Nanotechnologien im AutomobilInnovationspotenziale in Hessen für dieAutomobil- und Zuliefer-Industrie

Hessisches Ministeriumfür Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung

www.hessen-nanotech.de

Hessen Nanotech

Nanotechnologienim Automobil

Innovationspotenziale in

Hessen für die Automobil-

und Zuliefer-Industrie

Band 3 der Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech

ImpressumNanotechnologien im Automobil – Innovations-potenziale in Hessen für die Automobil- undZuliefer-Industrie

Band 3 der Schriftenreihe der AktionslinieHessen-Nanotech des Hessischen Ministeriumsfür Wirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung

Erstellt von:Dr. Matthias Werner, Wolfram Kohly, Mirjana SimicNMTC – Nano & Micro Technology ConsultingSoorstraße 86, D-14050 Berlin

Carl-Ernst Forchert, Wolf-Christian Rumsch,Veit Klimpel, Jessica DitfeINPRO Innovationsgesellschaft für fortgeschritteneProduktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbHHallerstraße 1, D-10587 Berlin

Redaktion:Dr. Rainer Waldschmidt(Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung)Alexander Bracht, Markus Lämmer(Hessen Agentur, Hessen-Nanotech)Dr. Thorsten Ralle(TÜV Hessen, vormals TTN-Hessen,c/o IHK Offenbach)

Herausgeber:HA Hessen Agentur GmbHAbraham-Lincoln-Straße 38-42D-65189 WiesbadenTelefon 0611774-8614Telefax 0611774-8620www.hessen-agentur.de

Der Herausgeber übernimmt keine Gewähr fürdie Richtigkeit, die Genauigkeit und die Vollstän-digkeit der Angaben. Die in der Veröffentlichunggeäußerten Ansichten und Meinungen müssennicht mit der Meinung des Herausgebers überein-stimmen.

© Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und LandesentwicklungReferat ÖffentlichkeitsarbeitKaiser-Friedrich-Ring 75D-65185 Wiesbadenwww.wirtschaft.hessen.de

Vervielfältigung und Nachdruck –auch auszugsweise – nur nach vorherigerschriftlicher Genehmigung.

Gestaltung: WerbeAtelier Theißen, LohfeldenIcons: RESOLUT DESIGN, Prof. Mühlenberend, LeipzigDruck: Werbedruck Schreckhase, Spangenberg

Dezember 2006Unveränderter Nachdruck April 2008

©DeCie

GmbH

Abbildung Titel: DaimlerChrysler (groß)Links: © De Cie GmbHMitte: © NANO-X GmbHRechts: © Heraeus Noblelight GmbH

1

Inhalt

Nanotechnologien im Automobil– mehr individuelle Mobilität für alle ................................ 2

Zusammenfassung ..................................................................... 4

Nanotechnologien – was ist das? ........................................ 6

1 Funktionalitäten der Nanotechnologien ......................... 8

2 Anwendungen der Nanotechnologienim Automobil ............................................................................. 10

2.1 Die Außenhaut des Automobils ................................................ 11

2.2 Die Autokarosserie ..................................................................... 15

2.3 Das Interieur des Automobils .................................................... 20

2.4 Fahrwerk und Reifen ................................................................... 22

2.5 Elektrik und Elektronik ............................................................... 24

2.6 Motor und Antrieb ...................................................................... 29

3 Das wirtschaftliche Potenzial der Nanotechnologienfür die Automobil- und Zuliefer-Industrie .................... 31

4 Forschungsprogramme,Finanzierungsmöglichkeiten und Netzwerke ............. 33

Regionale Aktivitäten und Netzwerke ............................................. 36

Weitere Netzwerke ............................................................................ 38

5 Stellungnahmen wichtiger Verbände ............................ 39

Verband der Automobilindustrie (VDA) .......................................... 39

Kompetenzfeld Nanotechnik des

Vereins Deutscher Ingenieure (VDI) ................................................ 40

ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik-

und Elektronikindustrie e.V. ............................................................. 41

6 Anhang .......................................................................................... 42

6.1 Glossar ......................................................................................... 42

6.2 Internetlinks zu Nanotechnologien ........................................... 44

6.3 Literaturverzeichnis ..................................................................... 44

2

Individuelle Mobilität ist ein Grundbedürfnis derMenschen und eine wichtige Grundlage für dieEntwicklung moderner Gesellschaften. Hieran hatdas Automobil auch in absehbarer Zukunftentscheidenden Anteil. Nach einer Schätzung derVereinten Nationen wird sich der weltweiteFahrzeugbestand bis zum Jahr 2030 von derzeit750 Millionen auf rund 1,5 Milliarden Pkw undNutzfahrzeuge verdoppeln. Treibende Kraft dieserEntwicklung ist die weiter wachsende Nachfragenach Automobilen in schnell wachsenden Märktenwie China, Indien, Korea, Brasilien oder Russland.Der zunehmende Wohlstand der Menschen indiesen Regionen wird dazu führen, dass auch siedie Möglichkeiten zu mehr individueller Mobilitätnutzen wollen, dazu mehr Fahrzeuge kaufen unddiese immer häufiger benutzen werden.

Mit dem erhöhten Verkehrsaufkommen steigt aberauch der weltweite Bedarf an Energie und Roh-stoffen. Es stellen sich zudem weitere drängendeFragen nach der Sicherheit der Insassen, intelligen-ten Verkehrsleitsystemen, der Reduktion vonSchadstoffen und effektivem Recycling am Endeder Wertschöpfungskette zur Schonung knapperRessourcen.

Vor diesem Hintergrund bieten sich heimischenAutomobilherstellern und -zulieferern einzigartigePotenziale. Gleichzeitig werden sie zukünftig aberin einem zunehmend härter werdenden internatio-nalen Wettbewerb auch enormen Herausforderun-gen ausgesetzt sein. Unternehmen und Wissen-

schaft in aller Welt richten daher ihre Forschungund Entwicklung zunehmend darauf aus, die Sicher-heit, den Komfort und die Umweltverträglichkeitdes Automobils den zukünftigen Bedingungen soanzupassen, dass die Vorzüge individueller Mobili-tät nachhaltig gesichert werden können. Nanotech-nologie spielt dabei eine wichtige, wenn nicht gardie entscheidende Rolle. Sie liefert wesentlicheBeiträge bei der notwendigen Entwicklung undProduktion innovativer Materialien und Prozesse imAutomobilbereich. Moderne Reifen beispielsweiseerhalten ihre hohe Laufleistung, Haltbarkeit undStraßenhaftung durch nanoskalige Rußpartikel undKieselsäure. Materialien mit Nanopartikeln oderSchichten im Nanometermaßstab erzeugen vorteil-hafte Effekte an Innen- und Außenflächen, Karos-serie oder in Motor und Antrieb.

Weit wichtiger wird es jedoch sein, die bahnbre-chenden Ergebnisse der Nanotechnologien inProdukte umzusetzen, die die Umweltverträglich-keit und Sicherheit der Fahrzeuge so erhöhen, dassAutomobile individuelle Mobilität für breite Schich-ten bieten können, ohne die Lebensgrundlagender Menschen zu gefährden. Nur mit Hilfe vonNanotechnologien erscheint es möglich, die Säu-len des Prinzips Nachhaltigkeit gleichermaßen zuberücksichtigen: Ökologie durch die Schonungvon Umwelt und knappen Ressourcen, Ökonomiedurch die Schaffung und Sicherung wettbewerbs-fähiger Arbeitsplätze sowie Bereitstellung individu-eller Mobilität in aller Welt.

Dr. Alois Rhiel

Hessischer Minister

für Wirtschaft,

Verkehr und

Landesentwicklung

Nanotechnologien im Automobil– mehr individuelle Mobilität für alle

3

Für die heimische Industrie gilt es, diese einmali-gen Innovationspotenziale der Nanotechnologienim globalen Mega-Markt Automobil zu nutzen undso ihre gute Ausgangsposition zu sichern und aus-zubauen. Leider sind die großen Chancen nochnicht überall in ausreichendem Maße bekannt. Dievorliegende Broschüre soll daher aktuelle undzukünftige Trends von Nanotechnologien im Auto-mobil aufzeigen und mit den Stärken heimischerUnternehmen auf diesen Gebieten zusammen-führen.

Es ist mein Wunsch, erfolgversprechende Möglich-keiten der Nanotechnologien im Fahrzeugbau auf-zuzeigen und damit notwendige Innovationspro-zesse in hessischen Unternehmen der Automobil-und Zulieferindustrie anzustoßen. Denn nur mitinnovativen Lösungsansätzen werden hessischeAnbieter zu den Gewinnern im globalen Wett-bewerb um individuelle Mobilität gehören.

Dr. Alois Rhiel

Hessischer Minister für Wirtschaft,

Verkehr und Landesentwicklung

Zusammenfassung

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Nanotechnologien gewinnen weltweit an wirtschaft-licher Bedeutung. Zahlreiche Produkte enthaltenbereits heute nanotechnologische Komponentenoder werden mit Hilfe der Nanotechnologien her-gestellt. Die Vorzeichen für einen umfassendenindustriellen Umbruch durch Nanotechnologiensind aus naturwissenschaftlicher Sicht seit den acht-ziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts erkenn-bar. Heute herrscht ein allgemeiner Konsens darü-ber, dass Nanotechnologien mittel- bis langfristigEinfluss auf praktisch alle Lebens- und damit Wirt-schaftsbereiche gewinnen werden. Im Unterschiedzu vielen anderen Hochtechnologien haben Nano-technologien Querschnittscharakter und besitzendamit ein sehr breites Anwendungspotenzial in vie-len wirtschaftlichen Bereichen.

Nanoskalige Füllstoffe wie Rußpartikel finden Einsatzin Autoreifen, in Drucktinten oder Lacken. Die nano-metergroßen Abmessungen von elektronischenBauelementen und funktionalen Schichten in Lese-köpfen erlauben eine drastisch verbesserte Leis-tungsfähigkeit von Festplatten. Katalysatoren undLuftfiltersysteme sorgen für saubere Luft im undaußerhalb des Automobils. Optische Schichten zurReflexionsminderung auf Armaturenbrettern oderwasser- und schmutzabweisende „easy-to-clean“-Oberflächen auf Autospiegeln und Scheiben sindweitere Beispiele für Anwendungen von Nanotech-nologien in Automobilen. Mit derartigen Endpro-dukten werden bereits heute Milliarden-Umsätzegeneriert. Nanotechnologien fließen dabei alsBestandteil des Produktes oder in die Produktions-technik ein.

In der Produktionstechnik für den Automobilbau derZukunft haben nanotechnologische Kleber ein enor-mes wirtschaftliches Potenzial, da sich mit ihnenEnergie bei Fügeprozessen einsparen lässt. Eineinteressante Anwendung ergibt sich durch Kleb-stoffe, die mit magnetischen Nanopartikeln modifi-ziert sind. Die Einkopplung von thermischer Energiein Form von Mikrowellenstrahlung löst die für denKlebevorgang nötige chemische Reaktion aus.

Mit Hilfe von Nano-Additiven in Kunststoffen könnendeutlich verbesserte Verarbeitungseigenschaften inSpritzgießmaschinen erzielt werden. Hier sind Ener-gieeinsparungen von bis zu 20 Prozent möglich. Alter-nativ lässt sich die Zykluszeit um bis zu 30 Prozentreduzieren. Formwerkzeuge können einfacher gestal-

tet und neue Bauteile dünnwandiger sein, so dassdeutlich Material eingespart wird. Außerdem wird dieMenge an Ausschuss reduziert. Dieses gerade auchbei hoch belasteten Teilen wie Gehäusen und Funkti-onsteilen von elektrischen Antrieben, in Scheiben-wischerarmen, Türgriffen, Scheinwerferstrukturen,Spiegelsystemen, Verbindungselementen, Schiebe-dachelementen, in Gehäusen für Schließanlagen undvielen weiteren Anwendungen.

Praktisch alle physikalischen und chemischen Eigen-schaften eines Polymers können mit Füllstoffen modi-fiziert werden. Anreiz sind die erheblichen Eigen-schaftsverbesserungen wie Kratzfestigkeit oder einegrößere mechanische Stabilität. Jüngste Entwick-lungen erlauben es, konventionelle Autoscheibenaus Glas durch im Nanometerbereich beschichteteKunststoffe zu ersetzen. Hierbei steht die Entwick-lung transparenter, leichter, kratzfester und zugleichsteifer Werkstoffe im Vordergrund. Eine weitereMöglichkeit Kraftstoffverbräuche und Emissionen zureduzieren sowie die Energieeffizienz zu steigern,besteht in der nanotechnologischen Beschichtungvon Zylinderlaufbahnen. Dadurch können die erheb-lichen Reibungsverluste in heutigen Motoren künf-tig deutlich reduziert werden. Die Brennstoffzelle alsalternativer Antrieb und Versorger der Autoelektro-nik ist heute bei fast allen Automobilherstellern inder Erprobung. Nanotechnologien können auch hierentscheidende Impulse liefern. Beispiel sind dieZellenelektrode, die Diffusionsmembran oder auchSysteme zur Wasserstoffspeicherung. Diese und wei-tere Beispiele werden in vorliegender Broschüre vor-gestellt.

Innovationen und Spitzentechnologien sind zwin-gende Voraussetzungen, um dieWettbewerbsfähig-keit im Automobilbau zu erhalten. Zunehmendestaatliche Reglementierungen bei Sicherheit undUmweltverträglichkeit sowie steigende Kundenan-forderungen in Bezug auf Leistung, Komfort undDesign von Automobilen werden die künftigen Trei-ber für die Entwicklung innovativer Technologiensein. Diese sind wesentlicher Baustein eines inte-grierten Mobilitätsmanagements für die Zukunft. InHessen wurde dazu die Initiative „Staufreies Hessen2015“ ins Leben gerufen, um Konzepte zur Stauver-meidung und Verkehrssteuerung zu entwickeln.

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Nanotechnologische Kompetenz wird künftig zueiner Kernfähigkeit im Automobilbau gehören(Volkswagen 2003). Sie wird erforderlich sein, um dieinternationale Wettbewerbsfähigkeit dieser für diedeutsche Volkswirtschaft wichtigen Branche zu erhal-ten. Hessen setzt konsequent auf Nanotechnologien.Die Standortbedingungen sind auch im weltweitenVergleich hervorragend. So haben verschiedeneGroßunternehmen der Chemiebranche die zu denWeltmarktführern im Bereich Nanotechnologiengehören sowie international renommierte Auto-mobil- und Zuliefer-Unternehmen ihren Sitz in Hes-sen. Eine wachsende Zahl an kleinen und mittelstän-dischen Unternehmen nutzten die Nanotechnolo-gien für ihre Produkte beziehungsweise deren Pro-duktion. Gerade kleinere Unternehmen haben unterBeweis gestellt, dass bereits heute Nanotechnolo-gien zu tragfähigen unternehmerischen Konzeptenführen können. Weit mehr als 100 Unternehmen inHessen setzen Nanotechnologien für ihre Produkteoder die Produktion ein. Mehr als 20 Unternehmendavon beliefern die Automobilindustrie mit Produk-ten, die den Nanotechnologien zuzuordnen sind.

Gemäß der amtlichen Statistik ist der Wirtschaftsbe-reich „Herstellung von Kraftwagen und Kraftwagen-teilen“ mit rund 50.000 Beschäftigten und einemUmsatz von 12,3 Mrd. Euro im Jahr 2005 nach derChemischen Industrie und dem Maschinenbau diedrittgrößte Industriebranche in Hessen (Bauer 2006).In dieser Statistik ist aber ein beachtlicher Teil derAutomobilzulieferer – und zwar Unternehmen, dieden Großteil ihrer Produktion an die Automobil-industrie absetzen, selbst aber statistisch zu eineranderen Branche zählen – nicht enthalten und somitfür die Gesamtbetrachtung noch hinzuzurechnen.Beispiele für derartige Unternehmen sind Reifen-hersteller (Gummi- und Kunststoffindustrie) oderProduzenten von elektronischen Baukomponentensowie Mess- und Regeltechnik für das Automobil(Elektroindustrie). Bezieht man diese Zuliefererun-ternehmen mit ein, ist die gesamte Automobil-industrie mit etwa 64.000 Beschäftigten nach derChemie sogar die zweitwichtigste Industriebranchein Hessen.

Neben Opel sind auch andere wichtige Automobil-produzenten wie zum Beispiel DaimlerChrysler undVolkswagen mit Werken in Hessen vertreten. Dane-ben sind exemplarisch die AutomobilzuliefererSiemens VDO, Continental Teves, Fulda Reifen,Pirelli, Dunlop und Delphi zu nennen. Außerdemhaben internationale Konzerne wie zum BeispielHonda, Mazda, Hyundai und Isuzu Forschungs- undEntwicklungsstandorte in Hessen. Generell ist die

Automobilindustrie in Hessen auf die Herstellungvon Kraftwagenteilen und -zubehör ausgerichtet.Das Produktionsspektrum reicht von ganzen Syste-men wie Chassis, Getrieben, Gelenkwellen undReifen über kleinere Teile (zum Beispiel Brems-scheiben, Gleitlager und Schläuche) bis hin zu viel-fältigen elektronischen Bauteilen und Komponenten(zum Beispiel LCD-Anzeigen, Car-Multimedia, Ein-spritz- und Telematiksysteme).

Die vorliegende Unternehmerbroschüre zeigt zahl-reiche existierende und in der Forschung befindlichepotenzielle Anwendungen von Nanotechnologienfür die Automobil- und Zuliefer-Industrie auf. Aus-gehend von wichtigen Funktionalitäten der Nano-technologien werden verschiedene Anwendungs-beispiele für die Außenhaut des Automobils, dieKarosserie, das Interieur, das Fahrwerk sowie für denMotor und Antrieb beschrieben. Darauf aufbauendwird auf das wirtschaftliche Potenzial eingegangenund es werden relevante Forschungsprogramme,Netzwerke, Ansprechpartner und Verbände darge-stellt. Die Broschüre soll auch dazu dienen die Viel-fältigkeit der Anwendungen der Nanotechnologienim Automobilbereich darzustellen, um dem Leser dieMöglichkeit zu geben, für sein Betätigungsfeld mög-liche Anwendungen und Potenziale zu identifizieren.

[© pixelquelle.de]

Nanotechnologien – was ist das?

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Nanotechnologien sind Querschnittstechnologienund umfassen viele verschiedene Wissenschafts-bereiche und Anwendungsgebiete. Dazu gehörenklassische Fächer wie Chemie, Physik und Maschi-nenbau sowie neue Disziplinen wie die Nano-Bio-technologie und Teilgebiete der Mikrosystemtech-nik. Die Nanotechnologien haben dabei in den letz-ten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen.Bereits heute werden im Großmaßstab Nanopartikelmit neuen Eigenschaften produziert und in Produk-ten verwendet. Die aktuell am Markt verfügbarennanotechnologischen Produkte sind in den meistenFällen eher unspektakulär und an vielen Stellen fastunbemerkt ein Teil des Alltags geworden.

Gegenstand der Nanotechnologien ist die Herstel-lung und Untersuchung von funktionalen Strukturenkleiner als 100 Nanometer. Ein Nanometer ist dermillionste Teil eines Millimeters. Auf dieser Skalagewinnen materialabhängig Grenzflächeneffekteund große spezifische Oberflächen an Bedeutung,die man an größeren Strukturen nicht beobachtenkann. In dieser Größenordnung treten Quanten-effekte in Erscheinung, in denen ein noch weit-gehend unausgeschöpftes Potenzial an neuartigenFunktionalitäten liegt. Die kritische Größe unterhalbderer sich die Materialeigenschaften ändern, ist vomMaterial selbst abhängig. Durch die Änderung derGröße derartiger Bausteine, die Kontrolle der chemi-schen Zusammensetzung sowie die gezielte Beein-flussung der atomaren Struktur ist es möglich,makroskopische Materialien mit völlig neuen Eigen-schaften und Funktionalitäten herzustellen.

Da Nanotechnologien ausschließlich über die geo-metrische Längenskala und den damit verbundenenphysikalischen, chemischen oder biologischen Effek-ten definiert sind, sind fast alle technischen Bran-chen davon betroffen.

Die spezifische Oberfläche von einem Gramm nano-kristallinen Pulvers kann, in Abhängigkeit der Korn-größe des Materials, der Fläche eines Fußballfeldesentsprechen. Allein die Zahl der heute auf demMarkt befindlichen Produkte auf Basis synthetischerNanopartikel liegt schätzungsweise bei etwa 500.Dazu zählen Sonnenschutzcremes mit hohem UV-Schutz, nanoskalige Tonerpartikel für Kopierer undDrucker, kratzfeste Autolacke, wasser- und schmutz-abweisende Textilien, Golf- und Tennisschläger mitverschiedenen Arten von Kohlenstoffbeimischungenmit erhöhter Stabilität, nanopartikuläre Materialienin Babywindeln zur besseren Absorption der Feuch-tigkeit sowie Frischhaltefolien zur höheren Reißfes-tigkeit und Gaspermeabilität (BMU 2005).

Ein Beispiel für die Anwendung von Nanotechno-logien im Automobil sind Reifen. Heutige Reifenerhalten ihre hohe Laufleistung, Haltbarkeit und Stra-ßenhaftung durch feine Rußpartikel, die im Engli-schen „Carbon Black“ genannt werden. Eine neueFamilie dieses Stoffes, so genannte Nanostruktur-ruße, erlaubt es darüber hinaus, die Lebensdauer desReifens noch weiter zu erhöhen sowie weitere Eigen-schaften, wie zum Beispiel Griffigkeit, zu verbessern.Nanostrukturruße werden durch thermische Zerset-zung von Rußöl hergestellt. Hier haben Fortschritte

VW-Käfer Marienkäfer Nanoweb Eisenatome

NanometerMikrometerMillimeterMeter

Größenvergleich

7

der Analyse- und Messtechnik sowie ein tieferes Ver-ständnis der zugrunde liegenden Prozesse zur geziel-ten Modifizierbarkeit der Rußpartikel geführt. Dabeisind verschiedene Strukturen und Oberflächen ein-stellbar und damit die Eigenschaften steuerbar.

Ein weiteres Beispiel ist der Einzug von Nanotech-nologien in die Bereiche Fahrzeugnavigation undAudiosysteme. So werden schon heute gezielt fürden Einsatz in Fahrzeugen entwickelte Festplattenproduziert, auf denen sich Filme abspeichern lassen,die auf dem Navigationssystem angesehen werdenkönnen. Diese neue Festplattentechnologie wirdden speziellen hohen Anforderungen, die sie für dieVerwendung im Automobil erfüllen müssen, immermehr gerecht. Herausforderungen an die Festplattensind unter anderem enorme Temperaturschwan-kungen im Fahrzeuginneren und hochfrequenteVibrationen eines Automotors.

Aber auch der Treibstoffverbrauch und die Schad-stoffemission von Dieselfahrzeugen kann durchTreibstoffzusätze und Abgaskatalysatoren, die dieVerbrennungseffizienz durch nanoskalige Katalysa-toren erhöhen, verbessert werden. Aufgrund dergroßen spezifischen Oberfläche der nanokristallinenKatalysatoren sind diese besonders reaktiv.

Nanoskalige Füllstoffe wie

„Carbon Black“ oder Silica

sind Bestandteile moder-

ner Autoreifen.

[© Pirelli GmbH]

Optimierung der Ver-

brennungseffizienz und

Reduktion des Treibstoff-

verbrauchs von Diesel-

treibstoffen durch Treib-

stoffzusätze und Abgas-

katalysatoren.

[© Oxonica]

Festplatten als Massenspeicher werden

in naher Zukunft verstärkt im Automobil

eingesetzt werden.

[© Western Digital Corp.]

1 Funktionalitäten der Nanotechnologien

8

Nanotechnologien können aufgrund ihrer Effekteund Funktionalitäten in fast allen Branchen und Tech-nologien zum Einsatz kommen. Wegen des Quer-schnittscharakters sind Nanotechnologien beson-ders wichtig für viele Bereiche des Automobilbaus.

Die bisher erforschten Funktionalitäten nanotechno-logischer Materialien, Produkte und Verfahren bieteneinen anwendungsorientierten Zugang zu den Nano-technologien für Unternehmen (Heubach 2005).Diese Phänomene sind eng mit Produktnutzen und-funktion und damit kundenorientierter Nachfrageverbunden und stellen das Bindeglied zwischen denNanotechnologien und dem Automobilbau dar. Fürden Automobilbau relevante Funktionalitäten werdenim Folgenden vorgestellt (angelehnt an TAB 2003).

Mechanische Funktionalitäten

Die deutlich verbesserten mechanischen Funktiona-litäten nanostrukturierter Festkörper sind höhereHärte, Bruchfestigkeit und -zähigkeit bei niedrigenTemperaturen oder Superplastizität bei hohenTemperaturen. Grundlage der Effekte ist eine Verklei-nerung der Korngröße, so dass Größen erreicht wer-den, unterhalb derer im Korn selbst keine plastischenVerformungsmechanismen mehr ablaufen können.Für Anwender ergeben sich hieraus Nutzen wie zumBeispiel eine verlängerte Lebensdauer von Produk-tionswerkzeugen oder auch effektivere Schmier-systeme und optimierte Leichtbauwerkstoffe.

Geometrische Effekte

Wesentliche Reaktionen zwischen gasförmigen oderflüssigen Medien und festen Medien spielen sichhäufig in Nanometer-Dimensionen an der Kontakt-fläche ab. Die Wechselwirkung mit diesen Medienstellt daher an die Oberfläche von Partikeln, Poren,Fasern, Halbfertig- und Fertigprodukten besonderephysikalische und chemische Anforderungen. Beiden Schutzfunktionen ist dies unter anderem dieBeständigkeit gegen Oxidation, Korrosion, mecha-nischen Verschleiß und hohe Temperaturen (BMBF2002). Aufgrund der geringen Größe von Nano-strukturen gewinnt das extreme Oberflächen- zuVolumen-Verhältnis dieser Werkstoffe an Bedeu-tung. Die große spezifische Oberfläche und dieOberflächeneigenschaften von nanostrukturiertenMaterialien beeinflussen daher die chemische Reak-tivität. Bei Poren im Nanometerbereich in einem

Werkstoff treten zum Teil vollkommen neue Effekteauf, die zum Beispiel in neuartigen Nanofilterngenutzt werden können.

Elektronische /Magnetische Funktionalitäten

Im Nanometerbereich treten Quanteneffekte auf, diebei größeren Objekten nicht zu beobachten sind.Ladungsträger, die sich in Festkörpern nahezu unge-hindert im gesamten Volumen bewegen können,werden durch die engen Dimensionen von Nano-objekten in ihrer Bewegungsfreiheit stark einge-schränkt. In einem Material mit makroskopischenDimensionen, das aus nanokristallinen Kristallitenbesteht, die durch Korngrenzen voneinander ge-trennt sind, ist dieses Verhalten ebenfalls zu beob-achten. Durch die Streuung von Ladungsträgern anGrenzflächen ändern sich verschiedene elektro-nische Eigenschaften. Daher sind häufig ein Anstiegdes spezifischen elektrischen Widerstandes undeine Änderung der Temperaturabhängigkeit desWiderstandes im Vergleich zu einem Material mitKristalliten im Mikrometerbereich zu beobachten.Die Manipulation der Korngröße eines derartigenMaterials erlaubt also die elektronischen Eigen-schaften entsprechend einzustellen.

Zu den magnetischen Eigenschaften von Festkörperngehören Paramagnetismus und Ferromagnetismus.Durch die Verringerung der Größe ferromagne-tischer Domänen lassen sich makroskopische mag-netische Eigenschaften (zum Beispiel Sättigungs-magnetisierung, Remanenz) beeinflussen. In der Pra-xis genutzt wird der Riesen-Magnetowiderstands-effekt (GMR-Effekt), der in Magnetfeldsensoren zumEinsatz kommt, in magnetischen Speicherelementen(Magnetic RAM, MRAM) oder in Klebstoffen, die mitmagnetischen Nanopartikeln so modifiziert sind,dass die Hafteigenschaften schaltbar werden.

Optische Funktionalitäten

Da Nanopartikel deutlich kleiner sind als die Wellen-länge sichtbaren Lichts, tritt an ihnen keine Reflexionauf. Dispersionen von Nanopartikeln aus sonstundurchsichtigem Material können daher transpa-rent erscheinen. Nanopartikel können allerdingsStreueffekte verursachen, bei denen kürzereWellen-längen stärker als längere abgelenkt werden, was zuFarbeffekten führen kann (TAB 2003). Durch dasMaßschneidern der Größe von Nanopartikeln lässt

9

sich spezifisch ein scharf begrenzter Wellenlängen-bereich (eine Farbe) einstellen, in dem das MaterialLicht absorbiert oder emittiert. Genutzt wird dies intransparenten Dispersionen von Nanopartikeln oderin optisch funktionalen Oberflächen, wie zum Bei-spiel bei der Entspiegelung von Solarzellen oder imBereich der optischen Analyse und der Informations-übertragung. Ein weiteres zukünftig wichtiges Bei-spiel sind Quantenpunkte. Mit Hilfe von so genann-ten Quantenpunkten können Laser konstruiert wer-den, derenWellenlänge (Farbe) durch die Größe derQuantenpunkte in gewünschter Weise eingestelltwerden kann. Weitere Informationen zum Themaenthält die Broschüre „NanoOptik“, Band 5 derSchriftenreihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech.

Chemische Funktionalitäten

Die chemische Funktionalität von Nanoobjektenberuht wesentlich auf deren Oberflächenstruktur.Nanostrukturierte Materialien weisen einen beson-ders großen Anteil an Oberflächenatomen auf.Solche Atome sind aufgrund ihrer ungesättigtenBindungen besonders reaktiv. Gitterverspannungenbeziehungsweise verzerrte Bindungswinkel führenzu einer erheblich vergrößerten Oberflächenener-gie. Nutzbar ist dies für Oberflächen mit maßge-schneidertem Benetzungsverhalten, zur räumlichenAnordnung von funktionellen Gruppen, zur Erhö-hung der chemischen Selektivität und Reaktivität,aber auch der chemischen Stabilität in unterschied-lichen chemischen Verfahrensprozessen.

Die nachfolgende Tabelle gibt einen kurzen Über-blick über mögliche Anwendungsbereiche von nano-technologischen Funktionalitäten im Automobilbau.In Zukunft ist mit einer Vielzahl weiterer Anwendun-gen zu rechnen, die nahezu alle Branchen der Auto-mobil- und Zuliefer-Industrie betreffen werden.

Nanoklarlack

Korrosionsschutz

Umformung von hochfesten Stählen

Reaktivität,Selektivität,Oberflächen-eigenschaften

ChemischeFunktionalität

UltradünneSchichten

Farbe, Fluoreszenz,Transparenz

OptischeFunktionalität

Treibstoffzusätze

Katalysatoren

Piezoinjektoren

Solarzellen

Größenabhängigeelektrische undmagnetischeEigenschaften

Elektronische/MagnetischeFunktionalität

Nanostahl

Kleben aufKommando

Geckoeffekt

Großes Ober-flächen- zu Volu-menverhältnis, Porengröße

GeometrischeEffekte

Reibungsarme Aggre-gatkomponenten

Härte, Reibung,tribologischeEigenschaften,Bruchfestigkeit

MechanischeFunktionalität

Motorund Antrieb

Elektrik undElektronik

Fahrwerk und Reifen

InterieurKarosserieAußenhautExterieur

Brennstoffzelle

Supercaps

GMR-Sensoren

Polymer-verscheibung

ElektrochromeSchichten

Schaltbare Werk-stoffe (Rheologie)

Carbon Blackin Reifen

Pflege- und Versie-gelungssysteme

Nanostahl

Schutz vorVerschmutzung

Antireflex-beschichtungen

Nanofilter

Geckoeffekt

Effekt

Wohlgeruch imInnenraum

Anwendung Funktionalitäten

Anwendungen der Nanotechnologie im Automobil Existierende Anwendungen Mögliche zukünftige Anwendungen

[Icons: © RESOLUT DESIGN]

Laut einer Studie des Büros für Technikfolgen-abschätzung beim Deutschen Bundestag (TAB 2003)gehört nanotechnologische Kompetenz im Auto-mobilbau der Zukunft zu den Kernfähigkeiten, diezum Erhalt der internationalen Wettbewerbsfähig-keit unbedingt erforderlich sind. Das Automobil istArbeits- und Freizeitmittel – es sichert Individualitätund garantiert Mobilität. Weltweit fahren circa einedreiviertel Milliarde Fahrzeuge, mit steigender Ten-denz. Daher sind die Problemfelder Fahrzeugver-brauch, Schadstoffausstoß, Recycling und Verkehrs-aufkommen auch gleichzeitig Chancen für die Indus-trie, sowohl für die international starke deutsche

Automobilindustrie als auch für die stark mittelstän-disch geprägte Zulieferindustrie (BMBF 2004). DieNutzung von nanotechnologischem Know-how fürneue Funktionalitäten zielt auf die Optimierung vonUmweltaspekten – Sicherheit – Komfort ab.

Bereits heute gibt es eine ganze Reihe von nano-technologischen Anwendungen in Automobilen. Diein untenstehender Abbildung dargestellten Anwen-dungen stellen dabei nur einige Beispiele dar.

Wärme-reflektierende

Verglasung

Metallisierungvon Reflektoren

Kratzfest-beschichtung

CarbonBlack

ElektrochromeRückspiegel

HydrophobeOberflächen

Kratzfeste Lacke

Winkel-abhängigeFarbe

Antireflex-beschichtung

Li-Ionen-Batterienfür Hybridfahrzeuge

Katalysator

Umformungvon Stahl

Fest-platten

verstärkte Kunststoffe

2 Anwendungen der Nanotechnologienim Automobil

10

Komfort– „Passenger Wellness”– Produktattraktivität– Leichte Pflege, …

Sicherheit– Aktive Sicherheit– Passive Sicherheit– Easy to clean, …

MöglicherEinsatz von

Nanotechnologieim Auto

Umwelt– Ressourceneffizienz– Wasserstoff- und Brennstoffzellen– Katalysatoren

Beispiele für

Anwendungen

der Nanotechnolo-

gien im Automobil

[Icon Auto:

© RESOLUT DESIGN]

Zielrichtungen für den

Einsatz von Nanotechnologien

im Automobil

[In Anlehnung an Steingrobe 2006]

11

Im Bereich der Oberflächentechnik erlauben nano-strukturierte Oberflächen zum Beispiel eine bessereLackhaftung. Die Selbstreinigung wird auf Auto-scheiben und Außenhäuten, die Lösung heutigertechnologischer Herausforderungen vorausgesetzt,zum Standard werden. Kratzfeste, schmutzabwei-sende oder selbstheilende Autolacke sind bereitsexistierende oder in der Entwicklung befindlicheAnwendungen.

Zu den Anwendungen der Nanotechnologien aufder Außenhaut des Automobils gehören neben derLackierung selbst, innovative Verscheibungen oderultradünne Beschichtungen für Spiegel und Schein-werfer sowie Pflege- und Versiegelungssysteme.Insbesondere bei den Pflege- und Versiegelungs-systemen sind bereits zahlreiche Lösungen amMarktverfügbar. Die folgenden Anwendungen illustrierenden Stand der Entwicklung von nanotechnologi-schen Anwendungen für die Außenhaut des Auto-mobils anhand ausgewählter Beispiele.

Wertbeständigkeit und Kratzfestigkeitmit Nano-Klarlacken

Eine makellose Außen-haut soll auch nacheiner Vielzahl von Auto-wäschen und mehrjäh-rigem Einsatz gewähr-leistet sein. Gegenüberherkömmlichen Lack-systemen lässt sich mitNano-Klarlacken einehöhere Kratzbeständig-keit und Lackbrillanzerzielen.

Grundlage für diesen technologischen Effekt sindeingebettete Keramikpartikel in der abschließendenKlarlackschicht im Nanometermaßstab. Eine zurzeitstark zunehmende Bedeutung erlangen Nanoparti-kel wie AEROSIL® R 9200 von Degussa für Automo-bilklarlacke, die entscheidend zur Verbesserung derKratzfestigkeit beitragen. Traditionell findet sichAEROSIL® aber auch in anderen Schichten derAußenhaut eines Fahrzeugs, wo es beispielsweisezur Pigmentstabilisierung, Rheologiesteuerung unddem Korrosionsschutz dient. Dabei handelt es sichum besondere Formen von Silica die bei den inno-vativen Automobillacken eine wichtige Rolle spielen.Grundlage dafür sind nanostrukturierte Pulver, diein einer Gasphasensynthese in der Flamme her-gestellt und deshalb als pyrogen bezeichnet wer-den. Ausgehend von Siliziumtetrachlorid entstehendurch Flammenhydrolyse kleine, kugelförmigeSilica-Primärteilchen mit einemmittleren Durchmes-ser von sieben bis 40 Nanometern (Oberholz 2006).Im flüssigen Zustand des Lacks befinden sich diesePartikel zunächst ungeordnet in der Lösung. Wäh-rend des Trocknungs- und Aushärtungsprozessesvernetzen sie sich innig mit der Molekularstrukturdes Lackbindemittels. Dadurch entsteht an der Lack-oberfläche eine sehr dichte und regelmäßige Netz-struktur. Die Folge ist eine Verbesserung der Kratz-festigkeit um das Dreifache sowie eine erheblich ver-besserte Lackbrillanz. Dieses neuartige Lacksystemist von DaimlerChrysler entwickelt worden. DieseNano-Klarlacke werden bereits bei einigen Model-len der Marke Mercedes-Benz eingesetzt.

Oben: Konventionelle

Lacke setzen sich im

Prinzip aus Bindemittel

(orange) und Vernetzern

(rot) zusammen.

Unten: Nanolacke beste-

hen aus organischem Bin-

demittel mit hoher Elasti-

zität (gelb) und aus anor-

ganischen Nanopartikeln

mit hoher Härte (blau).

Die sehr dicht gepackten

Nanopartikel machen den

Lack kratzfest.

[© DaimlerChrysler AG]

Mit Nano-Klarlack lackier-

ter Mercedes-Benz-PKW

[© DaimlerChrysler AG]

2.1Nanotechnologien für die Außenhaut des Automobils

12

Ein Verfahren zur Härtung von Nanolacken, das dieerforderlichen hohen Aushärtetemperaturen auf-bringt, beruht auf der Verwendung von speziellenInfrarotstrahlern. Entwickler und Hersteller dieserStrahler ist das in Hanau ansässige UnternehmenHeraeus.

Hessen hat eine führende Stellung bei der Herstel-lung von Nanolacken und deren Komponenten. Bei-spiele ansässiger Unternehmen sind Merck KGaA,Solvadis AG, Lurgi Chemie und HüttentechnikGmbH, DuPont de Nemours GmbH, Degussa AG,Deutsche Amphibolin-Werke, Ciba Spezialitäten-chemie, Akzo Nobel Powder Coatings GmbH sowieder Clariant GmbH.

Kratzfeste Polymerscheiben für den Leichtbau

Heute werden für ein Automobil bis zu 6 m2 Glasverarbeitet – davon 1,2 m2 allein für die Frontscheibe.Die Scheibenflächen werden aus Designgründen inZukunft eher noch zunehmen. Hierin steckt ein gro-ßes Leichtbaupotenzial, das sich durch den Ersatzvon Mineralgläsern durch Polymergläser erschließenlässt. Diese sind nun gegenüber Verkratzungen,Abrieb und Witterungseinflüssen auszurüsten.

Polymergläser, insbesondere Polycarbonat mit her-vorragender Schlagfestigkeit und geringem Gewicht,werden bereits seit längerer Zeit für Scheinwer-ferabdeckscheiben beziehungsweise Scheinwerfer-streuscheiben in Serie eingesetzt. Um sie kratzfesterzu machen, werden diese derzeit mit Acrylat- oderPolysiloxanlacken beschichtet. Bei diesen Lackenwerden während des Aushärteprozesses extremharte Nanopartikel aus Aluminiumoxid in die Sub-stratmatrix eingelagert. Damit wird eine große Ver-schleißfestigkeit bei guter Schlagzähigkeit erreicht.Durch die geringe Größe der Füllteilchen und diefeine Verteilung ist auch diese Beschichtung hoch-transparent.

Ursprünglich für Blickfeldstudien entwickelt, zeigt das Glas-

kuppelauto mögliche Einsatzgebiete der Nanotechnologien.

[© DaimlerChrysler AG]

Bei optisch hochwertigen Verglasungen, wie zumBeispiel bei den Fensterscheiben, kommt es aufeinen extrem gleichmäßigen Auftrag der Kratzfest-beschichtung an. Daher werden derzeit Verfahrenentwickelt, die Hartstoffe direkt aus der Gasphaseauf die Polymergläser aufzubringen. Diese so ge-nannten PVD- (Physical Vapour Deposition) undCVD- (Chemical Vapour Deposition) Verfahren sowiedie Plasmapolymerisation bilden in einem Vakuum-Beschichtungsprozess eine wenige Nanometerdünne hochvernetzte Polymerschicht mit organi-schen und anorganischen Bestandteilen.

Kratzfeste hochtransparente Kunststoffe bieten neueMöglichkeiten, gerade in Verbindung mit modernenSpritzgußtechnologien. Die leichte Formbarkeit desKunststoffs eröffnet völlig neue Designmöglichkeiten– von transparenten Dächern und Außenhautteilenbis hin zu gesamten Fahrzeugmodulen aus Kunststoffmit integrierten Leuchten und Aerodynamik-Elemen-ten. Derzeit sind nahezu alle namhaften Automobil-produzenten in diesem Bereich engagiert.

Weitere Informationen zum Thema enthält dieBroschüre „NanoOptik“, Band 5 sowie die Broschüre„NanoProduktion“, Band 6 der Schriftenreihe derAktionslinie Hessen-Nanotech.

Moderne Nanobeschich-

tungen und spezielle

Nanolacke können erfolg-

reich mit Infrarotwärme

getrocknet oder ausge-

härtet werden. Das zeigen

Versuche im Anwendungs-

zentrum des Speziallicht-

quellenherstellers

Heraeus Noblelight in

Kleinostheim.

[© Heraeus Noblelight GmbH]

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Ultradünne Schichten für Spiegel und Scheinwerfer

Moderne Spiegel und Scheinwerfer mit hoher opti-scher Qualität und Effizienz basieren auf Glas- undKunststoffformteilen, die mit einer ultradünnen reflek-tierenden Schicht aus Aluminium ausgestattet sind. Inden letzten Jahren wurden dann bessere Auftragsver-fahren für hochreflektierende Schichten mit Dickenvon weniger als 100 Nanometer entwickelt.

Großtechnisch erfolgt das Beschichten mit Alumi-nium in Vakuumverdampfungsanlagen. Dabei wirdAluminium durchWolframglühdrähte erhitzt und ver-dampft. Neu entwickelte und speziell geformte Ver-dampfungsstrukturen der Firma Cotec aus Nidderauerhöhen die Aufdampfrate erheblich. Sie sorgensomit für eine bessere Ausnutzung des Aluminiumsund vermeiden Bedampfungsfehler. Die Tempera-turbelastung der zu beschichtenden Teile ist bei die-sem Verfahren niedrig, der apparative Aufwand unddie laufenden Kosten vergleichsweise gering.

Ein weiteres Anwendungsfeld für Verscheibungenund Spiegel im Automobilbau erschließt sich durchdie Möglichkeit, Oberflächen wasser-, fett- undschmutzabweisend auszurüsten. Diese so genann-ten hydrophoben und oleophoben Schichten wer-den mittels CVD- (Chemical Vapour Deposition) Ver-fahren abgeschieden.

Von Cotec wurde ein fluororganisches Material ent-wickelt, das nach der Abscheidung auf einem Werk-stück sowohl hydrophobe als auch oleophobe Eigen-schaften aufweist. Die Schicht führt mit einer Dickevon lediglich 5 bis 10 Nanometern zu einer superglat-ten Oberfläche, die sehr leicht von Verunreinigungenwie Wassertropfen, Öl, Staub, Schmutz, Schweiß undFingerabdrücken zu reinigen ist. Aufgrund der gutenGleitreibungseigenschaften ergibt sich bei der Reini-gung eine nur geringe Abrasion, die zu einer langenLebensdauer der Schicht führt. Diese Schicht bestehtaus Molekülketten, die an einem Ende eine Anker-gruppe besitzen, mit der die Schicht an der Oberflä-che des Substrates eine chemische Bindung eingehtund sich damit „festkrallt“. Am anderen Ende liegt dieFunktionsgruppe, die für die wasser-, fett- und staub-abweisende Wirkung verantwortlich ist. Ein beson-ders gutes Anwendungspotenzial wird für diese neueBeschichtungstechnologie für Polycarbonatscheibenerwartet.

Die Schwerpunkte der Firma Cotec GmbH liegen inder Anwendung und der Weiterentwicklung vonNanotechnologien für die verschiedensten Anwen-dungsfelder, wie der Feinoptik und dem Automobil-bau. Die von Cotec entwickelten Schichtsysteme wer-den von der Automobil- und Zuliefer-Industrie unteranderem für die Beschichtung von Spiegeln, Spritz-gussteilen und Scheinwerfern eingesetzt. Neben derCotec GmbH befasst sich die Genthe-X-CoatingsGmbH in Goslar mittels einer anderen Technologiemit dieser Aufgabenstellung.

Weitere Informationen zum Thema enthält dieBroschüre „NanoOptik“, Band 5 der Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech.

Elektrochrome Schichten fürblendfreie Rückspiegel

Die Sicherheitsanforderungen für Automobile neh-men beständig zu. Im gleichen Maße steigt auch dieAnzahl elektronischer Assistenzsysteme und Bedien-funktionen, die den Fahrer entlasten. Da liegt esnahe, die menschlichen Sinne zu unterstützen, umgrößtmögliche Aufmerksamkeit für sicheres Fahrenzu erzielen. Für eine optimale Sicht bei Dämmerungund Dunkelheit werden bereits heute in höherenAusstattungsvarianten Rückspiegel automatisch ab-geblendet. Metallisierung von

Scheinwerfergehäusen

[© Cotec]

Einstellung der Ober-

flächeneigenschaften

auf Glasscheiben

(oben unbehandelt;

unten hydrophob)

[© Cotec]

Schematische Darstellung

der Wirkung einer per-

fluorierten Beschichtung

zur Einstellung der hydro-

phoben und oleophoben

Eigenschaften

[© Cotec]

Endgruppe – Kontaktwinkel

Molekülkette – Gleitwinkel

Ankergruppe – chemische Bindung

Substrat

DU

RA

LON

Ultr

aTec

H2OÖl

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Hierbei kommen so genannte elektrochrome Gläserzum Einsatz. Das Spiegelglas wird hierfür mit einemfunktionalen Schichtverbund versehen. Eine ange-legte Spannung verschiebt Ladungen in der Zwi-schenschicht und bewirkt eine Veränderung deroptischen Eigenschaften. Die Ionen bilden an derElektrode Farbzentren, die einfallendes Licht absor-bieren und nur einen kleinen Teil reflektieren. DerEffekt kann durch Umpolung der Spannung rück-gängig gemacht werden und das Glas erhält dieursprünglichen Eigenschaften zurück. Der Vorgangist mit dem Laden und Entladen eines Akkumulatorsvergleichbar und es existieren auch Analogien zurÜberladung und zum Memory-Effekt, so dass eineentsprechende Steuereinheit die Regelung der Ein-färbung übernehmen muss.

Am Rückspiegel erkennt ein vorwärts gerichteterSensor schwaches Umgebungslicht und signalisiertdem System auf blendendes Licht zu achten. Füreine optimale Verdunkelung nimmt ein Hecksensorblendendes Licht der nachfolgenden Fahrzeugewahr und regelt die Intensität der Tönung. Ist dasBlendlicht verschwunden, wird der Grundzustanddes Spiegelglases wiederhergestellt.

Die Gentex Corp. mit Sitz in den USA hat sich mit dererfolgreichen Entwicklung elektrochromer Schichtenein eigenes Marktsegment geschaffen und ist Markt-führer für automatisch abblendende Spiegelsysteme.

Pflege- und Versiegelungssysteme fürsaubere Oberflächen

Pflege- und Versiegelungssysteme werden für eineReihe von Außen- und Innenanwendungen im Auto-mobil entwickelt und angeboten.

Links: Antifingerprint auf Edelstahl Rechts: Antikalk

[© NANO-X GmbH]

Speziell bei Anti-Beschlag- und Anti-Verschmut-zungs-Produkten wird die Oberfläche mittels Nano-partikeln wasser- und fettabweisend eingestellt.Anwendungen sind hier Scheiben und Spiegel, aberauch Kunststoffe und textile Oberflächen. Hierbeiwird das Prinzip der Selbstorganisation genutzt,wobei sich nanoskalige Komponenten während desAuftragens eigenständig anordnen. Es entsteht eineunsichtbare ultradünne Schutzschicht im Nano-meterbereich, die verhindert, dass sich Öle, Fette,Wasser und Schmutz mit der Oberfläche verbinden.Derartige Oberflächenversiegelungen bestehen ausNanopartikeln, die sich mit dem Untergrund festverbinden und anderen Komponenten, die derBeschichtung die notwendige Härte verleihen. Diefür die wasser- und fettabweisenden Eigenschaftenverantwortlichen Komponenten richten sich zurOberfläche hin aus.

Die meisten bislang bekannten Oberflächenmodifi-zierungen oder Beschichtungen gegen Verschmut-zung sind hydrophob, also wasserabweisend. DieBenetzbarkeit mit Wasser ist auf diesen Oberflächenso gering, dass bei einer entsprechenden Neigungder Fläche das Wasser einfach abperlt und dabeiden Schmutz mitreißen kann. Viele dieser Oberflä-chen sind glatt, einige funktionieren dagegen nachdem Prinzip des Lotus-Effekts. Es hat sich allerdingsin der Praxis gezeigt, dass gerade die abperlendenRegentropfen beim Trocknen Schmutzreste aufScheiben hinterlassen – deutlich sichtbar als Schlie-ren. Außerdem neigen die hydrophoben Wirkstoffebei Verwendung in Reinigungsmitteln dazu, Streifenzu erzeugen. Wenn man allerdings eine Oberflächeso modifiziert, dass Wasser sie gleichmäßig benet-zen und schneller abfließen kann, können sich keine„Regennasen“ bilden und die Oberfläche bleibt

Wirkung der

elektrochromen

Beschichtung am

Beispiel des

Rückspiegels

[© Gentex GmbH]

Normaler

Rückspiegel

[© Gentex GmbH]

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länger sauber. Dazu können hydrophile also „was-serliebende“ Nanoteilchen genutzt werden. DieNanoteilchen werden dafür so ausgewählt, dass siebesonders gut auf Glas haften. Die Teilchen werdenbeim Reinigen auf die Oberfläche aufgebracht, wosie sich selbstständig zu einer gleichmäßigen, nichtsichtbaren Schicht anordnen. Ihre negative Ladunghält die jeweiligen Nachbarteilchen auf Distanz undmacht die Oberfläche „wasserliebend“. Bereits heuteist diese Technologie Bestandteil von allen Fenster-reinigern der Firma Henkel (Henkel 2005).

Zur Lackpflege setzt Aral das Produkt NanoShine inWaschstraßen ein. Die Nanoteilchen in der Wasch-chemie bilden eine glatte Schicht, praktisch einezweite Haut auf dem Autolack und anderen Flächen.Die Nanopartikel füllen Unebenheiten und Hohl-räume gleichmäßig aus und erzeugen so eine extremglatte Oberfläche. Dadurch werden Lichtstrahlengleichmäßig reflektiert und die Brillanz der Farbenerhöht.

Renommierter Hersteller von Pflege- und Versiege-lungssystemen in Hessen auf Nanobasis ist unteranderem die De Cie GmbH.

Derzeit wird die Bezeichnung „Nano“ gerade beiPflege- und Versiegelungssystemen inflationär ge-handhabt. Mitunter werden Produkte mit „Nano“beworben, derenWirkprinzipien gar nicht auf nano-skalige Wirkmechanismen zurückzuführen sind.

2.2 Anwendungen der Nanotechnologien für die Autokarosserie

Die Sicherheit der Verkehrsteilnehmer ist ein wichti-ges Entwicklungsziel für nanostrukturierte Materia-lien und Werkstoffe. So könnten hochfeste aber fle-xible nanostrukturierte Karrosserieteile als hocheffi-ziente Chrashabsorber eingesetzt werden. Dadurchkann Material und Gewicht und letztendlich Kraftstoffeingespart werden. Für die Zulieferindustrie sind dieproduktionstechnischen Aspekte kurzfristig am inte-ressantesten.

Nanostahl – stabil und kostengünstig

Stahl ist traditionell einer der wichtigstenWerkstoffefür den Autokarosseriebau. Es kommen in Kraftfahr-zeugen durch Erfordernisse des Leichtbaus zuneh-mend auch Leichtmetalle und Kunststoffe zum Ein-satz, so dass der Stahlanteil in Kraftfahrzeugen ins-gesamt abnimmt. Mitte der 70er-Jahre hatte einMittelklasse-Automobil einen Stahlanteil von bis zu75% amGesamtgewicht des Automobils. Inzwischenhat sich dieser im Schnitt auf unter 50% reduziertund soll weiter sinken (Rudolph 2006).

Die verwendeten Stahlsorten verschieben sich dabeikontinuierlich in Richtung hochfester Stahlgüten, umkünftigen Anforderungen an Leichtbau und Crash-sicherheit genügen zu können.

Ein möglicher Weg solche hochfesten Stahlgüten zuerzeugen, kann mit Hilfe der Nanotechnologien reali-siert werden. Eingelagerte Nanoteilchen aus metal-lischen Carbonnitriden können die Dauerbelastbar-keit von Stahl um ein Vielfaches verstärken. DieseEigenschaft ist besonders bei langlebigen Bautenwie Hochhäusern oder Hängebrücken gewünscht,wo das verwendete Material Temperaturschwankun-gen ausgesetzt ist und auch über einen langenZeitraum nicht ermüden darf. Aber auch in der Auto-mobilindustrie könnten „ermüdungsfreie“ Nano-stähle angesichts des steigenden Güterverkehrsauf-kommens zum Beispiel im Nutzfahrzeugbereich sehrinteressant sein.

Verschmutzungsschutz

auf Autofelgen mit dem

Nano-Felgen-Protector

(oberhalb der roten

Markierung geschützt,

unterhalb ungeschützt)

[© De Cie GmbH]

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Verantwortlich für heute gängige hochfeste Stahl-legierungen sind feine Partikel, die über den Prozessder Dispersionshärtung gleichmäßig über diegesamte Matrix verteilt werden. Dieser Prozess ist fürdie Produktion großer Stahlmengen jedoch nichtwirtschaftlich. Dieser Nachteil könnte mit Nano-teilchen aus metallischen Carbonnitriden der Ver-gangenheit angehören. Ein von japanischen For-schern hergestellter Stahl mit einem Chromgehaltvon 9% wurde zusätzlich mit Anteilen von Kohlen-stoff, Stickstoff und weiteren härtenden Elementenvariiert (Taneike 2003). In Dauerbelastungsversu-chen von bis zu 10.000 Stunden wurde festgestellt,dass ein 0,002 prozentiger Anteil an fein verteiltemKohlenstoff die Stabilität des Stahls erheblich stei-gern kann. Für die herausragenden Eigenschaftenwird die geringe Größe der nur fünf bis zehn Nano-meter messenden Carbonnitridteilchen verantwort-lich gemacht. Der große Vorteil liegt aber darin, dassdas neue, um ein Vielfaches stabilere Material imVergleich zu bisher verfügbaren hochfesten Stählenin konventionellen Herstellungsprozessen deutlichkostengünstiger produziert werden kann.

Korrosionsschutz ohne Chrom-VI

Ein wichtiges Thema im Automobilbau ist der Korro-sionsschutz. Bei den hierzu häufig eingesetzten gal-vanischen Verfahren muss nach der EU-Altauto-

verordnung ab 2007 auf die Verwendungvon Chrom-VI-haltigen Elektrolyten ver-zichtet werden. Grund hierfür sind dieGesundheits- und Umweltgefahren, dievon Chrom-VI ausgehen. Allerdings ge-staltete sich in der Galvanotechnik dieUmstellung auf Chrom-III-haltige oderchromfreie Passivierungen problematisch.Während die auf Chrom-VI basierendenso genannten Chromatschichten einenSelbstheilungseffekt aufweisen und sobehandelte Teile, die während des Trans-

ports oder der Weiterbearbeitung Verletzungen derOberfläche erfahren, trotzdem ausreichend vor Korro-sion geschützt sind, haben mit Chrom-III passivierteOberflächen einen weniger guten Schutz.

Im Gegensatz zum Chrom-VI entwickelt Chrom-III(chemisch: Cr3+) keine „Fernschutzwirkung“. Mit Hilfedes Einsatzes der Nanotechnologie ist es gelungen,diesen Nachteil zu beheben. Erreicht wird dies durchSiliziumdioxid (SiO2)-Nanopartikel im Elektrolyten.Die durch den Galvanisierungsprozess erreichtePassivierung besteht aus einer Cr3+-reichen Schichtund einer Schicht aus SiO2-Nanopartikeln in einerCr3+-Matrix.

Wenn die Zinkschicht durch eine Beschädigungfreigelegt wird, bildet sich dort eine positive Ober-flächenladung aus. Die SiO2-Partikel tragen einenegative Oberflächenladung und wandern zu derSchadstelle. Dabei wird die Schadstelle abgedeckt.Es kommt zu einer „Selbstheilung“. Die Nanopassi-vierung ist geeignet für Zink und Zink-Eisen-Schich-ten. Die Schichtdicke beträgt circa 400 nm.

Korrosionsschutz und Selbstheilung der Oberfläche. Wird die

Zinkschicht durch eine Beschädigung freigelegt, wandern die

SiO2-Partikel zur Schadstelle und decken diese ab.

[© Langner 2006]

Bei der Holzapfel-Metallveredelung im hessischenSinn und der Herborner Metallveredelung wurdedas spezielle Verfahren für transparente Zink-Eisen-Schichten erfolgreich zu einem für die Beschichtungvon hochwertigen Massengütern tauglichen Gal-vanikprozess integriert. Das Verfahren ist für eine Be-schichtung von Stahl und Sintermetallen geeignet.Im Sprühnebeltest halten die beschichteten Teile360 Stunden bis zumWeißrost und 720 Stunden biszum Rotrost stand (360 h WR / 720 h RR). Dabei trittselbst bei einer Temperatur von 120°C über 24 Stun-den kein Verlust an Korrosionsbeständigkeit auf. DasChrom-VI-freie Verfahren wird bereits heute für Teileim Bereich Fahrwerk, Bremsen und Türen erfolgreicheingesetzt.

Einsatzgebiete des

nanotechnologischen

Korrosionsschutzes

[© Holzapfel-Metallvered-

elung GmbH]

Bei einer Beschädigung

der Chromatschicht kann

darin enthaltenes Chrom-

VI durch chemische Reak-

tion erneut eine gewisse

Schutzschicht ausbilden.

Dreiwertige Passivierun-

gen zeigen normalerweise

keine Selbstheilung.

[Angelehnt an Langner 2006]

Passivierungsschicht

Zinkschicht

Stahl

Chromatschicht

Zinkschicht

Stahl

Chromatierung enthält Cr 6+Passivierung enthält Cr 3+

jedoch kein Cr 6+

Stahl

Zink

Cr3+-reiche Schicht

Cr3+-reiche Schicht

nanoskaliges SiO2

Stahl

Zink

Schadstelle

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Nanotechnologien für die Umformung vonhochfesten Stählen

Im Bereich der Karosserieteilefertigung musstenAutomobilhersteller in den letzten Jahren enormeAnstrengungen unternehmen, um den gestiegenenAnforderungen an Crashsicherheit und Insassen-schutz gerecht zu werden. Gesucht sind innovativeUmform- und Fügetechnologien für höchstfesteStahlbleche. Die Umformung hochfester Stahlwerk-stoffe im kalten Zustand führt zu Problemen in derMaßhaltigkeit und unerwünschten Rückfederungs-effekten. Eine alternative Möglichkeit, speziellehochfeste Stahlsorten unter Vermeidung dieserNachteile umzuformen, ist das so genannte Warm-umformen, bei der die Stahlplatinen auf fast 1000°Cerwärmt und im Umformwerkzeug umgeformt unddefiniert abgekühlt werden. Mit diesem Verfahrenlassen sich höchstfeste und passgenaue Teile, bei-spielsweise für eine Sicherheitsfahrgastzelle, her-stellen.

Für den Formhärteprozess wird das Blech auf eineTemperatur von rund 950°C erwärmt und glühendvom Ofen in die Pressform überführt, wo es auf dieEndgeometrie umgeformt wird. Die Härtung ge-schieht durch eine schnelle definierte Abkühlungauf Temperaturen unterhalb von 200°C in der Form.Für die Beherrschung solcher Umformprozesse istjedoch die Beschichtung der Platinen wesentlich, diemehrere Funktionen erfüllen muss. Die Beschich-tung muss, die durch den Wärmebehandlungs-prozess verursachte Verunreinigung der Bauteil-oberflächen durch Oxidation der Werkstückoberflä-chen – Verzunderung genannt – verhindern. Weitermuss die Reibung zwischen Werkstück und Werk-zeug verringert sowie ein nachhaltiger Korrosions-schutz gewährleistet werden.

Ausgehend von einem an der Universität Kasselkonzipierten neuartigen Lösungsansatz wurde einmultifunktionales Beschichtungssystem entwickelt,das in der Lage ist, die Problematik der Verzunde-rung bei hohen Temperaturen nachhaltig zu lösen.Der multifunktionelle Schutzlack wurde durch Kom-bination eines nanotechnologischen Materialan-satzes mit den Prinzipien konventioneller Lack-technologie realisiert. Dabei werden glas- und kunst-stoffartige Materialien im Nanometerbereich mitei-nander verbunden und gemeinsam mit Aluminium-partikeln zu einer Schutzschicht zusammengefügt.

In einem Projektkonsortium der Partner PresswerkKassel der Volkswagen AG, ThyssenKrupp Steel AG,NANO-X GmbH, Dortmunder OberflächenCentrumGmbH und dem Fachbereich für Umformtechnik derUniversität Kassel konnte diese Entwicklung unterEinbeziehung aller, innerhalb der Prozesskette vonder Vormaterialherstellung beim Stahlhersteller biszur Anwendung in den Produktionslinien der Auto-mobilherstellung, auftretenden Applikationsfrage-stellungen in nur sechs Monaten zur Serienreifegebracht werden.

Kaltumformschmierstoff (Wachs)

Warmumformschmierstoff (Graphit)

Anorganisch-organische Matrix

Zunderblocker (Al-Partikel)

R

HO

HOOO

R

OH

OHSi Si

O

Substrat (Stahl)

6–8 µm Schematischer Aufbau

der Nanokompositbe-

schichtung für die Warm-

umformung

[© Universität Kassel]

Auf 950°C vorerwärmte

Blechbauteile

[© Volkswagen AG,

Presswerk Kassel]

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Weitere Informationen zum Thema enthält dieBroschüre „NanoProduktion“, Band 6 der Schriften-reihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech.

Verkleben und Lösen von Bauteilen auf Kommando

Das Kleben gewinnt in industriellen Fertigungs-prozessen zunehmend an Bedeutung, da unter-schiedliche Materialien miteinander verbundenwerden können und eine Nachbearbeitung derVerbindungsstelle entfällt. Außerdem verspricht derEinsatz von Klebeverbindungen auch Kostenvorteile.Besonders schnell wächst der Anteil an Klebungenim Automobilbereich. Klebeprozesse lassen sich aufvergleichsweise einfache Weise in automatischeFertigungsabläufe integrieren. Anders als gängigeKlebstoffe härten viele Industrieklebstoffe normaler-weise nicht bei Raumtemperatur aus. ZusätzlicheEnergie, meistens in Form von Wärme, muss vonaußen zugeführt werden, um den Klebevorgang inGang zu setzen. In der Praxis werden die zu verkle-benden Teile bislang in einem Ofen oder mit Heiß-luftstrom bei circa 180°C behandelt. Da die Klebe-flächen häufig verdeckt liegen, werden hierbei auchdie Fügeteile mit erwärmt. Entsprechend hoch sindder Energiebedarf und die thermische Belastungder Komponenten.

Ein Lösungsansatz besteht darin, nur die Klebstoff-schicht gezielt mit Hilfe von Mikrowellen zu erwär-men (SusTech 2003). Der Kleber wird hierzu mitspeziellen Partikeln versehen, die als Antennen fun-gieren. Sie nehmen die elektromagnetische Energieauf, wandeln diese in Wärme um und geben sie anden umgebenden Klebstoff ab. Dies wird auch „Kle-ben auf Kommando“ genannt. Hier ist es notwendig,Partikel bereitzustellen, die einerseits stofflich kom-patibel zum Klebstoff sind und andererseits die phy-sikalischen Anforderungen erfüllen, um effektiv dieEnergiestrahlung zu absorbieren. Die Lösung sindFerrite, also dotierte Eisenoxide, die einen Partikel-durchmesser von rund zehn Nanometern haben.Aufgrund der großen spezifischen Oberfläche eig-nen sich diese Nanoferrite besonders gut für denKlebevorgang. Über die chemische Zusammenset-zung und über die Teilchengröße kann deren opti-male Absorptionsfrequenz an die Strahlungsquelleangepasst werden. Diese Nanoteilchen erwärmendie Klebstoffschicht gleichmäßig und gezielt. Einweiterer Vorteil ist der „eingebaute Überhitzungs-schutz“. Je höher die Temperatur wird, desto gerin-ger ist die Fähigkeit der Ferrite weitere Strahlung zuabsorbieren und Wärme zu erzeugen. Dieses ver-hindert, dass es in der Klebeschicht zu lokalen Über-hitzungen kommt.

Einbaufertiger form-

gehärteter Tunnel des

neuen VW Passat

[© Volkswagen AG,

Presswerk Kassel]

Ferrit-Dispersionen

unterschiedlicher

Konzentrationen

[© SusTech GmbH & Co. KG]

Anwendungszentrum Metallformgebung (AWZ)

Künftig dürften die Nanotechnologien mit dem imJahre 2007, unter anderem mit Hilfe von Förder-mitteln der EU und des Landes Hessen, neu ent-stehenden Anwendungszentrum Metallformge-bung (AWZ) in Baunatal noch größere Bedeutunggewinnen. Das AWZ ist der erste Abschnitt einesF&E-Zentrums für die nordhessische Mobilitäts-wirtschaft. Hier sollen Metall verarbeitende Unter-nehmen ihre Produkte und Prozesse in der Ferti-gung durch innovative Verfahren zum Beispiel ausden Nanotechnologien verbessern, um kosten-günstiger, schneller und qualitativ hochwertigerproduzieren zu können. Ein Neubau für die Berei-che Technikum, Prüflabor undWerkstatt ist geplant.Neben regionalen Unternehmen stellt die Univer-sität Kassel als Hauptgesellschafter einen Teil derMaschinenausstattung und des Personals. Diewissenschaftliche Leitung wird Prof. Dr. Kurt Stein-hoff, Lehrstuhl für Umformtechnik am FachbereichMaschinenbau, übernehmen. Das AWZ wird denrund 600 Metall verarbeitenden Unternehmen dergesamten Region zugute kommen, aber auchDienstleistungen für überregionale Unternehmenanbieten können.

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Dieser neu entwickelte Prozess kommt mit deutlichweniger Energie aus. Gleichzeitig wird der Klebe-vorgang beschleunigt und somit die Taktzeiten redu-ziert. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund der mate-rialschonenden Klebstoffaushärtung zukünftig auchbereits vorlackierte Teile und wärmeempfindlicheKunststoffe verklebt werden können. Dies könnteganz neue Konstruktionen im Sinne einer Leicht-bauweise ermöglichen.

Die Firma SusTech aus Darmstadt hat hierzu erste Sys-temlösungen entwickelt, die nicht nur das „Kleben aufKommando“, sondern auch für den umgekehrten Pro-zess, das „Lösen auf Kommando“, genutzt werdenkönnen. In der Regel sind dazu höhere Temperaturenerforderlich.Wenn die Fahrzeuge ausgedient haben,können die geklebten Teile „auf Kommando“ nachdem gleichen Prinzip wieder voneinander gelöst wer-den. Fügeteile können so zerstörungsfrei getrenntwerden. Dies ermöglicht den Austausch einzelnerBauteile bei Reparaturen, ein sortenreines Recyclingoder sogar eine Wiederverwertung.

Prinzip der Mikrowellenverklebung [© SusTech GmbH & Co. KG]

Das Unternehmen SusTech wurde von sechsWissen-schaftlern der Technischen Universität Darmstadtzusammen mit der Henkel KGaA gegründet. DerFokus des Unternehmens liegt auf dem Gebiet derneuen Materialien. SusTech Darmstadt hat als ge-lungenes Public-Private-Partnership-Projekt bereitszahlreiche nanotechnologiebasierte Verfahren undProdukte in verschiedenen Anwendungsbereichenentwickelt.

Weitere Informationen zum Thema enthält dieBroschüre „NanoProduktion“, Band 6 der Schriften-reihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech.

Geckoeffekt für die Automobilproduktion

Geckos sind wahre Kletterkünstler. Sie können jedeWand hinaufklettern, kopfüber die Decke entlang-laufen oder an einem einzigen Fuß an der Deckehinunterhängen. Spezielle Untersuchungen zur

Abhängigkeit der Haftung von der Geometrie derFüße und zur Unabhängigkeit von der Oberflächen-chemie konnten bestätigen, dass die mikroskopi-sche Größe und die Gestalt der Fußhaare desGeckos deren Haftverhalten bestimmen. Die Här-chen sind ungefähr 100 Mikrometer lang und ver-zweigen sich in kleinere Härchen von ungefähr 10bis 20 Mikrometer Länge. Diese enden in sehr dün-nen so genannten Terminalplatten von ungefährzehn Nanometer Dicke. Durch diesen Aufbau wirddie Kontaktfläche an der Haftstelle enorm vergrö-ßert. Es wird vermutet, dass die Kletterkünste derGeckos auf den schwachen molekularen Van-der-Waals-Kräften beruhen. Durch die Anzahl der einzel-nen winzigen Härchen und deren nanoskopischerGrößenordnung, werden diesen starke adhesiveKräfte vermittelt. Allein der Kontakt von 10% derHärchen reicht aus, um den Gecko zu tragen.

Aus Polydimethylsiloxan und Polyester wurden erstesynthetische Geckohaarspitzen produziert. Die Spit-zen aus beiden Materialien haften wie die natürlichenVorbilder. Für diese biologisch inspirierten adhä-siven Mikrostrukturen lassen sich weitreichendeAnwendungen in Produktion und Produkt denken,wenn auch Fragen bezüglich großserientauglicherFertigungsverfahren und Zeithorizont für derartigeStrukturen weiterer Klärung bedürfen. Denkbar sindzum Beispiel universelle Greifer für Produktionsanla-gen, die einenWechsel der Greifzeuge ersparen undauch weitgehend oberflächentolerant eingesetztwerden können. Möglich wäre auch der Einsatz imFügebereich, wo Klebestellen nun wieder lösbar seinwürden und kein Klebstoff mehr erforderlich wäre.

WärmeMikrowellen

AusgehärteterKlebstoff

Klebstoff/Ferrit-Komposit

P

Links: Gecko auf einer

Glasscheibe

Rechts: Vergrößerung des

Fußes

[© Dr. Stanislav Gorb, Evo-

lutionary Biomaterials Group,

MPI für Metallforschung]

20

Im Bereich des Interieurs spielen schmutzabwei-sende Sitze, Innenraumluftfilter zur Filtration vonPartikeln und gasförmigen Schadstoffen, aber auchAntireflexschichten von Instrumentenabdeckungeneine wichtige Rolle. Hier ist nicht nur das Wohlbefin-den, sondern auch der Gesundheitsaspekt der Fahr-zeuginsassen von entscheidender Bedeutung.

Nanofilter für saubere Innenraumluft

Die Automobilindustrie hat das Bestreben, ihren Kun-den neben höherer Sicherheit und sinkendem Kraft-stoffverbrauch vor allem auch steigenden Komfort zubieten. Hier ist das Raumklima unter anderem einbedeutender Faktor. Dieses wird im Wesentlichendurch die Luftqualität beeinflusst. Zur Verbesserungder Innenraumluftqualität bei Automobilen wirdheute der Filtration von Partikeln und gasförmigenSchadstoffen eine große Bedeutung zugemessen.Kabinenluftfilter gehören nach den ersten Anwen-dungen vor über 10 Jahren mittlerweile zur Stan-dardausrüstung bei neuen Fahrzeugtypen.

Hochwertige Kfz-Innenraumfilter müssen sowohl Par-tikel (zum Beispiel Pollen, Sporen, Industriestaub) alsauch Gerüche in hohem Grad aus der Zuluft entfer-nen. Der Filter muss in einem Temperaturbereich zwi-schen –40°C und +100°C bei schwankender Luft-feuchte funktionsfähig und gegenüber Vibrationen,Wasser und mikrobiologischem Bewuchs beständigsein.

Neuartige Luftfilter, die mit Nanofasern beschichtetsind, zeigen noch bessere Filtereigenschaften imVergleich zu konventionellen Lösungen. Da sich dieFasergröße im Nanometerbereich bewegt, geltendie klassischen Gesetze der Strömungsmechaniknicht mehr. Daraus resultiert ein geringerer Luft-widerstand, wodurch Energie eingespart und derLuftstrom fast ohne Druckverlust transportiert wer-den kann. Das Erzeugen und Aufbringen der Nano-fasern geschieht durch Elektrospinning, ein Verfah-ren, auf das beispielsweise die Professoren Dr.Andreas Greiner und Dr. JoachimWendorff von derPhilipps-Universität Marburg spezialisiert sind. Luft-filtersysteme werden beispielsweise von helsa-auto-motive GmbH & Co. KG produziert.

Nanofiltration wird auch in neu entwickelten Rußfil-tern verwendet. Sie sollen die Schadstoffemissionenvon Pkws und Lkws noch deutlicher senken als bis-her eingesetzte Filtersysteme. Rußpartikel werdendabei aus dem Abgasstrom ausgeschleust und aufeinemmetallischen Vlies gesammelt und so aus demAbgas entfernt. In den winzigen Poren des Vlieseslagern sich die Partikel an und werden ab etwa200°C kontinuierlich verbrannt.

Beim Unternehmen Hollingsworth&Vose aus Hatz-feld / Eder wird seit einigen Jahren die Herstellungvon Filtermedien mit der Produktion von Feinst-fasern auf Nanotechnologie-Basis kombiniert. ImRahmen des Projekts NANOWEB® wurden in Zusam-menarbeit mit der Philipps-Universität Marburg spe-zielle Hochleistungsfilter über eine Veredelungdurch Nanofasern entwickelt. Bei Hollingsworth &Vose kommt das Elektrospinning-Verfahren zum Ein-satz. Das Projekt NANOWEB® wurde im November2004 mit dem Hessischen Innovationspreis ausge-zeichnet. Ein weiterer in Hessen ansässiger Spezial-hersteller für Kraftstofffilter ist die Faudi Aviation-FuelFiltration GmbH.

Andere Entwicklungen betreffen die Zuführung dergefilterten und klimatisierten Luft in das Fahrzeug-innere. Um die benannte Zugluft durch die Klimaan-lage zu vermeiden, könnte künftig der Luftaustrittgroßflächig aus Spezialschaumstoff am Fahrzeug-himmel erfolgen. Mit Hilfe der Nanotechnologienlässt sich der Spezialschaumstoff so ausrüsten, dassdie im Luftstrom befindlichen Schmutzteilchen nichtim Schaumstoff anhaften und somit zu seiner Ver-schmutzung führen. Auch die Wärmeisolation von

Ausschnittsvergrößerung eines Nanoweb®-Filters

[© Hollingworth&Vose]

2.3Nanotechnologien für das Interieur des Automobils

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Dämm-Schäumen wird durch Nanotechnologiendeutlich verbessert. Durch Verringerung der Größeder Luftzellen in Schäumen von 0,1 Millimeter aufrund 100 Nanometer wird eine deutliche Reduktionder Anzahl der Gasmoleküle pro Zelle erreicht. Die soam Ende vereinzelten Gasmoleküle haben keineGelegenheit mehr, ihre Energie an andere weiterzu-geben. Die für den Wärmetransport mitverantwort-lichen Zusammenstöße von Gasmolekülen werdendadurch weitgehend ausgeschaltet. GewünschteWärmedämmeigenschaften lassen sich dadurch miterheblich geringeren Isolierschichtdicken erzielen.

Weitere Informationen zum Thema enthält dieBroschüre „NanoProduktion“, Band 6 der Schriften-reihe der Aktionslinie Hessen-Nanotech.

Antireflexbeschichtungen für bessere Sicht

Einen Beitrag zur Erhöhung der Sicherheit im Stra-ßenverkehr liefert das Vermeiden unerwünschterReflexe auf Cockpit-Instrumenten und Frontscheibe.Durch eine Oberflächenbeschichtung im Nanome-terbereich kann das Eindringverhalten von Licht intransparente Werkstoffe gezielt beeinflusst werden.

Durch eine Oberflächenstrukturierung im Mikrome-terbereich werden in einem breiten Wellenlängen-bereich Reflexionen unterdrückt. Dieses Funktions-prinzip wurde vom Mottenauge abgeschaut. Einezusätzliche Nanostrukturierung der Oberflächebewirkt einen Gradienten des Brechungsindexesvon außen nach innen, so dass Lichtwellen praktischnicht reflektiert werden. Technisch interessant istdiese Oberflächenstruktur unter dem Aspekt derKostenreduktion. Statt mehrerer Beschichtungs-schritte könnte diese spezielle Oberflächenstrukturmit einem Prozess-Schritt realisiert werden. Im Ideal-fall ist der Strukturierungsschritt sogar mit demHerstellungsprozess des Bauteils kombinierbar.

Eine andere Entspiegelungs-methode ist das Erzeugennanoskaliger Lufteinschlüsse ander Oberfläche. Durch diesePoren wird der Gesamtbrech-wert der Schicht verringert.Poren, die kleiner als 1 / 20 derLichtwellenlänge sind, könnenvom Licht nicht aufgelöst wer-den und erzeugen somit auchkeine unerwünschten Streu-effekte. Neben Fragen der opti-schen Eigenschaften werdenaktuell die Möglichkeiten derIntegration in die bestehendenFertigungsprozesse sowie dieEignung unter dem Aspekt dermechanischen Stabilität unter-sucht (Volkswagen 2003).

Nicht nur für Instrumente ist die Entspiegelung vonInteresse. Ein weiterer Schwerpunkt der Arbeiten istdie Vermeidung der Reflexion der Schalttafelober-fläche in der Frontscheibe. Je nach Lichtverhältnis-sen kommt es beim Einsatz heller Instrumententa-feln zu extremen Schleiern und Reflexionen in derFrontscheibe. Technisch wird dieses Problem durchden Einsatz einer schwarzen oder zumindest sehrdunklen Instrumententafel gelöst. Gelänge es, dieReflexe auf der Windschutzscheibe stark herabzu-setzen, so würden sich weitere attraktive Möglich-keiten im Design ergeben. Eine ausreichendeEntspiegelung der Windschutzscheibe ist aus phy-sikalischen Gründen nur durch eine Beschichtungbeider Seiten zu gewährleisten. Doch gerade dieAußenseite der Windschutzscheibe unterliegt soextremen mechanischen Beanspruchungen, dasskein zurzeit bekanntes System für die hohen Quali-tätsanforderungen der Automobilunternehmen aus-reichend geeignet erscheint.

Weitere Informationen zum Thema enthält dieBroschüre „NanoOptik“, Band 5 der Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech.

Verschmutzungsschutz und Neuwagenduftfür Autositze

Autositze kommen oftmals mit nasser oder ver-schmutzter Kleidung in Berührung. Beim Öffnen derTür kann Regenwasser oder Schnee auf die Sitzegelangen. Die Folge sind Wasser- und Schmutz-ränder. Durch den Einsatz von Materialien zurImprägnierung von Stoff- und Lederbezügen kön-nen diese unerwünschten Effekte weitgehend mini-miert oder sogar vermieden werden. Derartige

Absorptionim Glas ~1%

~100%

~8%~91%

Absorptionim Glas ~1%

~100%

~1%~98%

Oben: Schematische Dar-

stellung der Funktions-

weise der Antireflexbe-

schichtung auf Glas

[© Volkswagen AG]

Links: Antireflexbeschich-

tungen auf Glas

[© Volkswagen AG]

22

Imprägnierungsmittel haben in den letzten Jahreneine rasante Verbreitung erfahren und werden vonzahlreichen Zubehörherstellern in Sprühdosen oderals Flüssigkeiten angeboten. So gibt es Produkte fürGewebe, Leder, beziehungsweise Kunstleder, dieauf anorganisch-organischen Hybridmaterialien aufwässriger oder alkoholischer Basis kommerziellangeboten werden. Nach einer Tauch- oder Sprüh-applikation bildet sich ein praktisch unsichtbarerFilm, der die Fasern umschließt. Die imprägniertenSchichten zeigen einen signifikanten wasser- undfettabweisenden Effekt. Somit wird die Geschwindig-keit der Durchfeuchtung bei Wassereinwirkung undeine Verschmutzung reduziert. Ein ähnlich raffinier-ter Effekt wird zur Erzeugung von spezifischen Gerü-chen auf Ledersitzen verwendet. Dispersionen mit

Mikrokapseln, die aufgesprüht werden können, ent-halten Duftstoffe.Wässrige Mikrokapseldispersionenbieten damit die Möglichkeit, zum Beispiel Leder miteiner Vielzahl von Duftrichtungen zu versehen (BayerAG, 2005). Die Kapseln müssen dabei einerseits soklein sein, dass sie in das Leder eindringen können,andererseits aber groß genug sein, so dass sie zwi-schen den Fasern haften bleiben. Nach dem Ein-sprühen dringen die Kapseln unterschiedlich tief indas Leder ein. Die Hülle der Kapseln ist nur wenigeNanometer dünn und besteht aus Polyharnstoff. ImInneren ist der Duftstoff platziert. Erst bei mechani-scher Belastung der Kapsel platzt der Nanofilm undsetzt die Duftstoffe frei. Wird der Sitz nicht benutzt,bleiben die Kapseln intakt und der Duftstoff bleibtin der Kapsel erhalten. Was bei Leder bereits funk-tioniert, lässt sich mittlerweile auch bei Textilienanwenden.

Hersteller von aus anorganisch-organischen Hybrid-materialien bestehenden Imprägnierungsmitteln istdie hessische De Cie GmbH. Wässrige Mikrokapsel-dispersionen werden von der Bayer AG produziert.

Reifen sind sicherlich die am häufigsten zitierteAnwendung von Nanotechnologien im Automobil.Hier werden bereits heute Umsätze in Milliarden-höhe erzielt. Nichtsdestoweniger sind Reifen High-Tech-Produkte, die stetig weiterentwickelt werden.Der Einsatz von neuen nanoskaligen Partikeln lässtauch in der Zukunft weitere Verbesserungen derLaufeigenschaften und Zuverlässigkeit erwarten.

High-Tech-Reifen mit nanostrukturiertem Ruß

Den Kautschukmischungen kommt bei den Reifen-eigenschaften große Bedeutung zu. Sie bestimmendie Leistungsfähigkeit der Lauffläche, die den Kon-takt zur Fahrbahn herstellt. Üblicherweise enthält dieLauffläche eines Autoreifens etwa 30 Prozent Ver-stärkerfüllstoff, mit dem die erwünschten Eigen-schaften wie Haftung, Abriebsbeständigkeit, Ein-undWeiterreißfestigkeit überhaupt erst erreicht wer-den (Klockmann 2006). Für die Optimierung vonReifen müssen teilweise widersprüchliche Anforde-rungen erfüllt werden. Zum einen muss der Reifengut auf der Straße haften, zugleich aber einen gerin-gen Rollwiderstand aufweisen. Ferner soll er ver-

schleißarm sein, muss dabei aber gleichzeitig sogriffig sein, dass das Fahrzeug nicht ins Rutschenkommt. Die Mechanismen, die sich hinter diesensich teilweise widersprechenden Reifeneigenschaf-ten verbergen, sind eine Fülle von hochkomplexenchemischen und physikalischen Wechselwirkungenzwischen dem Kautschuk und dem Füllmaterial(Oberholz 2001).

Links: Öltropfen auf

imprägniertem Gewebe

[© De Cie GmbH]

Rechts:Wassertropfen auf

imprägniertem Leder

[© De Cie GmbH]

Rechte Spalte: Moderne

Pkw-Reifen – hier der

Aufbau eines so

genannten RunOnFlat-

Reifens von Dunlop – sind

sehr komplexe technische

Produkte, deren Ent-

wicklung und Produktion

höchste Ansprüche an

moderne Fertigungstech-

nologien stellen.

[© Dunlop GmbH & Co. KG]

2.4 Fahrwerk und Reifen

23

Drei Spezialprodukte sind es, die die Eigenschaftendes Kautschuks wesentlich verbessern: Ruß, Silicaund Organosilane. Rußpartikel werden wie Silica,die für die chemische Kopplung mit dem KautschukOrganosilane benötigen, den Gummimischungenbeigegeben, deren genaue Zusammensetzunggeheim bleibt. Direkt nach ihrer Herstellung habensowohl die Ruß- als auch Silicapartikel Abmessungenim Nanobereich. Größe und Form der Partikel sowiedie Vernetzung mit den Kautschuk-Molekülen spie-len für die Reifeneigenschaften eine Schlüsselrolle.

Reifenkomponenten: Ruß (Carbon Black) oben, Silica unten

links und Organosilane unten rechts [© Degussa AG]

Ruß und Silica, die beiden wichtigen Verstärkungs-chemikalien in Reifen, hatten ursprünglich verschie-dene Aufgaben: Während Silica für Pkw-Reifen –gerade in der Lauffläche – die besten Resultate lie-fert, dominiert Ruß in Lkw-Reifen nicht zuletzt durchden exzellenten Abriebswiderstand (Oberholz 2006).Durch die Verwendung von nanostrukturiertem Rußals Füllstoff in Reifen kann eine verlängerte Lebens-dauer und ein geringerer Benzinverbrauch erreichtwerden. Diese neuartigen Rußpartikel haben einerauere Oberfläche als bisher verwendete. Aufgrundder erhöhten Oberflächenenergie der Nanopartikelverstärken sich die Wechselwirkungen mit den Kaut-schuk-Molekülen. Dieses führt zu einer verringerteninneren Reibung und somit zu einem besseren Roll-

widerstand. Gleichzeitig werden dadurch die beihohen Umdrehungsgeschwindigkeiten auftretendenDehnungsvibrationen im Material vermindert. DieFolge ist eine, insbesondere auf nassen Straßen, ver-besserte Traktion.

Zur Herstellung der nanostrukturierten Ruße wurdevon der Degussa AG ein modifizierter Verbrennungs-prozess entwickelt, der die Wirtschaftlichkeit diesesHerstellungsverfahrens sicherstellt. Hessen ist imBereich der Reifenhersteller und der Reifen-Zulie-ferindustrie für Automobile und Motorräder im bun-desdeutschen Vergleich außergewöhnlich stark ver-treten. Neben führenden Reifenherstellern wie Good-year Dunlop mit hessischen Werken in Fulda undHanau, Pirelli in Höchst, Continental in Korbach undBridgestone Deutschland in Bad Homburg sind auchauf dem Weltmarkt führende Zulieferer für Reifen-füllstoffe wie Degussa und Cabot in Hessen ansässig.

Fahrkomfort durch schaltbare Werkstoffe

Bei der Auslegung eines Automobil-Fahrwerkes istjeweils der Zielkonflikt zwischen Fahrkomfort undSicherheit zu lösen. Ein „weiches“ Fahrwerk gilt alskomfortabel, ein „hartes“ dagegen als sicher. Bei ein-stellbaren Dämpfersystemen kann situationsabhän-gig die jeweils optimale Härte eingestellt werden.

Kern dieser einstellbaren Dämpfersysteme sind sogenannte magneto- oder elektrorheologische (MR /ER) Flüssigkeiten, die der Kategorie der „Intelligen-ten Materialien“ zugeordnet werden. Bei diesenFlüssigkeiten lässt sich die Viskosität durch Anlegeneines magnetischen oder elektrischen Feldes unmit-telbar, stufenlos und reversibel verändern. Der Effektberuht darauf, dass sich polarisierbare Partikel in derTrägerflüssigkeit entlang der Feldlinien ausrichtenund Ketten bilden. Hierdurch wird die wirksame Vis-kosität erhöht, d. h. der Durchflusswiderstand derFlüssigkeit wird größer. Beim Entfernen des magne-tischen oder elektrischen Feldes zerfallen die Kettenund die Flüssigkeit wird wieder dünnflüssig.

100–

200

nm

10–20 nm

0,34 nm

20–50 nm

0,81 nm

Monomereinheit

50 nm

Polymerknäuel100–200 nm

104–106 nm

Graphit

Primärpartikel

Rußaggregat

Rußagglomerat

Aufbau einer Reifenlauf-

fläche. Größenvergleich

der Einzelbestandteile.

[© Volkswagen AG]

24

Diese Veränderungkann sehr schnell von-statten gehen. Im Milli-sekundenbereich kannsomit aus einer Flüs-sigkeit ein zähes Gelwerden. Ein speziellesÖl der Firma Fludicon(Darmstadt) kann ineiner Sekunde bis zu1500-mal den Zustandzwischen fest und flüs-sig wechseln. Solche

Geschwindigkeiten sind besonders für hydraulischeSysteme interessant, schließen doch moderne Hoch-druckventile heute nur 400- bis 500-mal je Sekunde.Ein weiterer Vorteil der „intelligenten“ Flüssigkeits-systeme liegt darin, dass sie im Vergleich zu konven-tionellen Lösungen einfach und kompakt aufgebautwerden können. Es werden weniger mechanischeTeile benötigt, was wiederum zur Gewichtsreduzie-rung beitragen kann. Diese Eigenschaft nutzend hatFludicon Ventile entwickelt, die ohne beweglicheTeile auskommen. Klassische Anwendungsfelder imAutomobil sind Dämpfer, Aktoren und Kupplungen.

Im Bereich der Aktorik rückt der Traum eines aktivenFahrwerkes näher. So können Fahrwerke realisiert wer-den, die sowohl Fahrbahnunebenheiten ausgleichen,als auch die Fahrdynamik kompensieren. Dieseswurde in dem BMBF-Projekt „Adaptronisches Trans-port System“ entwickelt. Im Rahmen eines weiterenBMBF/WING-Projektes erfolgte die Integration adap-tiver Systeme ins Fahrwerk. In der Forschung arbeitetdas Fraunhofer LBF in Darmstadt unter Leitung vonProf. Hanselka, der auch das BMBF-Leitprojekt Adap-tronik leitet, an adaptronischen Systemen.

Adaptronisches Transportsystem zur Lageerhaltung eines

Transportmediums [© Fludicon GmbH]

Schon heute gilt die Elektronik als der Innovations-treiber im Automobilbereich, da immer mehr Kom-ponenten elektronisch, elektromechanisch oderelektromagnetisch steuerbar werden. Nanostruktu-rierte Aktorkomponenten könnten beispielsweiseheutige mikrosystemtechnische Lösungen im Be-reich der Direkteinspritzsysteme ersetzen. Der Ersatzvon Glühlampen durch sparsame und langlebigeLeuchtdioden wird schon heute praktiziert und wirdsicherlich weitere Verbreitung finden. AlternativeAnsätze zu Fahrzeugantrieben, wie die bei fast allenOEMs in der Forschung & Entwicklung befindlichenBrennstoffzellentechnologien, könnten durch Lösun-gen aus den Nanotechnologien ebenfalls Innovati-onsschübe erhalten, beispielsweise im Bereich derWasserstoffspeicherung.

Superkondensatoren als effiziente Energiespeicher

Mit der Verbreitung unterschiedlicher hybrider An-triebskonzepte werden auch die Systeme zur Rück-gewinnung der Bremsenergie – auch als Rekuperation

bezeichnet – weiterentwickelt. Dabei wird die Bewe-gungsenergie des Fahrzeuges beim Bremsen übereinen Generator in elektrischen Strom umgewandeltund in Akkumulatoren oder Superkondensatorengespeichert. Diese Energie steht nun beim erneutenAnfahren zur Beschleunigung zur Verfügung. Prinzip-bedingt können Kondensatoren gegenüber Akku-systemen sehr schnell und nahezu verlustfrei zwi-schenspeichern. Allerdings standen bislang nur Kon-densatoren mit vergleichsweise geringer Kapazität fürden Einsatz im Automobil zur Verfügung.

Mit Hilfe der Nanotechnologien werden derzeit sogenannte Superkondensatoren – abgekürzt Super-caps, Ultracaps oder Scaps – mit hoher Energie-kapazität entwickelt und realisiert. Supercaps beste-hen aus metallischen Kontaktfolien auf hochporösenSchichtelektroden mit Nanostruktur, Elektrolytensowie einer Separator-Folie. Bei Superkondensato-ren sind einige 10 bis mehrere 1000 Farad in einemGehäuse untergebracht. Weist zum Beispiel ein 100Farad Superkondensator die Größe einer Streich-

2.5 Elektrik und Elektronik

Steuerung der Viskosität

durch Anlegen eines

elektrischen Feldes

[© Fludicon GmbH]

25

holzschachtel auf, so entspräche dieses einer Kapa-zität von 100 Millionen parallel geschalteter Stan-dardkondensatoren mit einer Einzelkapazität von 1Mikrofarad. Der Superkondensator ist somit das Bin-deglied zwischen dem herkömmlichen Kondensatorund der Batterie (Fischle 2005). Er vereint den Vorteildes Kondensators als schnellen Stromlieferanten mitdem der Batterie als nennenswerten Energiespei-cher. Im Vergleich zu konventionellen Kondensato-ren wird statt des nicht leitenden Elektrolyts einMaterial eingesetzt, welches Ionen aber nicht Elek-tronen leitet. Die Ladungen sammeln sich daher aufbeiden Seiten der Grenzfläche in einer sehr dünnenSchicht von etwa einem Nanometer, die zu derhohen Kapazität führt. Zum anderen wird durch dieVerwendung von hochporösen Schichtelektrodeneine große wirksame Oberfläche erzielt, die eben-falls zu der hohen Kapazität beiträgt (Böcker 2006).Supercaps weisen sehr hohe Leistungsdichten undgeringe Innenwiderstände auf und sind für kurzfris-tige maximale Stromabgaben geeignet. Damit sindsie flexibel einsetzbare Hochleistungsspeicher mitfast unbegrenzter Lebensdauer und guter Energie-und Ökobilanz.

Aufbau eines Superkondensators [© EPCOS AG]

Mit dem Einsatz größerer Stückzahlen von Super-caps wird zukünftig in Hybridfahrzeugen gerechnet.Auch bei Brennstoffzellenfahrzeugen ergänzenSupercaps die kurzzeitige Energieversorgung leis-tungsintensiver Fahrzustände. Weitere potenzielleFahrzeuganwendungen finden sich in der Ergän-zung der Batteriespeicher im zukünftigen 42V-Bord-netz. Eine zunehmende Anzahl von leistungshung-rigen Verbrauchern wie elektromagnetische Tür-schlösser und Ventilbetätigungen oder die Kata-lysatorvorheizung müssen kurzzeitig versorgt wer-den. Der Start / Stop-Betrieb mit Startergeneratorerfordert ebenfalls einen hohen kurzzeitigen Leis-tungsbedarf, der in Verbindung mit der Bremsener-

gierückgewinnung gedeckt werden könnte. Dies-bezüglich werden erhebliche Kraftstoffeinspar-potenziale vorausgesagt.

Nanotechnologien kommen auch bei leistungsstar-ken Lithium-Ionen-Batterien, der künftigen Energie-versorgung von Hybridfahrzeugen, zum Einsatz.Lithium-Ionen-Batterien gewinnen als Energiespei-cher immer mehr an Bedeutung, weil sie leichter,kleiner und leistungsfähiger sind als Blei- oderNickel-Metallhydrid-Varianten. Als Separatoren zumTrennen der Anode von der Kathode werden inLithium-Ionen-Batterien bisher semipermeable Mem-branen aus Polymeren eingesetzt (Oberholz 2006).Derartige Separatoren haben allerdings einige gra-vierende Nachteile. So sind sie zum Beispiel nichtausreichend temperaturstabil und sogar selbstbrennbar. Der von Degussa entwickelte SeparatorSEPARION® überwindet diese Probleme. Dabei han-delt es sich um eine doppelseitige keramische

Beschichtung einer PET-Polymermatrix, die eine ent-sprechend hohe chemische und thermische Stabili-tät aufweist, zugleich aber hoch flexibel ist. Aus-gangspunkt für die keramischen Schichten sindnanoskalige Pulver verschiedener Metalloxide. Aufdiese spezielle Technologie hält Degussa inzwischenrund 25 Patente, die sowohl das Produkt als auchProzess und Anwendung abdecken.

Ionenleiter

Elektronen-anreicherung

Stromkollektor

Elektrode

Elektrolyt-Ionen

elektrisch isolierender Separator(durchlässig für Ionen)

Elektronen-verarmung

Prinzipbild eines Super-

caps. Durch die große

spezifische Oberfläche

der Elektroden und die

Ausbildung von Doppel-

schichten an den Elektro-

den werden extrem hohe

Kapazitäten erreicht.

[Angelehnt an Bauer 2005]

Von der Spezialpapierfa-

brik Oberschmitten

GmbH (SPO) hergestell-

tes Papier für den Einsatz

als Separatormaterial in

Supercaps. Das Papier

zeichnet sich durch eine

sehr feine und dichte

Struktur bei gleichzeitig

guter Durchlässigkeit für

den Elektrolyten aus.

[© Spezialpapierfabrik

Oberschmitten GmbH]

26

Nanosensoren für Automobilanwendungen

Sensoren zur Erfassung desFahrerwunsches und zurÜberprüfung des System-zustandes einer Vielzahl vonAggregaten sind elemen-tare Bestandteile heutigermechatronischer Systemeim Fahrzeug. Bei bewegtenSystemen kommt zum Bei-spiel Positions- und Winkel-sensoren eine hohe Bedeu-tung zu. Um die Zuverlässig-keit mechatronischer Sys-

teme zu steigern, werden vermehrt kontaktlose Mag-netfeldsensoren eingesetzt, die auf Basis des mag-netoresistiven Effektes arbeiten. Im Automobil gibtes eine Reihe von Anwendungen für diese Magnet-feldsensoren. Beispiele dafür sind das Antiblockier-system, die Türfenster, das Schiebedach, die Fahr-dynamikregelung oder die Lenkwinkelsensoren.

Das Messprinzip eines Magnetfeldsensors bestehtin der Umwandlung einer Positions- oder Bewe-gungsinformation eines Magneten in ein elektri-sches Signal. Hierbei wird der Riesenmagneto-widerstandseffekt beziehungsweise Giant-Magneto-Resistive-Effect (GMR) genutzt. Der GMR-Effekt trittnur in extrem dünnen Schichtsystemen auf. DieDicke dieser Schichten beträgt nur wenige Nano-meter. In seiner einfachsten Form schließen zweimagnetische Schichten eine nicht-magnetische Lageein. Sind die beiden Deckschichten entgegenge-setzt magnetisiert, ist der elektrische Widerstand imSchichtsystem höher, als bei gleichgerichteter Mag-netisierung. Aufgrund dieser deutlichen Wider-standsänderung, der in der Praxis bis zu 50% betra-gen kann, wird dieser Effekt als „Giant“ bezeichnet.

GMR-Sensoren lassen sich sehr viel kleiner bauen alskonventionelle Magnetsensoren. Weitere Vorteiledes GMR-Sensors liegen in der geringen Stromauf-nahme und einer wesentlich geringeren Tempera-turabhängigkeit der Messsignale. Selbst bei großenTemperaturschwankungen liefern sie relativ kon-stante Messwerte und können daher auch bei hohenTemperaturen – also zum Beispiel in Motornähe –eingesetzt werden. Eine besondere produktions-technische Herausforderung stellt die reproduzier-bare Herstellung der nanometerdünnen Schichtendar, die bisher nur von wenigen Unternehmen biszur Serienreife gebracht wurde.

Als erster europäischer Hersteller hat die SensitecGmbH aus dem hessischen Lahnau die Serienpro-duktion von GMR-Sensoren begonnen. Das Unter-nehmen hat sich im Bereich magnetoresistiver Sen-sorik erfolgreich in industriellen und automobilenApplikationen betätigt. Die Sensoren finden zumBeispiel Einsatz in elektrischen Servolenkungen.Sensitec verfügt über die zurzeit leistungsfähigsteChipfabrik für Magnetosensoren in Europa.

Brennstoffzellen für das Automobil der Zukunft

Einer der wesentlichen Innovationstreiber mit immerneuen Anwendungen ist die Elektronik im Automo-bil. Der Stromverbrauch in Automobilen hat daherin den letzten Jahren drastisch zugenommen. Nebender Unterhaltungselektronik haben auch neueSicherheits- und Komfortfunktionen an Bedeutunggewonnen. Diese Stromverbraucher belasten zu-nehmend die Energieversorgung des Automobils.Auch wegen des geringen Wirkungsgrades mussbis zu einem Drittel der Motorleistung heute schonfür die Stromversorgung eingesetzt werden.Wegender zunehmenden Verknappung fossiler Brennstoffeund den damit verbundenen hohen Benzinpreisenkommt alternativen und effektiven Energiequelleneine immer größere Bedeutung zu. Brennstoffzellenkönnten hier eine Reihe von Problemen lösen. Dervielleicht wichtigste Vorteil ist der hohe Wirkungs-

Lenkwinkelsensor, der auf

dem GMR-Effekt beruht.

[© Robert Bosch GmbH]

Magnetoresistiver GMR-

Sensor, der mehrere

Lagen mit Schichtdicken

von 2 nm aufweist und

der mittels Flip-Chip-

Montage umgekehrt mit

vier 300 µm dicken

Bleikugeln auf eine

Platine gesetzt wird.

[© Sensitec GmbH]

Die Dauerfestigkeit und

die Alltagstauglichkeit des

Brennstoffzellenautos

HydroGen3 wurde von

GM und Opel durch eine

Marathonfahrt erfolgreich

getestet. Auf der 10.000 km

langen Fahrt durch Europa

im Juni 2004 kam der

Prototyp durch 14 Länder.

[© Adam Opel GmbH]

27

grad der Brennstoffzelle, wodurch der Kraftstoffver-brauch deutlich reduziert werden kann. Kombiniertmit einem Akkumulator könnte sie gleichmäßig aus-reichend Strom für das Bordnetz erzeugen und denMotor entlasten, der dadurch kleiner dimensioniertwerden kann. Reine Brennstoffzellenfahrzeuge ver-zichten ganz auf den Verbrennungsmotor und set-zen auf eine Kombination von Brennstoffzelle alsEnergiewandler und Elektromotor beziehungsweisemehreren Elektromotoren für den Antrieb. Der Akku-mulator oder auch ein Superkondensator nimmt dieLeistungsspitzen auf, während die Brennstoffzellegleichmäßig läuft und die Batterie wieder auflädt.Besonders aussichtsreich ist hier die Hochtempera-tur-PEM Brennstoffzelle, die bei 160 bis 180°C arbei-tet, Verunreinigungen im Wasserstoffgas toleriertund auch einfach gekühlt werden kann.

Im Kern der Brenn-stoffzelle, der Mem-bran-Elektroden-Ein-heit (MEA), findetdie eigentliche elek-trochemische Reak-tion von Wasserstoffund Sauerstoff zuStrom und Wärmestatt. Die Spaltungder Wasserstoffmo-

leküle an der Anode in Ionen und Elektronen und derSauerstoffmoleküle an der Kathode findet zwischender Gasdiffusionselektrode mit Katalysator und Mem-bran statt. Entscheidend für die Aktivität der MEAund damit für die Leistung des Gesamtsystems isteine möglichst große Oberfläche des Katalysators.Durch nanoskalige Platinmoleküle kann die benö-tigte Vergrößerung der aktiven Oberfläche gewähr-leistet werden. Für die effektive Einbindung der Pla-tinatome gibt es verschiedene Konzepte. Die Heraus-forderung besteht darin, diese winzigen Partikelgleichmäßig zu verteilen, die Oberfläche frei zu hal-ten und eine Agglomeration über die Betriebsdauerzu verhindern.

Aber auch die effektive Speicherung vonWasserstoffstellt eine Herausforderung dar, die nach heutigerAuffassung nur durch nanokristalline Materialiengelöst werden kann. Auch wenn sich der Einsatz vonBrennstoffzellen in Fahrzeugen immer wieder ver-zögert hat, werden Brennstoffzellen bereits vielfachin Prototypen und Testfahrzeugen erprobt.

Die Frankfurter Firma PEMEAS hat sich als führenderAnbieter von Kernkomponenten und Subsystemenfür die schnell wachsende Brennstoffzellenindustrieetabliert. Sie kann auf eine mehr als 10jährige Erfah-rung zurückblicken, da sie die Brennstoffzellen-aktivitäten der früheren Hoechst AG, die bereits1994 ins Leben gerufen wurden, fortführt. PEMEASverbessert fortlaufend Membran und Katalysatoren,um die Brennstoffzelle leistungsfähiger, robusterund kostengünstiger zu machen. Als wichtiger Her-steller für MEAs ist auch das Unternehmen Umicoremit Standort in Hanau weltweit aktiv.

Schematische Darstellung der Funktionsweise einer

Brennstoffzelle [© PEMEAS GmbH]

In der Hochschulforschung befasst sich die Arbeits-gruppe von Prof. Dr. Fröba von der Justus-Liebig-Universität Gießen unter anderem mit der Syntheseund Charakterisierung von nanoporösen Materialienzur Gasspeicherung. An der Fachhochschule inWies-baden arbeitet ein Team von Frau Prof. Dr. Scheppatan verschiedenen Aspekten der Brennstoffzellen-technologie.

Bipolarplatte(Anode)

Gasdiffusions-elektrode mit Kata-lysatorschicht

Membran

Gasdiffusions-elektrode mit Kata-lysatorschicht

Bipolarplatte(Kathode)

Wärme

H O2

Sauerstoff

Wasserstoff

2H2 4H+ + 4e– O2 + 4e– 2O2–

2H2

HHH

He

ee

ee

e ee

OO O2

Vorbereitung der

MEA-Herstellung

in der Produk-

tionsanlage

[© PEMEAS GmbH]

Hochporöse Nanowürfel zur

Wasserstoffspeicherung

[© BASF AG]

28

Solarenergie im Automobil

Zur Ergänzung der Stromversorgung der elektrischenund elektronischen Komponenten im Automobil wer-den Solarzellen seit längerem diskutiert. Um aus Son-nenlicht elektrischen Strom zu gewinnen, werden der-zeit in der Regel Solarzellen auf Siliziumbasis ver-wendet. Da die Halbleitermaterialien für dieseAnwendung äußerst reine Atomgitter aufweisen müs-sen, ist ihre Herstellung kostspielig und macht dieVerwendung im großen Maßstab kompliziert. 1991kam eine auf biologischen Prinzipien basierendeSolarzelle des Chemikers Michael Grätzel der Eidge-nössischen Hochschule Lausanne in die Schlagzeilen.Er prophezeite damals niedrige Herstellungskostenund Langlebigkeit. Die als „Grätzelzelle“ bezeichneteZelle orientiert sich an der Photosynthese der Pflan-zen zur Energiegewinnung aus Sonnenlicht.

Bei herkömmlichen Solarzellen liefert das Silizium beiSonneneinstrahlung die benötigten Elektronen. Diesekönnen dank der elektrischen Leitfähigkeit des Halb-leiters zu den Elektroden fließen. In der Grätzelzellewerden diese beiden Funktionen jeweils von einemanderen Stoff übernommen. Ein organischer Farbstoffübernimmt – ähnlich dem Chlorophyll – die Elektro-nenbereitstellung. Für die Weiterleitung zu den Elek-troden wird eine nanoporöse Titanoxid-Schicht mitgroßer Oberfläche genutzt. Der Aufbau besteht auszwei Glasplatten, die jeweils mit einer transparentenElektrode versehen sind. Platte 1 trägt die mit demFarbstoff sensibilisierte Titanoxid-Schicht. Platte 2 istmit Platin als Katalysator beschichtet – dazwischenbefindet sich eine Elektrolytlösung.

Die geringere Lichtausbeute im Vergleich zu Silizium-Solarzellen wird durch die spezifische Eigenschaftkompensiert, auch bei schwachem Licht Strom zu lie-fern. Aufgrund der einfachen Bauweise, der Möglich-keit auch große Flächen zu realisieren sowie der gerin-gen Umweltbelastung bei der Herstellung wird der

Grätzelzelle erhebliches Zukunftspotenzial beschei-nigt. Die Herstellungskosten in einer zukünftigenGroßserie werden mit circa 20% derer für Silizium-Solarzellen abgeschätzt.

Weitere Informationen zum Thema enthält dieBroschüre „NanoOptik“, Band 5 der Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech.

Reflexion

Reflexion

Einstrahlung

Antireflex-Schicht

Photovoltaik-modul oder Sonnenkollektor

Solare Transmission:>95%> 90%

Eine 150 Nanometer

dünne Schicht aus

Siliziumdioxidkugeln

verringert die Oberflä-

chenreflexion auf Glas

von acht auf zwei Prozent.

[© Merck KGaA]

Im Autodach integrierte mikrostrukturierte Solarzellen könnten in der

Zukunft durch Nanosolarzellen ersetzt werden. [© DaimlerChrysler AG]

Ein Problem bei konventionellen Solarzellen ist der Wir-

kungsgradverlust durch die Reflexion von Licht an der

Solarglasscheibe. Dieser Verlust liegt selbst bei hoch-

wertigen Solargläsern bei fast 10%. Hierbei ist es den

Firmen Merck KGaA und Centrosolar Glas GmbH&Co.

KG gelungen, gemeinsam mit den Fraunhofer Institu-

ten ISC und ISE eine Glasbeschichtung auf Basis einer

Sol-Gel Technologie zu entwickeln. Die Beschichtung

mindert die Reflexion des Sonnenlichtes und steigert

dadurch die Energieausbeute von Solaranlagen um bis

zu 6%. Das besondere Know-how der Merck-Forscher

lag in der Entwicklung des Sols: Es besteht aus einer

Mischung von Siliziumdioxid-Kügelchen in 2 Größen-

klassen, die in einem Lösungsmittelgemisch verteilt

sind. Durch die Kombination von Partikeln mit einem

Durchmesser von 10nm und 35nm ergibt sich in der

Anwendung die gewünschte nanoporöse Schicht,

die die Oberfläche breitbandig entspiegelt. Um die

Glasscheiben mit dem SiO2-Hybridsol SolarpurTM zu

beschichten, werden sie in einen Behälter mit dem Sol

getaucht und mit konstanter Geschwindigkeit wieder

herausgezogen. Über die Ziehgeschwindigkeit lässt

sich die Schichtdicke der Antireflexbeschichtung beein-

flussen, wobei eine Dicke von 120nm für solare Anwen-

dungen als optimal gilt. Beim Trocknen der Scheiben

entsteht aus dem Sol über ein Gel die gewünschte

nanoporöse Schicht, die bei 600-700°C gemeinsammit

dem Glas gehärtet wird. Der niedrige Brechungsindex

der Schicht (von nur 1,25) bewirkt eine Reflexionsmin-

derung über das gesamte energetisch nutzbare Spek-

trum des Sonnenlichts von 400 nm bis 2500 nm. Die

solare Transmission (AMI 1.5) steigt damit von 90%

(hochwertiges Solarglas) auf über 95%.

29

Maßnahmen zur Verbesserung der Verbrennungs-wirkungsgrade, wie vollvariable Ventilsteuerungenoder ultrapräzise Kraftstoffeinspritzungen optimie-ren den Verbrennungsvorgang und führen so zueinem reduzierten Benzinverbrauch. Aber auch dieMinimierung der Motorreibung durch neue Nano-Schichtsysteme kann zukünftig zur Kraftstoffeinspa-rung beitragen.

Reibungsarme Aggregatekomponentenzur Kraftstoffeinsparung

Der Kraftstoffverbrauch wird bei modernen Pkw-Motoren zu etwa 10–15% von der Motorreibung be-stimmt. Verantwortlich hierfür sind Reibungsverlustean den bewegten mechanischen Bauteilen derMotoren. Dies sind neben der Kolbengruppe, beste-hend aus Zylinderwandung und Kolben, die Ele-mente des Kurbeltriebes (Kurbelwelle, Pleuel undLagerungen) sowie die Ventiltriebsgruppe mitNockenwellen und Ventilen. Die Kolbengruppenrei-bung verursacht dabei den größten Anteil an denmechanischen Reibungsverlusten. Nanotechnolo-gien können dabei helfen, durch Verminderung derReibung Kraftstoffeinsparpotenziale zu realisieren.

Nanokristalline Beschichtungswerkstoffe, aufgetra-gen auf die Zylinderinnenwand, verringern Reibungund Verschleiß und damit den Kraftstoffverbrauch.Die DaimlerChrysler AG startete mit anderen indus-triellen und universitären Partnern im Rahmen derLeitinnovation Nanomobil des BMBF das Forschungs-projekt „Nanokristalline Composit-Beschichtungenfür Zylinderlaufbahnen mit nanostrukturierter Ober-fläche und Verschleißvorhersage für hochbelasteteBenzin- und Dieselmotoren NaCoLab“. Projektziel ist,die Zylinderlaufbahnen des Aluminium-Kurbel-gehäuses direkt mit Nanowerkstoffen zu beschich-ten. Dadurch könnten die bisher in Aluminium-Kurbelgehäusen notwendigen Laufbuchsen einge-

spart werden. Beschichtungswerkstoffe mit eingela-gerten Nanokristalliten der Größe von 60 bis 130Nanometern auf der Basis von Eisencarbid undEisenborid führen zu extrem harten und gleichzeitigreibungsarmen Oberflächen.

Piezo-Injektoren für die ultrapräziseKraftstoffeinspritzung

Moderne hocheffiziente Dieselmotoren arbeiten mitHochdruck-Einspritzsystemen. Bei der Direkteinsprit-zung baut eine Pumpe zunächst einen hohen Druckauf und schießt dann den Kraftstoff über eine Düsefein dosiert in die Brennkammer des Zylinders ein.Die Präzision mit der dies geschieht, beeinflusstdirekt den Verbrennungsvorgang. Je höher derDruck und je gezielter die Dosis und der Zeitpunktdes Einspritzens gesteuert wird, desto effizienter unddamit umweltschonender verbrennt der Kraftstoff.

Piezokeramische Werkstoffe ermöglichen es,höhere Kräfte und Geschwindig-keiten im Vergleich zu her-kömmlichen Stellern fürKraftstoffeinsprit-zungen zu reali-sieren und damitderen Verbrauch, Schadstoffausstoß und Geräusch-entwicklung deutlich zu reduzieren. Dabei wird derpiezoelektrische Effekt genutzt, um den Öffnungs-und Schließmechanismus des Einspritzventils zubetätigen.

Der piezoelektrische Effekt bewirkt durch das Anle-gen einer elektrischen Spannung eine geometrischeVeränderung oder umgekehrt durch eine mechani-sche Verformung eine Ladungsbewegung. Legt manan einen derartigenWerkstoff eine elektrische Span-nung an, verformt er sich sehr schnell. Dabei entste-hen hohe mechanische Kräfte, die sich zum Steuern

2.6Nanotechnologien für den Motor und den Antrieb

Vorbereitung des Motor-

blocks für eine Nano-

beschichtung (links) und

Beschichtung des

Motorblocks (rechts)

[© DaimlerChrysler AG]

Piezo-Injektor für die

Benzin-Direkteinspritzung

[© Robert Bosch GmbH]

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der Kraftstoffeinspritzung nutzen lassen. Die prak-tisch kontrollierbaren Stellwege liegen im Nano-meterbereich oder sogar darunter. Um größereStellwege zu erreichen, werden die piezoelektri-schen Materialien gestapelt. Zunehmend werdenauch nanokristalline piezoelektrische Materialieneingesetzt. Ein häufig verwendetes Material ist Blei-Zirkon-Titanat.

Piezo-Injektoren erlauben heute bei leistungsstarkenSerien-Dieselmotoren bei 1.600 bar Einspritzdruckmehrere feindosierbare Einspritzungen pro Arbeits-takt. Für die Arbeiten an den Piezo-Injektoren erhiel-ten die Mitarbeiter der Robert Bosch GmbH und derSiemens VDO Automotive 2005 den DeutschenZukunftspreis des Bundespräsidenten.

Autoabgaskatalysatoren für dieEmissionsreduktion von Abgasen

Katalysatoren zur Reduktion der Abgasemissionenvon Automobilen sind heute nicht mehr wegzu-denken. Sie bestehen aus einem Edelstahlgehäuse,das im Inneren katalytisch aktive Materialien enthält,die zur Umwandlung von Schadstoffen in Stickstoff,Wasserdampf und Kohlendioxid eingesetzt werden.

Die meisten Pkws fahren weltweit mit stöchiome-trisch betriebenen Ottomotoren. Bei diesen Motorenist das Benzin-Luft-Gemisch so zusammengesetzt,dass theoretisch eine vollständige Verbrennung desKraftstoffs erreicht wird. Zur Abgasreinigung werdenSysteme eingesetzt, die auf Dreiwegekatalysatorenbasieren. Diese können die drei Hauptschadstoffebeziehungsweise -schadstoffarten Kohlenmonoxid,Stickoxide und Kohlenwasserstoffe weitestgehendumsetzen und dadurch aus dem Abgas entfernen.

Bei der Umwandlung von giftigen in ungiftige Gasespielen die Nanotechnologien eine entscheidendeRolle. Die Wirkung der Katalysatoren hängt im We-sentlichen von der Größe der Oberfläche ab. Wirddas für die katalytische Funktion eingesetzte Materialin den Nanometerbereich skaliert, so steigt die spezi-

fische Oberfläche drastisch an. Zusammensetzungund Struktur werden dabei so gewählt, dass dieAbgase optimal mit der katalytisch aktiven Beschich-tung in Wechselwirkung treten und die chemischeUmwandlung in die unschädlichen Stoffe beschleu-nigt wird. Das Katalysatormaterial muss exakt auf diephysikalischen und chemischen Bedingungen, die imAbgas herrschen, abgestimmt werden.

Um den ökologischen Anforderungen der heutigenZeit zu entsprechen, arbeiten viele Motorenherstel-ler an Ottomotoren, die mit einer Benzindirektein-spritzung ausgerüstet und „mager”– das heißt miteinem luftreichen Gemisch – abgestimmt sind. DieseMotoren verbrauchen zwischen 15 und 20% weni-ger Kraftstoff als normal abgestimmte Ottomotorengleicher Leistung. Jedoch stellt in dieser sauerstoff-reichen Atmosphäre die chemische Reduktion derentstehenden Stickoxide eine große Herausforde-rung für die Abgasnachbehandlung dar. Um diesesProblem zu lösen, wurden NOx-Adsorber-Katalysa-toren oder NOx-Speicherkatalysatoren entwickelt.Als erster europäischer Hersteller von Autoabgas-reinigungssystemen liefert Umicore NOx-Adsorber-Katalysatoren für Benzin-Direkteinspritzer.

Die Umicore AG & Co.KG, ist eines der führendenUnternehmen im Bereich der Autoabgaskatalysa-toren. Zur Produktpalette gehören Katalysatoren fürBenzinmotoren, Abgasreinigungssysteme für Moto-ren mit Benzindirekteinspritzung, Katalysatoren fürDieselmotoren, Dieselpartikelfilter sowie die Her-stellung von Brennstoffzellenkomponenten. Einerder beiden großen globalen Forschungsstandorteder Umicore liegt in Hanau bei Frankfurt.

Funktionsweise eines Autoabgaskatalysators

[© Umicore AG & Co. KG]

Piezo-Inline-Injektor

im Betrieb

[© Robert Bosch GmbH]

H2O

CO2N2

HC

CONOx

CO + 1/2 O2 = CO2H4C2+ 3 O2 = 2 CO2 + 2 H2O

CO + NOx = CO2 + N2

Hauptreaktion

Substrat

Abgas

gereinigtesAbgas

katalytisch aktives Meterial

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Die Begriffe kleiner, schneller und leistungsfähigersind für viele Industriebereiche zunehmend wichtigerwerdende Markenkennzeichen und für die inter-nationale Wettbewerbsfähigkeit von strategischerBedeutung (BMBF 2002). Im Rahmen einer vom Bun-desforschungsministerium geförderten Studie zum„wirtschaftlichen Potenzial der Nanotechnologien inDeutschland“ (Luther et al. 2004) wurde eine umfang-reiche Befragung von deutschen Nanotechnolo-gieunternehmen vorgenommen. Den Ergebnissen istzu entnehmen, dass die befragten Unternehmen denNanotechnologien eine hohe Bedeutung beimessen.Über 75% der Unternehmen sehen die Chance, dassdie Nanotechnologien ihnen neue Märkte erschlie-ßen können. Mehr als 60% der Unternehmen erwar-ten in den Nanotechnologien einen entscheidendenWettbewerbsvorteil.

Eine hessische Studie aus dem Jahr 2005 kommt zuvergleichbaren Ergebnissen (HA 2005). Für viele inHessen bedeutende Schlüsselbranchen können dieNanotechnologien mit ihren zahlreichen Einsatz-möglichkeiten Impulse für Innovationen geben. Dazugehört unter anderem auch die Automobilindustrie.Einen wesentlichen Einfluss haben die Nanotechno-logien auf Materialien und Werkstoffe. Sie ermög-lichen damit nach Ansicht der befragten hessischenUnternehmen eine Vielzahl von Innovationen auch inzahlreichen anderen Branchen. Rund 100 hessischeUnternehmen nutzen bereits die Möglichkeiten derNanotechnologien für ihre Produkte oder Produk-tionsprozesse. Dabei handelt es sich zumeist entwe-der um Großunternehmen, bei denen Nanotechno-logien nur einen Bruchteil des Gesamtgeschäfts aus-machen, oder um eher kleinere Unternehmen miteiner speziellen Fokussierung auf diese Technologie.

Die Ergebnisse der Unternehmensbefragungenhaben gezeigt, dass der Bereich Chemie und Mate-rialien eindeutig an der Spitze der Nanotechnologie-firmen in Deutschland steht. Im Bereich Chemie undMaterialien liegen die zentralen funktionalen Eigen-schaften in den verbessertenWerkstoffeigenschaftenund der Oberflächenfunktionalisierung, gefolgt vonder Schutzfunktion sowie den optischen Effekten,also durchaus klassischen und anwendungsnahenAnforderungen, die auch in der AutomobilindustrieAnwendung finden.

Patente beziehungsweise Patentfamilien sind einwichtiger Indikator, die wirtschaftlichen Potenzialeund die Umsetzung in Deutschland in Relation zuanderen Ländern zu vergleichen. Nach einer Unter-suchung des European Patent Office (EPO) aus demJahr 2004 entfallen 18% der Patentfamilien auf EPO-Mitgliedsländer, 25% auf Japan und 49% auf dieUSA (Scheu 2004). Innerhalb Europas führt Deutsch-land mit 8%, gefolgt von Frankreich mit 4% undGroßbritannien mit 3%. Dieses zeigt zum einen, dassDeutschland zwar innerhalb Europas derzeitig diebeste Position hat, aber es verdeutlicht auch, dassdie USA und Japan über erheblich mehr Patent-anmeldungen verfügen. Dies kann als Hinweisdarauf verstanden werden, dass die USA und Japanbei der Kommerzialisierung von Nanotechnologie-produkten führen werden, wenn es hierzulande nichtgelingt, nanotechnologische Entwicklungen rasch inmarktfähige Produkte umzusetzen.

Weltweite regionale Verteilung von Nanotechnologie-Patenten.

Deutschland führt innerhalb Europas bei den erteilten Patent-

familien. [© European Patent Office (EPO), Scheu 2004]

3 Das wirtschaftliche Potenzial derNanotechnologien für die Automobil-und Zuliefer-Industrie

EPO-Mitgliedsstaaten 18%

USA 49%

Japan 25%

Korea 2%

andere 6%

Deutschland 8%

Frankreich 4%

Großbritannien 3%

andere EPO-Mitglieder 3%

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Aufgrund der international führenden und nationalals der Motor der deutschen Volkswirtschaft gelten-den deutschen Automobilindustrie werden diedurch Nanotechnologien verursachten Auswirkun-gen einen massiven Einfluss auf die zukünftigeEntwicklung Deutschlands und insbesondere auf dieAutomobilbranche haben (BMBF 2004). Ungefährein Drittel der gesamten F&E-Aufwendungen derdeutschen Wirtschaft entfallen auf die Automobil-industrie. Allein im Jahr 2001 wurden 14 Mrd. Euroaufgewendet, um durch Spitzentechnologien, diedie Nanotechnologien mit einschließen, die heraus-ragende Position Deutschlands in der Automobil-industrie zu sichern. Diese immensen F&E-Anstren-gungen sind eine grundlegende Voraussetzungfür die optimale Ausnutzung der wirtschaftlichenMöglichkeiten der Nanotechnologien.

Betrachtet man die durch die Nanotechnologienbeeinflussten Komponenten in der Automobilindus-trie, so ist das heutigeWeltmarktvolumen imWesent-lichen auf Umsätze durch Reifen zurückzuführen(Frost & Sullivan 2004). Für das Marktvolumen vondurch Nanotechnologien beeinflussten Automobil-komponenten wird in den nächsten Jahren von einemrapiden Anstieg ausgegangen (Frost & Sullivan 2004).Zwischen den Jahren 2012 und 2015 wird eineZunahme der durchschnittlichen jährlichen Wachs-tumsrate von über 20% auf mehr als 50% erwartet.Hier dürften Lacke, elektronische Komponenten wiezum Beispiel Sensoren /Aktuatoren und vor allem derLeichtbau eine wichtige Rolle spielen. Demzufolgekommt der Automobil(Zuliefer)industrie und der Pro-zesstechnik eine besonders wichtige Bedeutung zu.

In der Automobilindustrie ist ein bereits längere Zeitanhaltender Trend zur Reduzierung der Fertigungs-tiefe bei den Fahrzeugherstellern zu beobachten.Dieses bietet neue Absatzchancen für Zulieferer, dasie komplette Modullösungen anbieten können, diebei den Fahrzeugherstellern nur noch zusammenge-baut werden müssen. Für praktisch alle Zulieferer istes daher bedeutend, in Zukunft ihre Technologie-kompetenz weiter auszubauen. Der Einsatz vonNanotechnologien kann die Kompetenz der Zuliefe-rer weiter stärken und Alleinstellungsmerkmale vonProdukten oder Produktionstechniken sicherstellen.Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die Gewinnungentsprechend qualifizierter Mitarbeiter beziehungs-weise die Weiterbildung und Schulung des beste-henden Personals. Dabei wird künftig auf einen Mixan Fachleuten zu achten sein, wobei sich das Gewichtvom klassischen Maschinenbauingenieur oder auchMaschinenschlosser hin zu Naturwissenschaftlernund stärker interdisziplinär ausgebildeten Mitarbei-tern, wie zum Beispiel Mechatronikern, verschiebenwird. Der Aufbau und Erhalt von (nano-) technolo-gischer Kompetenz beginnt daher bei der gezieltenKooperation mit Instituten und Universitäten.

[© Audi AG]

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Deutschland gehört zu einem der ersten Länder, diefokussierte Förderprogramme zu Nanotechnologienin Verbindung mit der Automobiltechnologie aufge-legt haben und in diesem Technologiefeld eine Vor-reiterrolle spielen. Mit der Leitinnovation NanoMo-bil, einer vierjährigen Fördermaßnahme des Bun-desministeriums für Bildung und Forschung, sollenForschungs- und Entwicklungsvorhaben für Nano-Anwendungen in der Verkehrstechnik, speziell derAutomobilindustrie und ihrer Zulieferer angestoßenwerden. An zahlreichen interdisziplinären Projektensind Forschungsinstitute, Zulieferer und Automobil-firmen beteiligt. Themen für Forschung und Ent-wicklung aus der Leitinnovation NanoMobil berück-sichtigen insbesondere die übergeordneten Berei-che Sicherheit, Ökologie /Nachhaltigkeit und Kom-fort. Die Projekte sollen dabei Leuchtturm-Charakterhaben und weitere F&E-Aktivitäten in der Industriekatalysieren.

Die Leitinnnovation NanoMobil ist Ende 2004 ange-laufen. Das Programm wird vom Projektträger Jülich(PtJ) für den Bund koordiniert. Bei der Auswahl derzu fördernden Vorhaben spielte das mögliche Markt-potenzial der anvisierten Produkte und die Wirkungauf Arbeitsplätze in Deutschland eine große Rolle.Reine Nischenentwicklungen ohne Potenzial für einespätere Breitenwirkung wurden im Rahmen dieserLeitinnovation nicht berücksichtigt. 32,5 MillionenEuro waren für die Maßnahme vorgesehen, mit einerKoinvestition der Industrie in gleicher Höhe.

Information: www.bmbf.de/de/1846.php

In Hessen können Nanotechnologieunternehmenaußerdem im Rahmen der Modell- und Pilotprojekt-förderung des Hessischen Ministeriums für Wirt-schaft, Verkehr und Landesentwicklung bezuschusstwerden. Das von der HA Hessen Agentur betreuteund aus EU-Mitteln kofinanzierte Technologiepro-gramm kann von kleinen und mittleren Unterneh-men mit Sitz in Hessen genutzt werden, die Nano-technologien entwickeln oder für Produkt- bezie-hungsweise Verfahrensinnovationen applizieren wol-len. Gefördert werden Einzel- oder Verbundprojektesowie Technologietransferprojekte mit Hochschulenund Forschungseinrichtungen. Projekte im BereichNano- und Materialtechnologien gehören zum För-derschwerpunkt der Maßnahme.

Information: www.nanohe.de

Im Rahmen des Unternehmensfinanzierungspro-gramms Hessen NanoMatTech unterstützt das LandHessen Unternehmen bei der Finanzierung vonInnovationen, Produktentwicklungen und Marktein-führungen auf dem Gebiet der Nanotechnologien.Insbesondere Unternehmen, die nicht nur Anwen-der sondern auch Ideengeber und Entwickler fürnanotechnologische Methoden, Verfahren und Pro-dukte sind, können bis zu 750.000 Euro in Formeines Nachrangdarlehens erhalten, das zur Stärkungder Eigenkapitalbasis beiträgt.

Information: www.nanohe.de

Auf der europäischen Ebene wurde Nanotechnolo-gieforschung im 6. Rahmenprogramm in der Priori-tät drei mit dem Schwerpunkt Nanotechnologienund Materialien gefördert. Insgesamt stellte das Pro-gramm pro Jahr etwa 370 Millionen Euro für Nano-technologie-Projekte zur Verfügung (Wagner 2006).In verschiedenen Projekten werden auch für dieAutomobilindustrie relevante Aspekte, so zum Bei-spiel die Wasserstoffspeicherung für Brennstoffzel-len gefördert. Im 7. Rahmenprogramm sind bei denKooperationsprojekten für den Bereich Transportinsgesamt 5.940 Millionen Euro und für den Bereich„Nanosciences, Nanotechnologies, Materials andnew Production Technologies“ weitere 4.832 Millio-nen Euro über die Laufzeit von 2007 bis 2013 als För-dermittel vorgesehen.

Information: http://cordis.europa.eu/fp7/breakdown.htm

4 Forschungsprogramme, Finanzierungs-möglichkeiten und Netzwerke

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Verbundprojekte

Transparente Nanokomposite auf Polymerbasis

Einsatz von innovativen Nanowerkstoffen inGummimischungen zur Verbesserung derFunktionalitäten von Reifen und technischenElastomerprodukten im Automobilbereich

Innovative nanostrukturierte Werkstoffe fürtechnische Elastomerprodukte im Fahrzeugbau

NanoElastomer

Neue Elastomerprodukte auf Basis vonNanokompositen

Neue Reifenkautschuke auf Basis elastomererNanocomposites (Montmorillonite-Silica-Hybrid(MSH) – Nanos)

Entwickeln und Erforschen einer Prototyp-Anlagezum Erzeugen von nanokristallinen Innen-beschichtungen auf Zylinderlaufbahnen in PKWKurbelwellengehäusen aus Aluminium

Entwicklung von neuen Drahtspritzverfahren fürdie Beschichtung von Zylinderlaufbahnen vonhochaufgeladenen Benzin- und Dieselmotoren

Nanokristalline Composite - Beschichtung fürZylinderlaufbahnen mit nanostrukturierter Ober-fläche und Verschleißvorhersage für hochbelas-tete Otto- und Dieselmotoren – NaCoLab

Nano-Beschichtung durch PTWA Spritztechnologie

Einsatz von neuen Drahtspritzverfahren für dieBeschichtung von Zylinderlaufbahnen vonhochaufgeladenen Benzin und DieselmotorenTeil: PTWA Beschichtungstechnologie –Verfahrens- und Schichtentwicklung

Nanostrukturierte Hochtemperatur-Halbleiter fürintegrierte Abgassensoren in Dieselmotor- undMagermotorapplikationen – NanoHoch

Ausführende Stellen

Bayer MaterialScience Aktiengesellschaft,Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft,Hella KGaA Hueck & Co, Fraunhofer-Institut fürSilicatforschung (ISC), Neue Materialien Würz-burg GmbH, SKZ-KFE gGmbH

Continental Aktiengesellschaft

ContiTech AG

Süd-Chemie Aktiengesellschaft

Deutsches Institut für Kautschuktechnologie e.V.

Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.

GTV Verschleißschutz-GmbH & Co.KG

Opel Powertrain GmbH

Dr. Ing. h.c. F. Porsche Aktiengesellschaft,DaimlerChrysler AG, Ford-Werke GmbH, Universi-tät Kassel, Universität Duisburg-Essen, TechnischeUniversität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig,Federal-Mogul Burscheid GmbH, Gehring GmbH& Co. KG, Durum Verschleißschutz GmbH

Ford-Forschungszentrum Aachen GmbH

Rheinisch-Westfälische TechnischeHochschule Aachen

Robert Bosch GmbH, MAN NutzfahrzeugeAktiengesellschaft, MicroGaN GmbH, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinter-werkstoffe (IKTS)

Geförderte Projekte im Rahmen der Leitinnovation NanoMobil

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Verbundprojekte

Nan-On-Tex – Nanopartikelbasierte Veredelungund Funktionalisierung von Textiloberflächen zurVerbesserung des Raumklimas und der Hygienein Kraftfahrzeugen

Leistungssteigerung hydraulischer Verdränger-einheiten durch Nanocomposites

Entwicklung strahlenhärtender wasserbasierenderNanokompositlacke für kratzfeste Beschichtungenauf 3-dimensionalen Automobilteilen

Nanolack-Teilvorhaben: Entwicklung maßge-schneiderter Acrylatpolymere und -oligomere;Charakterisierung nanopartikelgefüllter Disper-sionen und Schichten

Erhöhung der aktiven und passiven Sicherheitvon Fahrzeugen durch neuartige multifunk-tionelle Nanobeschichtungen – NanoSafe

Leichtbau mit thermoplastischen Nanocom-posites (LB-Nanos)

Synthese, Reinigung und Funktionalisierung vonMultiwalled Carbon Nanotubes für die Ver-wendung in thermoplastischen Nanocomposites

Nano-MMC: Ultraleichtbauwerkstoffe auf Basisvon sprühkompaktierten Aluminiumlegierungenmit hohen Volumenanteilen an Mg2Si undNanopartikelverstärkung

PM-Aluminium-Hochleistungswerkstoffe

Ausführende Stellen

NANO-X GmbH, Johann Borgers GmbH&Co.KG,Isringhausen GmbH & Co. KG, Deutsche Institutefür Textil- und Faserforschung Denkendorf (DITF),NANOCRAFT

Bosch Rexroth Aktiengesellschaft, Robert BoschGmbH, ZF Lenksysteme GmbH, FUCHS EuropeSchmierstoffe GmbH, CemeCon AG, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Deutsche Amphibolin-Werke von Robert MurjahnStiftung & Co. KG, Alberdingk Boley GmbH

Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit undMikrointegration (IZM)

Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft,DaimlerChrysler AG, Siemens Aktiengesellschaft,Sachtleben Chemie GmbH, Degussa AG, Pilking-ton Automotive Deutschland GmbH, Hella KGaAHueck & Co, Universität Hannover, Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC), Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST),Genthe-X-Coatings GmbH, NANO-X GmbH,Hermsdorfer Institut für Technische Keramik e.V.,FHR Anlagenbau GmbH

DaimlerChrysler AG, Leibniz-Institut für Polymer-forschung Dresden e.V., GE Global ResearchCenter, Süd-Chemie Aktiengesellschaft

Leibniz-Institut für Festkörper- undWerkstoffforschung Dresden

PEAK Werkstoff GmbH, EADS DeutschlandGmbH, Universität Bremen, MAHLE GmbH,Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT)

Powder Light Metals GmbH, Ford-Forschungs-zentrum Aachen GmbH, BBS KraftfahrzeugtechnikAktiengesellschaft

Information: http://oas2.ip.kp.dlr.de/foekat/foekat/foekat

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Im Jahr 2005 startete das Hessische Ministerium fürWirtschaft, Verkehr und Landesentwicklung die Akti-onslinie Hessen-Nanotech. Mit der Aktionslinie Hes-sen-Nanotech werden die hessenweiten wirtschafts-und technologiebezogenen Aktivitäten in den Nano-technologien und den materialbasierten Technolo-gien gebündelt und koordiniert. Ziel der Aktionsli-nie ist es, die hessischen Kompetenzen in den Nano-technologien und in den angrenzenden Technolo-giebereichen wie der Material- und Oberflächen-technologie, Mikrosystemtechnologie und OptischeTechnologien national sowie auch international dar-zustellen. Durch Technologie- und Standortmar-keting sowie der Förderung der Netzwerkbildung,soll die internationale Wettbewerbsfähigkeit undInnovationskraft der hessischen Wissenschaft undWirtschaft gestärkt werden. Die Aktionslinie Hessen-Nanotech unterstützt dabei insbesondere auch dieVernetzung von Technologie-Anbietern und -An-wendern. Im besonderen Fokus der Aktionslinie desWirtschaftsministeriums stehen die in Hessen starkausgeprägten Anwendungsbereiche Automobil,Chemie, Pharma, Biotechnologie und Medizintech-nik, Umwelt und Energie sowie Informations- undKommunikationstechnologie. An den Schnittstellenzu den Nanowissenschaften arbeitet die Hessen-Nanotech mit dem NanoNetzwerkHessen zusam-men. Projektträger der Aktionslinie Hessen-Nano-tech des hessischen Wirtschaftsministeriums ist dielandeseigene HA Hessen Agentur.

Das NanoNetzwerkHessen (NNH) wurde mit Unter-stützung der Hessischen Landesregierung von denfünf Universitäten und den fünf Fachhochschulendes Landes im März 2004 etabliert, um auf derGrundlage einer Kooperationsvereinbarung eineenge innovationsorientierte Zusammenarbeit imBereich der Nanowissenschaften zu starten. Die Ini-tiative NNH zielt darauf ab, die vorhandenen Kom-petenzen an hessischen Hochschulen zu bündeln,Kooperationen zu initiieren und den Nanotechnolo-gie-Standort Hessen weiter auszubauen. Koordina-tor des NanoNetzwerkHessen ist die UniversitätKassel. Forscherinnen und Forscher aus den Diszi-plinen Physik, Chemie, Biologie, Pharmazie, Medi-zin, Materialwissenschaften und den verschiedens-ten Fächern der Ingenieur- und sogar Geisteswis-senschaften arbeiten an hessischen Hochschulen aufGebieten der Nanowissenschaften. Gerade dieseDurchdringung klassischer Disziplinen verstärktganz wesentlich das Innovationspotenzial dieserWissenschaft und bietet in Hessen ausgezeichneteAusgangsbedingungen für Kooperationen. DieTechnologien, die heute an hessischen Hochschulenvertreten sind, sind breit gefächert und reichen vonnanoskaligen und nanostrukturierten Werkstoffen,Nanosystemtechnik über Nanomedizin, Nanomate-rialchemie, Nanobiotechnologie bis hin zur Nanoa-nalytik. Forschungs- und Entwicklungsaufgaben indiesen Feldern bereits im vorwettbewerblichenBereich gemeinsam mit Wissenschaftlern, Entwick-lern und Anwendern zu betreiben und damitAkteure, Ressourcen und Aktivitäten zusammenzu-führen, eröffnet den Netzwerkpartnern nicht nur dieErschließung komplementärer Ressourcen, sondernverbindet auch Wissenschaft deutlicher als bishermit wirtschaftlicher Anwendung und trägt damit zueiner schnelleren Umsetzung von nanotechno-logischemWissen in Produkte, Produktionsverfahrenund Dienstleistungen bei.

KONTAKTwww.hessen-nanotech.de

a Hessisches Ministerium für Wirtschaft,Verkehr und LandesentwicklungDr. Rainer H. WaldschmidtKaiser-Friedrich-Ring 75, 65185 WiesbadenTelefon 0611 815 -2471Telefax 0611 815 -492471rainer.waldschmidt@hmwvl.hessen.dewww.wirtschaft.hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHAlexander Bracht (Projektleiter Hessen-Nanotech)Markus LämmerAbraham-Lincoln-Straße 38–42, 65189 WiesbadenTelefon 0611 774-8614, - 8664Telefax 0611 774-8620alexander.bracht@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

KONTAKTwww.nanonetzwerkhessen.de

a Dr. Beatrix Kohnke(Leitung der Geschäftsstelle)Kai Ludolph (Projektmanager)Mönchebergstraße 19, 34109 KasselTelefon 0561 804-2219, -2018Telefax 0561 804-2226kai.ludolph@nanonetzwerkhessen.de

Regionale Aktivitäten und Netzwerke

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Im TechnologieTransferNetzwerk (TTN-Hessen) ha-ben sich seit 2001 die hessischen Hochschulen unddie führenden Wirtschaftsverbände zusammen-geschlossen, um das vorhandene Angebot zur För-derung des Wissens- und Technologietransfers mit-einander zu vernetzen und mittelständischen Unter-nehmen den Zugang zum wissenschaftlichen undtechnologischen Potenzial der Hochschulen und For-schungseinrichtungen zu erleichtern. Um dieses Zielgerade im Bereich der Nanotechnologien umsetzenzu können, arbeitet das TTN mit seinem Netzwerk-partner Aktionslinie Hessen-Nanotech zusammen.Typische Beispiele für diese Zusammenarbeit sindgemeinsam durchgeführte Unternehmensbefragun-gen und technologieorientierte Veranstaltungen. Beider IHK-Innovationsberatung Hessen in Darmstadt,Gießen, Fulda, Kassel und Offenbach wurden regio-nale Beratungsstellen für Technologietransfer ein-gerichtet. Sie haben die Aufgabe aktiv auf die Unter-nehmen zuzugehen und Hilfestellung beim Zugangzum anwendungsorientierten Know-how der Hoch-schulen anzubieten. Begleitend steht unter www.ttn-hessen.de eine gemeinsame Plattform zur Vermark-tung von Kooperationsangeboten der Hochschulenzur Verfügung. Unter dem Dach des TTN-Hessenhaben sich die hessischen Hochschulen zur gemein-samen Patent-Verwertungsoffensive HIPO zusam-mengeschlossen. Sie betreut Erfinder bei Schutz-rechtsanmeldungen und Verwertungsverträgenauch auf dem Gebiet der Nanotechnologien. DasTTN-Hessen wird unterstützt und kofinanziert durchdie hessischen Ministerien für Wirtschaft und für Wis-senschaft, die HA Hessen Agentur GmbH (Geschäfts-stelle), die Arbeitsgemeinschaft hessischer IHKs undden Europäischen Sozialfonds (ESF).

Seit Anfang der 80er Jahre bieten die hessischenIndustrie- und Handelskammern einen besonderen,kostenfreien Service, um Unternehmen bei ihrenInnovationsanstrengungen zu unterstützen: die IHK-Innovationsberatung Hessen. In einer Zeit, in derTechnologie- und Marktveränderungen immer kür-zere Innovationszyklen vorgeben, bietet das Kom-petenzzentrum insbesondere kleinen und mittelstän-dischen Unternehmen seinen unternehmens- undpraxisnahen Service an. Die IHK-Innovationsbera-tung ist neutraler Informationsmakler und begleitetaktiv die Vernetzung und Clusterbildung von tech-nologieorientierten Unternehmen und Forschung.Neben konkreten Innovationshilfen, wie beispiels-weise einer individuellen Beratung sowie Publikatio-nen, fördern die hessischen IHKs den intensivenAustausch zwischen Vertretern aus Wirtschaft,Wissenschaft und Politik durch technologie- undbranchenorientierte Veranstaltungen. Ein besonde-rer Fokus liegt seit 2004 auf den Nanotechnologienund deren Potenzialen für die Wirtschaft. So wurdegemeinsam mit den regionalen Beratungsstellendes TechnologieTransferNetzwerk Hessen und demWirtschaftsministerium eine Veranstaltungsreihe auf-gelegt, welche die Einsatz- und Anwendungs-möglichkeiten der Nanotechnologien in verschie-denen Branchen näher beleuchtet. Die Themengehen von „Nanotechnologien im Automobil vonmorgen“ über „Nanotechnologien in der Medizin-technik“ bis hin zur „Nano-Elektronik“ und „Nano-Oberflächentechnik“.

KONTAKTwww.ttn-hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHDr. Gerrit Stratmann (Projektkoordination)Abraham-Lincoln-Straße 38–42, 65189 WiesbadenTelefon 0611 774-8691Telefax 0611 774-8620gerrit.stratmann@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

KONTAKTwww.itb-hessen.de

a IHK-Innovationsberatung HessenDetlev OsterlohBörsenplatz 4, 60313 Frankfurt am MainTelefon 069 2197-1219Telefax 069 2197-1484d.osterloh@frankfurt-main.ihk.de

a Automotive-Cluster Rhein-Main-Neckar:Martin ProbaIndustrie- und Handelskammer DarmstadtTelefon 06151 871-234Telefax 06151 871-100234proba@darmstadt.ihk.dewww.automotive-cluster.org

a Arbeitsgemeinschaft Mobil – HessischesNetzwerk der Automobil-ZulieferindustrieRKW Hessen GmbHSascha GutzeitDüsseldorfer Straße 4065760 EschbornTelefon 06196 9702-21Telefax 06196 9702-99s.gutzeit@rkw-hessen.dewww.rkw-hessen.de

a Transnational Clustering in theAutomotive Sector (TCAS)(EU-Projekt)Dr. Gerrit StratmannProjektkoordinationHA Hessen Agentur GmbHAbraham-Lincoln-Straße 38–4265189 WiesbadenTelefon 0611 774 -8691Telefax 0611 774 -8620gerrit.stratmann@hessen-agentur.dewww.hessen-agentur.de

a Materials Valley e.V.Dr. Wulf Brämer, Geschäftsführerc/o Heraeus Holding GmbHHeraeusstraße 12–14, 63450 HanauTelefon 06181 355118wulf.braemer@heraeus.comwww.materials-valley-rheinmain.de

a MaterialforschungsverbundRhein-Main (MatFoRM)Dr. Roland PlatzMagdalenenstraße 464289 DarmstadtTelefon 06151 16-3362platz@matform.tu-darmstadt.dewww.matform.tu-darmstadt.de

a Mikrosystemtechnik-NetzwerkRhein-Main e.V.Prof. Dr. Helmut F. SchlaakVorsitzender des VorstandesRheinstraße 8964295 DarmstadtTelefon 06151 871284Telefax 06151 871 100 284www.mst-rhein-main.de

a Anwendungszentrum Metallformgebung (AWZ)Lehrstuhl für UmformtechnikProf. Dr.-Ing. habil. Kurt SteinhoffKurt-Wolters-Straße 334125 KasselTelefon 0561 804-2705Telefax 0561 804-2706umformtechnik@uni-kassel.de

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Weitere Netzwerke

a MoWiN.net e. V. – MobilitätswirtschaftNordhessen NetzwerkKarsten BuschStändeplatz 1334117 KasselTelefon 0561 97062-19Telefax 0561 97062-22info@mowin.netwww.mowin.net

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5 Stellungnahmen wichtiger Verbände

Verband der Automobilindustrie (VDA)

Der Verband der Automobilindustrie (VDA) fördertnational und international die Interessen der gesam-ten deutschen Automobilindustrie auf allen Gebietender Verkehrswirtschaft, so zum Beispiel in der Wirt-schafts-, Verkehrs- und Umweltpolitik, der techni-schen Gesetzgebung, der Normung und Qualitäts-sicherung. Außerdem veranstaltet der VDA in eigenerRegie die Internationale Automobil-Ausstellung (IAA),die jährlich stattfindet. In ungeraden Jahren steht dieIAA PKW auf dem Programm, in geraden Jahren istdie IAA Nutzfahrzeuge angesagt.

Der VDA setzt sich konsequent für die Stärkung derindividuellen Mobilität ein. Er hat mehr als 570 Mit-gliedsfirmen. Unter dem gemeinsamen Dach desVDA sind sowohl Automobilhersteller als auch Zu-lieferunternehmen organisiert. Sie stehen für einenJahresumsatz von 235 Mrd. Euro und 767.000 Mit-arbeiter. Die VDA-Zentrale befindet sich in FrankfurtamMain. Darüber hinaus unterhält der VDA Büros inBerlin und Brüssel. In der VDA-Geschäftsstelle inFrankfurt haben der Präsident, die drei VDA-Ge-schäftsführer und der überwiegende Teil der 80 Mit-arbeiter ihren Dienstsitz.

Stellungnahme des VDA

Die deutsche Automobilindustrie verdankt ihre weltweite Führungs-

position ihrer anerkannt hohen Innovationskraft.Werkstoffe wirken als

treibende Kraft für innovative, industrielle Produktentwicklungen. Sie

prägen die technologische Leistungsfähigkeit der Automobilindustrie

und steigern die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen. Nanotech-

nologien sind eine der Kernkompetenzen der Automobilindustrie, die

zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit beiträgt. Die Automobilindustrie

ist der Motor der anwendungsorientierten Nanoforschung. Laufende

Entwicklungen werden hinsichtlich ihres Nutzens zur Weiterentwick-

lung bestehender Komponenten bewertet. Die Realisierung neuer

Effekte und faszinierender Funktionen im Fahrzeug wird durch Nano-

technik erst möglich. Im Vordergrund stehen Produktdifferenzierung

im internationalen Wettbewerb und der Kundennutzen unter den

Aspekten Sicherheit, Umwelt und Komfort. Die Nanotechnologien

haben bereits seit Jahren in der Automobilindustrie einen festen Platz.

So verhindern abblendbare Spiegel, dass der Fahrer geblendet wird,

darüber hinaus sind blendfreie Instrumente und Wärmeschutzvergla-

sungen Beispiele für den Einsatz von Nanomaterialien. Mit Hilfe von

Nanopartikeln haften Reifen auf den unterschiedlichen Straßen-

belägen und Straßenzuständen besser. Das Automobil der Zukunft

zeigt mit Hilfe der Nanotechnologien Visionen von der intelligenteren

Reaktion auf Umweltreize und Fahrerverhalten. Scheiben und Spiegel

werden sich den äußeren Lichtverhältnissen anpassen und zahlreiche

Sensoren vorausschauend den Fahrzustand bei Änderung der Wetter-

lage oder bei Kollisionsgefahr erfassen. Wichtig werden auch ästhe-

tisch-funktionale Aspekte, die durch Nanotechnologien erschlossen

werden: Durch schaltbaren Farbwechsel der Lacke und Umbaumög-

lichkeiten bei Leichtbaukonzepten erhält das Fahrzeug ein individuell

anpassbares äußeres Erscheinungsbild. Bei Karosserie, Chassis und

Motorleichtbau kommen Verbundwerkstoffe mit neuen Eigenschaften

zum Einsatz, die leichter und crashresistenter sind. Gerade bei Fahr-

zeugantrieb und Komponenten haben die Nanotechnologien erhebli-

ches Optimierungspotenzial im Hinblick auf die weitere Verbrauchs-

und Emissionsreduzierung. Nanopartikel sind bereits Basis für die Her-

stellung von Katalysatoren. Da der Verschleiß von Komponenten funk-

tionale Eigenschaften des Fahrzeugs, wie Lebensdauer, Verbrauch,

Emission und Geräusche beeinflusst, werden durch Nanotribologie

neue Potenziale erschlossen. Durch optimale nanotechnologische

Beeinflussung der Werkstoffoberflächen gelingt es, die Verschleißbe-

ständigkeit zu erhöhen. Nicht nur die Optimierung des Verbren-

nungsmotors, sondern vor allem auch die Weiterentwicklung alter-

nativer Antriebskonzepte steht bei der Reduzierung von Verbrauch und

Emissionen im Sinne einer nachhaltigen weltweiten Mobilität im

Mittelpunkt. Die Zukunft der Antriebstechnologie gehört der Brenn-

stoffzelle als echtem ‚Zero-Emission’-Fahrzeug. Nanotechnologische

Produkte werden eingesetzt, um die Diffusionsmembranen der Brenn-

stoffzellen zu optimieren. Zellen-Elektroden aus Kohlenstoff-Nano-

röhrchen können eine höhere Energiedichte erzielen. Natürlich birgt

der Einsatz neuer Technologien immer auch Risiken. Diese sind in der

Grundlagenforschung zu hinterfragen und müssen beantwortet sein,

wenn die jeweiligen Projekte von der Prinzip- zur Konzepttauglichkeit

geführt werden. Partnerschaften mit Forschungszentren weltweit sind

hier von allergrößter Bedeutung. Die Automobilindustrie erreicht den

Einsatz neuer Materialien durch die anwendungsorientierte Forschung

zusammen mit Materialherstellern, Forschungsinstituten und Zuliefe-

rern. Ausgehend von neuen Anforderungen im Fahrzeugbau überneh-

men innovative Zulieferer wichtige Forschungsaufgaben in den Nano-

technologien. Der Einsatz der Nanotechnologien stärkt und fördert die

Wirtschaftlichkeit und Wettbewerbsfähigkeit der Automobilindustrie

am Standort Deutschland. Politik und Wissenschaft sind aufgefordert,

gemeinsam mit der Automobilindustrie den Nanotechnologien zum

Durchbruch zu verhelfen.

a Verband der Automobilindustrie e.V. (VDA)Westendstraße 61, 60325 FrankfurtTelefon 069 97507-299Telefax 069 97507-320

www.vda.de

a Verein Deutscher Ingenieure e.V.Kompetenzfeld NanotechnikPostfach 10 11 3940002 DüsseldorfTelefon 0211 6214-254Telefax 0211 6214-160kfnt@vdi.de

www.vdi.de

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Kompetenzfeld Nanotechnik des VereinsDeutscher Ingenieure (VDI)

Der VDI ist heute mit rund 125.000 persönlichen Mit-gliedern der größte technisch-wissenschaftliche Ver-ein in Deutschland und international führend. Seinenormes technischesWissen in den verschiedenstenBranchen und branchenübergreifenden Bereichensowie in der Ingenieurförderung generiert er ausdem Netzwerk seiner Mitglieder und Kooperations-partner sowie in Zusammenarbeit mit Wirtschaft undWissenschaft. Als einer der größten technisch-natur-wissenschaftlichen Vereine Europas und anerkann-ter Sprecher der Technik in Deutschland sieht sichder VDI verpflichtet, die Technik zum Nutzen für Wis-senschaft, Industrie und Gesellschaft zu fördern undaktiv mitzugestalten. Die Nanotechnik nimmt hiereinen besonderen Platz als Innovationsmotor für dasbeginnende Jahrtausend ein.

Aufgabenschwerpunkt des VDI-KompetenzfeldesNanotechnik ist der gezielte Wissenstransfer durchdie Bildung von hochqualifizierten Netzwerken undExpertenforen, die Erarbeitung von VDI-Richtlinienund eine intensive Öffentlichkeitsarbeit. Dabeierfolgt der Austausch und die Diskussion von Ideenund Meinungen auch branchenübergreifend, umSynergiepotenziale frühzeitig zu erkennen und zumNutzen aller umzusetzen.

Stellungnahme des Kompetenzfeldes Nanotechnikdes Vereins Deutscher Ingenieure (VDI)

Die Automobilindustrie ist für die deutsche Wirt-schaft von überragender Bedeutung. 2004 lag derUmsatz der deutschen Automobilindustrie bei etwa226 Mrd. Euro. Jeder siebte Arbeitsplatz in Deutsch-land hängt von der Automobilindustrie ab. Zudemwird mehr als ein Drittel des gesamten industriellenFuE-Budgets in Deutschland von der Automobilin-dustrie aufgebracht.

Auf der anderen Seite entwickeln sich die Nano-technologien nach Ansicht führender Experten zueiner der bedeutendsten Schlüsseltechnologiendieses Jahrhunderts. Bereits heute wird in mehre-ren Studien das aktuelle Weltmarktvolumen aufetwa 100 Mrd. Euro geschätzt mit stark wachsenderTendenz für die Zukunft. Es ist daher offensichtlich,dass die Nanotechnologien, die bereits heute inAnsätzen in der Automobilindustrie genutzt wer-den, zunehmend von Bedeutung für die Automo-bilindustrie sein werden. Die treibenden Kräfte fürden stetigen Innovationsprozess in der Automobil-industrie liegen dabei in dem Bedarf der Kundenund der Gesellschaft nach Fortschritten in ökono-mischer und ökologischer Hinsicht wie auch inBezug auf Komfort und Sicherheit. Die Nanotech-nologien können dabei wesentlich zu allen Aspek-ten beitragen.

Heutige Anwendungen der Nanotechnologien inder Automobilindustrie liegen beispielsweise imEinsatz nanoskaliger Rußpartikel in Autoreifen, diemaßgeblich für die exzellenten Eigenschaften wieniedriger Rollwiderstand, lange Lebensdauer sowiegute Haftung bei Trockenheit wie Nässe verant-wortlich sind. Nanopartikelverstärkte Klarlacke oderauch ultradünne Antireflex- oder Sonnenschutz-beschichtungen sind weitere Beispiele. Auch super-harte amorphe Kohlenstoffschichten finden auf-grund ihrer sehr hohen Härte und des niedrigenReibungskoeffizienten zunehmend Verwendung.

Mittelfristig realisierbar erscheinen nanopartikel-verstärkte Materialien, gegebenenfalls sogar auf derBasis von Kohlenstoff-Nanoröhren, oder etwa easy-to-clean-Oberflächen. In ferner Zukunft sind sogarAnwendungen der Nanotechnologien wie etwaselbstreparierende Lacke oder schaltbare Farbendenkbar. Angesichts der wirtschaftlichen Bedeutungder Automobilindustrie für Deutschland kommtdem Einsatz der Nanotechnologien in diesem Feldeine besondere Bedeutung zu, die es konsequentzu erschließen gilt, um den Forschungs- und Wirt-schaftsstandort Deutschland optimal zu stärken.

a Zentralverband Elektrotechnik- undElektronikindustrie e.V.Fachverband Bauelemente der ElektronikStresemannallee 1960596 FrankfurtTelefon 069 6302-276Telefax 069 6302-407

www.zvei.de

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ZVEI – Zentralverband Elektrotechnik-und Elektronikindustrie e.V.

Der ZVEI vertritt die wirtschafts-, technologie- undumweltpolitischen Interessen der deutschen Elektro-industrie auf nationaler, europäischer und internatio-naler Ebene. Er informiert gezielt über die wirt-schaftlichen, technischen und rechtlichen Rahmen-bedingungen für die Elektroindustrie in Deutschland.

Der ZVEI fördert die Entwicklung und den Einsatzneuer Technologien durch Vorschläge zur For-schungs-, Technologie-, Umweltschutz-, Bildungs-und Wissenschaftspolitik. Er unterstützt eine markt-bezogene, internationale Normungs- und Standar-disierungsarbeit.

Grundlage der Verbandsarbeit ist der Erfahrungs-und Meinungsaustausch zwischen den Mitgliedernüber aktuelle technische, wirtschaftliche, rechtlicheund gesellschaftspolitische Themen im Umfeld derElektroindustrie. Hieraus werden gemeinsame Posi-tionen erarbeitet.

Aus dem engen Kontakt des ZVEI mit Politik undöffentlicher Verwaltung sowie aus dem verbandsin-ternen Erfahrungsaustausch resultieren umfassende,auf die spezifischen Bedürfnisse der Elektroindustrieabgestimmte Informationen über markt- und wett-bewerbsrelevante Entwicklungen. Die Mitglieds-unternehmen nutzen diesen Wissensvorsprung, umihre internationale Wettbewerbsfähigkeit zu ver-bessern.

Stellungnahme des ZVEI zur Anwendung derNanoelektronik im Automobil

Innovationen sind in der automobilen Welt dertreibende Faktor, der das Fahrzeug zum Markt-erfolg führt. Aber nicht nur die direkt ersichtlichenInnovationen zum Beispiel im Bereich der multi-medialen Anwendungen sind die Treiber derEntwicklungen, sondern vor allem die Sicherheitdes Autofahrens steht im Fokus der Zukunft. Auto-fahren einfacher, sicherer und komfortabler zumachen, ist das Ziel der Innovation. Ein Ziel, das inden modernen Fahrzeugen ohne Elektronik nichtmehr realisierbar ist.

Und die Elektronik im Fahrzeug nimmt weiter zu,da immer mehr Applikationen ihre Funktionsfähig-keit nur durch Elektronik erreichen können. Einehohe Herausforderung an die technische Koordi-nation der einzelnen Entwicklungen im immerenger werdenden Raum eines Automobils. Abervor allem eine Herausforderung an jedes Bauele-ment der Elektronik, das immer kleiner und trotz-dem leistungsfähiger sein muss. Genau an diesemPunkt setzt die Nanoelektronik an, um dieseHerausforderung an das Bauelement und dieApplikation auf engstem Raum mit höchster funk-tioneller Sicherheit erreichen zu können.

Erfreulicherweise hat sich der Standort Deutsch-land zu einem Technologieführer in der Nanoelek-tronik entwickelt. Erfreulich auch, dass diesePosition weiter ausgebaut werden kann. Der hoheintellektuelle Anteil an der Wertschöpfung kommtbei der Nanoelektronik dem WirtschaftsstandortDeutschland zu Gute. Somit spielen die häufigzitierten hohen Produktionskosten am StandortDeutschland im Falle der Nanoelektronik eine ehernebensächliche Rolle. Der ZVEI begrüßt diese sehrpositive Situation in der Nanoelektronik und wirdalle Bemühungen zur Weiterentwicklung desStandorts Deutschland nach Kräften unterstützen.

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6.1 Glossar

a Composit

Siehe Komposit.

a Elektrorheologie

Elektrorheologie ist die Änderung der Fließeigen-schaften eines Materials durch Wirkung eines äuße-ren elektrischen Feldes.

a Farbzentren

Ein Farbzentrum ist ein Gitterdefekt in einem kristal-linen Festkörper mit einer nicht besetzten negativenIonenpositition (Leerstelle) und einem oder mehre-ren diese Position besetzenden Elektron(en). Derar-tige Effekte absorbieren Licht und lassen ansonstenfarblose Kristalle farbig erscheinen.

a Hydrophob

Mit diesem Fachausdruck aus der Chemie werdenSubstanzen bezeichnet, die sich nicht mit Wassermischen und es auf Oberflächen meist „abperlen“lassen. Oberflächen mit einem Kontaktwinkel vonmehr als 90° gegenüber Wasser werden auch alssuperhydrophob bezeichnet. Von solchen Oberflä-chen perlt Wasser sehr gut ab. Hydrophobe Ober-flächen bestehen in der Regel aus hydrophobenSubstanzen oder sind von diesen bedeckt. Ein Bei-spiel ist die Beschichtung von Oberflächen mit PTFE,allgemein als Teflon bekannt. Ein Extrembeispiel füreine hydrophobe Oberfläche ist die Oberfläche vonBlättern und Blüten des Lotus.

a Kieselsäure

Als Kieselsäuren werden die Sauerstoffsäuren desSiliziums bezeichnet. Im Deutschen hat es sich ein-gebürgert, auch alle möglichen Formen von synthe-tischem Siliziumdioxid allgemein als Kieselsäure zubezeichnen.

a Komposit

Aus dem Englischen stammende Bezeichnungfür Verbundwerkstoff.

a Korngröße

Der Begriff Korngröße beschreibt die Größe von Par-tikeln. Wären Partikel perfekte Kugeln, könnte manden Kugeldurchmesser als Maß für die Korn- / Par-tikelgröße heranziehen. In der Praxis handelt es sichum unterschiedlich geformte Körper. Für dieBeschreibung deren Größe bedient man sich desÄquivalentdurchmessers, das heißt man bezieht dieMesswerte auf die gleichgroßer Kugeln.

a Lotus-Effekt

Der Lotuseffekt beruht auf einer Kombination einerhydrophoben Oberfläche (natürliches Wachs) miteiner speziellen Oberflächenstruktur, die durchWachsschuppen gebildet wird. Ein Wassertropfenperlt dadurch noch wesentlich besser ab, als er esvon einer glatten Oberfläche aus dem gleichenWachs tun würde und nimmt anhaftenden Staub ein-fach mit. Dieser Effekt wird zunehmend in die Tech-nik übertragen und zum Beispiel für „Easy-to-Clean-Schichten“ genutzt.

a Nanostrukturierte Werkstoffe

Über Verfahren und Prozesse der zumeist chemi-schen Nanotechnologien hergestellte Nanokompo-site. Hierbei steht die Herstellung und gezielte Nut-zung von nanoskaligen Strukturen zur Erzeugungund Verbesserung von Werkstoffeigenschaften imVordergrund.

a OEM (Original Equipment Manufacturer)

Unter einem Original Equipment Manufacturer(deutsch: Originalausrüstungshersteller) verstehtman einen Hersteller von fertigen Komponentenoder Produkten, der diese in seinen eigenen Fabri-ken produziert, sie aber nicht selbst in den Handelbringt. In vielen Branchen hat sich jedoch die gegen-teilige Bedeutung des Begriffs OEM etabliert. So ver-steht man zum Beispiel in der Automobilindustrieunter einem OEM eine Firma, die nicht Orginal-hersteller eines Produkts ist, sondern ein fertigesProdukt weiterverarbeitet und unter eigenem Namenin den Handel bringt.

6 Anhang

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a Oleophob

Fettabweisend; Öle und Fette können an oleopho-ben Oberflächen nicht haften beziehungsweise ein-dringen. Sie können einfach entfernt werden. Ver-gleiche die Analogie „hydrophob“.

a PET

Polyethylenterephthalat (Kurzzeichen PET) ist einthermoplastischer Kunststoff aus der Familie derPolyester.

a Piezoelektrischer Effekt

Piezoelemente erzeugen Elektrizität, wenn siegestreckt oder gestaucht werden, so auch den Zünd-funken in „elektronischen“ Feuerzeugen. Umgekehrtkann ein piezoelektrischer Kristall mit elektrischenSpannungen hauchfein, auf Bruchteile eines Atom-durchmessers, verformt werden.

a Remanenz

Die zurückbleibende Magnetisierung / Remanenz-flussdichte eines ferromagnetischen Körpers, wenndas äußere Magnetfeld abgeschaltet wird. Stoffe mithoher Remanenz werden als „magnetisch” bezeichnet.

a Silica

Siehe Kieselsäure.

a Stöchiometrisch

Stöchiometrisch bedeutet nach quantitativenGesetzen reagierend.

a Van-der-Waals-Bindung

Eine Van-der-Waals-Bindung ist die Anziehung zwi-schen Dipolmolekülen und dieWechselwirkung zwi-schen unpolaren Molekülen. Die Ursache für dieAnziehung zwischen unpolaren Molekülen ist einenur kurzzeitig unsymmetrische Elektronenverteilung.Es bildet sich ein temporärer Dipol, der benachbarteMoleküle polarisiert und dadurch weitere Dipoleinduziert, die eine elektrostatische Anziehung bewir-ken. Die Van-der-Waals-Bindung nimmt mit steigen-der Molekülgröße zu. Sie ist jedoch sehr schwach imVergleich zu anderen Bindungsarten, wie der Ionen-oder Atombindung.

a X-by Wire

X-by-Wire steht für „X” über Draht und das „X” kannfür jede beliebige Kfz-Funktion stehen: Für Gas-by-Wire mit den Funktionen des Vergasers, der Einsprit-zung, Abgasrückführung, oder für Power-by-Wire mitden Funktionen des Anlassers, der Lichtmaschine,Zündung usw. oder für Shift-by-Wire mit den Steuer-funktionen für Schaltgetriebe, Allrad und Kupplungoder bei Drive-by-Wire für die Rückinformation überdie Unebenheit der Straße. Die Lenkbewegung gehtdamit zuerst in ein elektrisches Signal über, das alsSteuersignal dem Steuergerät für die Lenkung zurVerfügung gestellt wird.

a Zylinderlaufbahnen

Bauteil im Verbrennungsmotor, in der die Erzeugungder Kraft erfolgt. Im Zylinder befindet sich der Kolben,welcher durch die Verbrennung des Kraftstoff-Luft-Gemisches auf und ab bewegt wird. Die Wände imZylinder werden als Zylinderlaufbahnen bezeichnet.

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6.2 Internetlinks zu Nanotechnologien

a Aktionslinie Hessen-Nanotechwww.hessen-nanotech.de

a Plattform zu Nanotechnologien in Hessenwww.nanotech-hessen.de

a HA Hessen Agentur GmbHwww.hessen-agentur.de

a Förderinitiative NanoHEwww.nanoHE.de

a TTN-HessenTechnologieTransferNetzwerk Hessenwww.ttn-hessen.de

a Portal des BMBF und VDI zu Nanotechnologienwww.techportal.de

a Kompetenznetzwerke in denNanotechnologien in Deutschlandwww.kompetenznetze.de/navi/de/Innovationsfelder/nanotechnologie.html

a Informationsserver (Cordis) der EU zu Nano-technologien Priorität im 6. Rahmenprogrammwww.cordis.lu/nanotechnology/

a Internetportal „Nanoforum” zu den Nanotechno-logie-Aktivitäten innerhalb der EUwww.nanoforum.de

a „NanoNetzwerkHessen“www.nanonetzwerkhessen.de

a Leitinnovation NanoMobilwww.nanomobil.de

a Staufreies Hessen 2015www.staufreieshessen2015.de

a Internetplattform zum verantwortlichenUmgang mit Nanomaterialien

Als Service für die in Hessen tätigen Unterneh-men hat die Aktionslinie Hessen-Nanotech desHessischen Ministeriums für Wirtschaft, Verkehrund Landesentwicklung im Internet eine Infor-mationsplattform für den verantwortlichen Um-gang mit Nanomaterialien zur Verfügunggestellt. Sie soll Unternehmen, aber auch Wis-senschaftlern sowie Anwendern und Interes-sierten helfen, einen schnellen und guten Über-blick über die aktuellen Forschungsaktivitätenund die Diskussion um potenzielle Risiken vonNanotechnologien zu gewinnen.www.nanotech-hessen.de/infoplattform-nanorisiken

6.3 Literaturverzeichnis

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a Bauer, H.-P., „Innovative Antriebskonzepte undAktorik in der Fahrzeugtechnik; Elektro-fahrzeuge und Kfz-Elektronik, Folien zur Vor-lesung, Darmstadt, 2005.

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a Böcker, J, „Antriebe für umweltfreundlicheFahrzeuge“, Universität Paderbron, Skript zurVorlesung, 2006.

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a Heubach, D. et al., „Einsatz von Nanotechnolo-gie in der hessischen Umwelttechnologie –Innovationspotenziale für Unternehmen“, Hrsg:HA Hessen Agentur, Wiesbaden, 2005.

a Klockmann, O., Sprit sparend und Umweltscho-nend“, elements, degussa Science Newsletter,Nr. 16, 4-11, 2006.

a Langner, U., Vortrag „Nanotechnologie in derGalvanotechnik – Praxisbeispiel für den Einsatzbei korrosionsschützenden Beschichtungen“,gehalten auf dem 5. hessischen Automobil-Zuliefertag am 19.09.2006 in Darmstadt.

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a Noack, A., „Nanotechnologien für die optischeIndustrie. Grundlage für zukünftige Innovatio-nen in Hessen“, Hrsg.: HA Hessen Agentur,Wiesbaden, 2006.

a Oberholz, A., „Innovation ist der Schlüssel!“,Statement anlässlich der Veranstaltung„Degussa Meets Science“ am 13./14. Dezember2001 in Düsseldorf von Dr. Alfred Oberholz,Mitglied des Vorstands der Degussa AG.

a Oberholz, A., „Mit Zwergentechnologie zumAutomobil der Zukunft“, Hessen-NanotechNEWS, Nr. 4, 6-12, 2006.

a Postinett, A., „Festplatte im Auto speichert dieDaten für die Navigation“, Handelsblatt,15.06.2005.

a Rudolph, S., „Neue Alternativen im Automobil-bau: Zunehmende Konkurrenz für den Werk-stoff Stahl“, DOWJONES Stahlmonitor, Nr. 4, 18.April 2006.

a Scheu, M., “Nanotechnology Patents at theEPO”, International Symposium on Nanotech-nology and Patenting, The Hague, 9. - 10.November 2004.

a Steingrobe, B., Vortrag „Nanotechnology in theAutomobile Sector“, gehalten auf der Nano-Equity Europe 2006 am 10.07.2006 in Frankfurtam Main.

a SusTech, Kleben mit Nano-Antennen, 2003.

a TAB – Büro für Technikfolgenabschätzung beimDeutschen Bundestag, TA-Projekt Nanotechno-logie, Endbericht, Arbeitsbericht Nr. 92, 2003.

a Taneike, M. et al., “Creep-strengthening of steelat high temperatures using nano-sized carboni-tride dispersions”, in: Nature, Volume 424,Number 6946, 294-296, 2003.

a Volkswagen AG, Nanotechnologie im Automo-bilbau, 2003.

a Wagner, V. und Zweck, A., „NanoMedizin –Innovationspotenziale in Hessen für Medizin-technik und Pharmazeutische Industrie“,Hrsg.: HA Hessen Agentur, Wiesbaden, 2006.

a Warzelhan, V.: Vortrag „BASF – Innovationpipeline automotive“, gehalten auf der Nano-Equity Europe 2006 am 10.07.2006 in Frankfurtam Main.

Schriftenreiheder Aktionslinie Hessen-Nanotech desHessischen Ministeriums für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung

Band 1 Einsatz von Nanotechnologie inder hessischen UmwelttechnologieInnovationspotenziale für Unternehmen

Band 2 NanomedizinInnovationspotenziale in Hessenfür Medizintechnik undPharmazeutische Industrie

Band 3 Nanotechnologie im AutoInnovationspotenziale in Hessen fürdie Automobil- und Zuliefer-Industrie

Band 4 NanoKommunikationLeitfaden zur Kommunikation vonChancen und Risiken der Nanotechno-logien für kleine und mittelständischeUnternehmen in Hessen

Supplement zum LeitfadenNanoKommunikationInnovationsfördernde Good-PracticeAnsätze zum verantwortlichen Umgang mitNanomaterialien

Band 5 Nanotechnologien fürdie optische IndustrieGrundlage für zukünftigeInnovationen in Hessen

Band 6 NanoProduktionInnovationspotenziale für hessischeUnternehmen durch Nanotechnologienim Produktionsprozess

Band 7 Einsatz von Nanotechnologienin Architektur und Bauwesen

Band 8 NanoNormungNormung im Bereich derNanotechnologien als Chancefür hessische Unternehmen

Band 9 Einsatz von Nanotechnologienim Energiesektor

Informationen / Download / Bestellungen:www.hessen-nanotech.de

www.hessen-nanotech.deNanotechHessen

Projektträger der Aktionslinie Hessen-Nanotechdes Hessischen Ministeriums für Wirtschaft,Verkehr und Landesentwicklung