vorgaben der DIN 6701 ausführen zu

können.

Prozessreviews

Dipl.-Ing. Manfred Peschka

Telefon +49 421 2246-524

[email protected]

Analyse von Entwicklungs- und/oder Fertigungsprozessen

unter klebtechnischen Aspekten und unter Berücksichtigung

der Richtlinie DVS® 3310; Prozess- und Schnittstellen; Design;

Produkt; Nachweis der Gebrauchssicherheit; Dokumente;

Fertigungsumgebung.

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Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik

und Angewandte Materialforschung IFAM

– Klebtechnik und Oberflächen –

Wiener Straße 12

28359 Bremen

Telefon +49 421 2246-400

Fax +49 421 2246-430

[email protected]

Plasmatechnik und Oberflächen – PLATO –

Dr. Ralph Wilken

Telefon +49 421 2246-448

[email protected]

Weitere Informationen zu den Bereichen

• Klebtechnik

• Oberflächen

www.ifam.fraunhofer.de

© Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik

und Angewandte Materialforschung IFAM

– Klebtechnik und Oberflächen –

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