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Im Rahmen der Eröffnung der 56. Chemiefasertagung Dornbirn 2017 wurde Dr.-Ing. Markus Beckers am 13. September 2017 mit dem Paul Schlack Honorary Prize 2017 ausgezeichnet. Mit dem Preis, der nach dem Erfinder Paul Schlack von Polyamid 6/Perlon benannt ist, zeichnet die European Man-Made Fibres Association alljährlich einen Projektleiter von Gemeinschaftsprojekten aus, an dem Universitäten/Forschungsinstitute und Industrieunternehmen beteiligt waren sowie deren Forschungsergebnisse eine herausragende Leistung auf dem Gebiet der Chemiefasern darstellen.
Im vorliegenden Fall, dem Projekt „Entwicklung und Analyse eines neuartigen Herstellungsverfahrens für optische Polymerfasern (POF)“ waren das neben dem Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen University (ITA), an dem Herr Dr.-Ing. Markus Beckers aktuell Abteilungsleiter für Intelligente Fasersysteme ist, die deutschen Industrieunternehmen Deutsche Telekom AG, Bonn, Perlon-Monofil GmbH, Dormagen sowie Sojitz Europe plc., Düsseldorf beteiligt.
Unter dem Begriff „optische Polymere“ werden Polymermaterialien zusammengefasst, die in optischen- bzw. Daten- und Signalübertragungstechnologien Verwendung finden. Hierzu werden beispielsweise Filamente aus optischen Polymeren (polymeroptische Fasern/POF) genutzt, welche mittels Extrusions- oder Ziehprozesse unter Zuführung von Wärme hergestellt werden. Maßgeblich für deren Eignung in optischen Fasern sind die physikalischen Eigenschaften der Polymermaterialien, insbesondere der Brechungsindex, sowie das Strukturbildungsverhalten der Polymere im Abkühlprozess. Vor allem sind diejenigen Materialien geeignet, die keine kristallinen Strukturen aufweisen und somit aus einer rein amorphen Phase bestehen. Polymeroptische Fasern existieren vor allem in Form von Stufenindex-Profilfasern (SI-POF) und teilweise in Form von Gradientenindex-Profilfasern (GI-POF). Während in SI-POFs eine Mehrlagenstruktur verwendet wird, in der der Faserkern einen wohldefinierten Brechungsindex besitzt, weist die Dichte in GI-POFs ein zum Zentrum ansteigenden Wert auf, was in einem zum Faserrand hin absinkenden Brechungsindex mündet. In Stufenindexfasern kann man sich die Lichtleitung durch Totalreflexion an der Grenzfläche der verwendeten Materialien vorstellen, während in Gradientenindexfasern eine kontinuierliche Brechung des Lichts innerhalb der Faser erfolgt.
GI-POF bieten vor allem den Vorteil erhöhter Bandbreite, die höhere Datenübertragungsraten ermöglicht. Sie eignen sich daher für die Datenübertragung und die Sensorik, wenn Strecken im Bereich bis zu 100 m zurückgelegt werden müssen. Allerdings sind sie aufwändiger in der Herstellung.
Die mangelnde Wirtschaftlichkeit aktueller Produktionsverfahren von GI-POF und das enorme Marktpotential optischer Polymerfasern veranlassen die an dem Gemeinschaftsprojekt beteiligten Parteien zur Suche nach einer neuen Methode zur Herstellung von GI-POF. Die zentralen wissenschaftlichen Fragestellungen lauteten: Sind optische Gradientenindex-Polymerfasern mittels Schmelzspinntechnologie realisierbar? Und ist ein Gradientenindexprofil mittels Faserführung durch ein Wasserbad gezielt herstell- und beeinflussbar? Des Weiteren: Wie verhält sich die Wirtschaftlichkeit des neuen Verfahrens verglichen mit konventionellen Verfahren?
Zu diesem Zweck wurden Fasern zum einen im Pilotmaßstab mit einem Kleinextruder der Firma Fourné Polymertechnik GmbH, Alfter-Impekoven, Deutschland, am ITA sowie im Technikumsmaßstab auf der Perlon Pilotextrusionsanlage in Dormagen unter der Leitung von Herrn Jürgen Büdenbender, Entwicklungsleiter bei der Perlon-Monofil GmbH, Dormagen, Deutschland, ausgesponnen und in einem Faktorenversuchsplan ausgewertet. "Der Faktorenversuchsplan untersuchte die wichtigsten Prozessparameter mit Einfluss auf die optische Dämpfung der Faser. Im Pilotmaßstab konnte für die Wasserbadtemperatur ein statistisch signifikanter Effekt auf die Dämpfung nachgewiesen werden,“ so Büdenbender. Des Weiteren wurden an der Hochschule für Telekommunikation Leipzig (HfTL), der Hochschule der Deutschen Telekom AG, das Brechungsindexprofil mit einer speziellen Anpassung der Nahfeld-Methode (Refracted Nearfield, RNF) bestimmt. Unter der Leitung von Professor Christian-Alexander Bunge wurde zudem der Einfluss der Abkühlrate auf die Dichte amorpher Polymere mit einem numerischen Vielteilchen-Molekülmodell theoretisch untersucht. "Das Zusammenspiel zwischen Messtechnik und theoretischer Modellierung ist für die systematische Faserentwicklung von entscheidender Bedeutung. Durch die Trägerschaft der Deutschen Telekom AG haben wir hier an der HfTL beste Voraussetzungen nicht nur beide Aspekte zusammenzubringen, sondern auch industrierelevante Forschung zu betreiben,” erklärt Prof. Bunge.
Um die ermittelten Eigenschaften der Fasern im gesamten technologischen Umfeld zu bewerten, wurde die Konkurrenz- und Kostensituation zusammen mit Herrn Peter Kröplin, Leitung Optische Polymerfasern bei der Sojitz Europe plc., bei der POF-Herstellung betrachtet. Dazu erfolgte zunächst ein technologisches Benchmarking zur Ermittlung von Konkurrenzprozessen; darin war ein Target Costing integriert: „Als Ergebnis dessen wurde deutlich, dass die Fasern mit dem neuen Prozess sogar im Pilotmaßstab wesentlich günstiger hergestellt werden können als bei der Konkurrenz. Auch die Hochskalierung auf den Technikumsmaßstab verdeutlicht zusätzlich das wirtschaftliche Potential des neuen Herstellungsverfahrens,“ so Herr Kröplin.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass durch die ermittelten Eigenschaften der hergestellten GI-POF der Beweis geliefert wurde, dass durch das neue Verfahren sowohl im Pilot- als auch im Technikumsmaßstab optische Polymerfasern mit einem Gradientenindexprofil einzig auf Grundlage eines Ein-Material-Systems ohne Dotierstoffe kontinuierlich und wirtschaftlich ausgesponnen werden können und sich Dämpfungswerte bis zu 1-2 dB/m realisieren lassen.
"Ich will ungeklärte, praktisch relevante Fragen identifizieren und zu industrietauglichen Lösungen bringen. Dies ist uns in diesem Gemeinschaftsprojekt gelungen. Es gibt nicht viele Namen, die wie Paul-Schlack und sein Perlon so eng mit der deutschen Industriegeschichte verbunden werden und solch eine positive Bekanntheit erworben haben. Aus diesem Grund ist der Paul Schlack Honorary Prize eine besondere Ehre für mich und das gesamte Team,“ so Dr.-Ing. Markus Beckers.
http://www.rwth-aachen.de
https://www.hft-leipzig.de
Symbolbild Glasfaser
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Elektrotechnik, Energie, Werkstoffwissenschaften, Wirtschaft
überregional
Buntes aus der Wissenschaft, Wettbewerbe / Auszeichnungen
Deutsch
Symbolbild Glasfaser
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