In der Zahnradherstellung wachsen einerseits die Ansprüche an die Leistungsdichte von Getrieben und ihren Geräuschemissionen, andererseits reduzieren sich die effektiven Toleranzen der Werkstücke.

Die derzeit in der Entwicklung eingesetzten Berechnungsverfahren sind nicht mehr genau genug, um Maschinen mit hoher dynamischer Belastung bereits in der Entwurfsphase zielgerichtet beurteilen zu können. Ziele des Pro­jekts sind der Einsatz und die Weiterent­wick­lung einer innovativen Methode im Ent­wick­­lungs- und Konstruktionsprozess von Werk­zeugmaschinen am Beispiel einer Wälz­stoßmaschine. Diese Methode soll die hohe dynamische Belastung der Maschine bereits während des Entwicklungsprozesses berücksichtigen und Vorhersagen über ihre Bearbeitungsergebnisse ermöglichen.

Durch den optimalen Einsatz der flexiblen Mehrkörpersimulation in Kombination mit einer methodischen Systematik sollen die Entwicklungszeiten verkürzt und gleichzeitig ei­ne hohe Qualität der Maschine gesichert wer­den. In der Entwicklungsmethodik ist ein systematisches Vorgehen abzuleiten, in dem bekannte Konstruktionsprinzipien sowie die Methoden der flexiblen Mehrkörpersimulati­on integriert und optimal genutzt werden kön­nen.

Der Einsatz flexibler Mehrkörpersysteme im Entwicklungsprozess soll in diesem Projekt noch effizienter gestaltet werden. Dafür muss es möglich werden, über die bisherigen Vorhersagen statischer und dynamischer Steifigkeiten hinaus Aussagen über das Bearbeitungsergebnis treffen zu können. An einer hoch präzisen Werkzeugmaschine soll die Aussagefähigkeit der Simulationsmethodik er­weitert, abgesichert und durch die Zusammenarbeit mit den Industriepartnern auf ihre Einsatzfähigkeit überprüft werden.

In der Vergangenheit wurden diagnostische Verfahren etabliert und verbessert, indem Erreger in vitro isoliert und vermehrt wurden. Die Infektionsgenetik zeigt, dass Faktoren wie die Gewebeeigenschaften des erkrankten Wirts und das Zusammenspiel mit anderen Erregern die Ausbreitung eines Keimes beeinflussen. Bakterien und Viren verhalten sich im Patienten anders als im Reagenzglas, Entstehung und Verlauf einer Krankheit hängen stark mit der Interaktion von Wirt und Erreger (Pathogen) zusammen. Unterschiedliche Programme des Pathogens werden abgerufen. Die Folge ist die Ausprägung unterschiedlicher Antigen-Profile. Diese Antigen-Profile sollen im Projekt identifiziert werden. Dazu gehört, die vom Erreger produzierten Proteine zu isolieren, zu modifizieren und anzureichern und für moderne Immunisierungsstrategien nutzbar zu machen.

Im Forschungsverbund wurden acht Projekte bearbeitet. Konzeptionell verfolgte der Verbund parallel zwei Strategien. Zum einen wurden in der Diagnostik neue Verfahren der Proteinanalyse anhand von MALDI-TOF-Analysatoren (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionisation) entwickelt, die die Ermittlung von Protein-Expressionsprofilen von Bakterien ermöglichen. Unter Berücksichtigung des In-vivo-Milieus können so die Antigen-Profile identifiziert werden, die eine Erkrankung definieren. Zum anderen sollten neue, verfeinerte Verfahren der T-Zell-Analyse entwickelt und Epitop-Muster viraler Infektionen definiert werden. Daraus entstehen moderne diagnostische Verfahren und Impfstoffentwicklungen. Daneben ging es um verbesserte Therapieverfahren. Die Arbeiten zielten darauf ab, durch die gezielte genetische Veränderung der Erreger gewünschte biologische Eigenschaften zu erreichen. Die modifizierten Bakterien oder Viren können direkt als Impfstoff oder als Vektor zu therapeutischen oder präventiven Zwecken verwendet werden.

Das schwungradgetriebene Rotationsreibschweißen gehört zu den Pressschweißverfahren. Eine besondere Eigenschaft ist die Möglichkeit, unterschiedliche Werkstoffe miteinander zu verbinden. Die Halbzeuge werden in der Maschine eingespannt und axial aufeinander zu bewegt. Ein Bauteil führt dabei, angetrieben durch das Schwungmassenwerk, eine Rotationsbewegung aus. Treten die Bauteile in Kontakt miteinander, wird die Rotationsenergie in Wärme umgesetzt.

Das Rotationsreibschweißen ist ein Verfahren, das meist nur bei Serienfertigungen eingesetzt wird. Grund: Die Prozessparameter müssen empirisch ermittelt werden.

Mit diesem Projekt soll das Reibschweißen genauer untersucht werden, um den Prozess in einer Simulation abzubilden und so die bisher anfänglich notwendigen Versuche zu re­duzieren und Kosten zu sparen. Im Weiteren ist geplant, einen Regelmechanismus zu entwickeln, der es erlaubt, die Bauteile in einer zueinander exakten Drehlage zu verschweißen. Die Folgen des Regeleingriffs sollen mittels Simulation abgebildet werden.

Um die Modelle zu verifizieren und die gesamte Simulation zu validieren, werden Daten aus Schweißversuchen benötigt. Bei diesen Daten werden sehr hohe Anforderungen an zeitliche Auflösung und Messgenauigkeit gestellt. Da diese mit normalen Produktionsmaschinen nicht erfüllt werden können, wird zu Beginn des Projekts im Frühjahr 2008 am Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) eine Forschungs-Reibschweißanlage in Betrieb genommen, die speziell für diese Anforderungen konzipiert worden ist.

Etwa 800.000 Bundesbürger erkranken min­destens einmal im Leben an Schizophrenie, erstmals meist zwischen dem 18. und 35. Lebensjahr. Ca. 250.000 dieser Patienten sind bereits in jungen Jahren erwerbsunfähig. Damit wird Schizophrenie zur teuersten psychischen Erkrankung. Die jährlichen Kosten in Deutschland werden auf drei bis fünf Milliarden Euro geschätzt – und sind mit denen somatischer Volkskrankheiten wie Diabetes oder Herzerkrankungen vergleichbar.

Es gibt dabei viele Hinweise auf eine genetische Komponente: So erhöht sich das Morbiditätsrisiko von 1 % in der Allgemeinbevölke­rung auf ca. 3–5 % bei Verwandten zweiten Grades oder Halbgeschwistern und auf 9–12 % bei Geschwistern und zweieiigen Zwillingen. Insgesamt weisen diese Daten auf eine Heritabilität, also die Möglichkeit einer Vererbung, von ca. 80 % hin. Diese Zahlen zeigen, dass die genetischen Risikofaktoren dringend identifiziert werden müssen.

Schizophrenie ist jedoch eine komplexe, polygene Erkrankung, bei der jedes Risikogen für sich nur einen kleinen Effekt hat. Deshalb sollte ein aussagekräftiger Test eine Analyse möglichst vieler Risikogene beinhal­ten. In diesem Projekt sollen die Voraussetzungen für einen Gentest aus einem SNP-Port­folio abgeleitet und validiert werden. Grundlage dafür ist eine der weltweit besten Stich­proben für Schizophreniegenetik. Die Geno­typisierungsplattform (MALDI-TOF Massen­­spek­­tro­metrie) am Genetics Re­search Centre GRC erlaubt eine Hochdurchsatzanalyse großer Gruppen und eine individuelle Analyse. Die Kenntnis der genetischen Risikofaktoren kann nicht nur der Prävention und Diagnose dienen, sondern kann möglicherweise auch den Krankheitsverlauf voraussagen. Wichtig für die Therapie: Anhand genetischer Infor­mationen hofft man voraussagen zu können, wie Patienten auf bestimmte Psychopharmaka ansprechen und welche Ne­ben­wirkungen auftreten können.

Die Leistungsfähigkeit von Distributions- und Produktionsnetzwerken (Supply-Chain-Networks) ist von vielen Eingangsgrößen abhängig. Entlang der Wertschöpfungskette sind dies Leistungsgrößen wie Auftragsmengen, Produktionsstandorte, Transportwege und Produktspektren. Bislang gibt es keinen Lösungsansatz, der alle Einflussfaktoren angemessen berücksichtigt und damit das volle Potenzial von Supply-Chain-Networks ausschöpft. Gründe sind die hohe Komplexität der Struktur und Unsicherheiten bei den Eingangsgrößen. Schwankende Eingangsgrößen stellen wesentliche Risikofaktoren für ein Unternehmen dar und müssen durch hohe Bestände aufgefangen werden. Wachsende Komplexität der Wertschöpfungsketten und steigende Erwartungen der Endkunden machen dieses Thema für Unternehmen wichtiger und aktueller als jemals zuvor.

Der klassische Ansatz zur Optimierung von Distributions- und Produktionsnetzwerken basiert auf deterministischen Modellen, also festen Beziehungen zwischen Einflussgrößen und Ergebnis, sowie Best-, Worst- und Average-case-Szenarien. In diesem Projekt werden die Stochastische Simulation und Mathematische Optimierung kombiniert, um mit leistungsfähigen Netzwerkflussalgorithmen dy­na­­mische Komponenten zu berücksichtigen. Ziel ist die Erforschung und Entwicklung innovativer und hoch effizienter Methoden, Algo­rithmen und Verfahren zur Netzwerkoptimierung mit unsicheren Eingangsgrößen.

Für den Anwender ist die Berücksichtigung unsicherer Eingangsgrößen ein wichtiger Schritt, um die Optimierungssoftware realitätsnah einzusetzen. Konnten große Wertschöpfungsketten bisher nur determinis­tisch abgebildet werden, so wird mit den Ergeb­nis­sen dieses Projekts eine ganzheitliche Optimierung unter Berücksichtigung realer Risiken möglich.

Sinkende Schadstoffemissionen rücken immer mehr in den Fokus der Forschung und Entwicklung von Kraftfahrzeugen. So soll eine gezielte Verringerung der Fahrzeugmasse den Energieverbrauch senken. Zielsetzung des Projekts war die grundlegende Erforschung des umform- und fügetechnischen Potenzials von hoch- und höherfesten Stahlwerkstoffen, um qualitativ hochwertige Leichtbau-Sitzkomponenten zu fertigen.

Zunächst wurden die Blechwerkstoffe charakterisiert. Die Versuche lieferten mechanische Kennwerte für die Finite-Elemente- (FE-)Simulation der Umformoperationen und Informationen zur temperaturabhängigen Gefügeeinstellung für die Laserstrahlschweißsimulation.

Parallel hierzu wurde das Verhalten der Werkstoffe unter prozessnahen Bedingungen in technologischen Biege- und Schweißversuchen untersucht. Mit Hilfe der durchgängigen FE-basierten Prozesssimulation wurden anschließend das ausgewählte Demonstratorbauteil entlang der Fertigungsprozesskette werkstoffgerecht ausgelegt und die erforderlichen Fertigungsparameter virtuell erarbeitet. Zur Verifikation wurden ein Umformwerkzeug konzipiert sowie Schweißversuche unter realitätsnahen Bedingungen umgesetzt.

Es wurde eine deutliche Gewichtsersparnis gegenüber Bauteilen aus konventionellen Stahlwerkstoffen erzielt und die Eignung der Simulationskette zur rechnerischen Abstimmung von Werkstoff, Prozess und Bauteildesign nachgewiesen. Insgesamt können auf Basis der Forschungsresultate künftig Leichtbau-Sitzkomponenten aus Mehrphasenstählen in neuer Qualität gefertigt werden.

Hochfrequenzdrehkupplungen finden hauptsächlich in verschiedensten Radarsystemen Anwendung, so etwa auf Flughäfen, Flugzeugen oder Schiffen und in Wetterradaranlagen. Ihre Aufgabe besteht in der Signalübertragung von einem kontinuierlich rotierenden Bauelement (Rotor, z.B. Radarantenne) auf ein sta­­tionäres Bauelement (Stator) und umgekehrt.

Die Drehübertragung hochfrequenter Signale erfolgt aufgrund der hohen notwendigen Sig­nalpräzision berührungslos zwischen Rotor und Stator durch eine in der Hochfrequenz-Technik übliche λ/4-Transformation. Rotor und Stator müssen dazu sehr exakt drehbar zu­einander gelagert sein. Diese Lagerung liegt außerhalb der Hochfrequenzübertragungszone und erfolgt bisher aus Platz- und Gewichtsgründen durch hochpräzise Dünnringlager.

Leider zeigen diese Lager hinsichtlich Langzeitlaufgenauigkeit, Temperaturverhalten, Schmierung und Lebensdauer erhebliche Schwächen und verursachen Störungen in der Signalübertragung und hohe regelmäßige War­tungskosten.

Ziel des Projekts ist, die bisherige Lagerung durch ein wartungsfreies Luftlager zu ersetzen und damit die Verfügbarkeit und Präzision von Hochfrequenzdrehkupplungen deut­lich zu erhöhen. Luftlager werden bisher beispielsweise in hochpräzisen, meist schnelllaufenden Antriebseinheiten oder Ko­­ordinatenmessmaschinen eingesetzt und be­stehen aus zwei gegeneinander beweglichen Teilen, die durch einen dünnen Luftfilm mit wenigen tausendstel Millimetern Dicke voneinander getrennt sind. Dadurch erlauben sie eine nahezu reibungsfreie Bewegung.

Ein weiteres wesentliches Projektziel ist die Integration des Luftlagerspalts in die Hochfrequenzübertragungszone der Drehkupplung. Damit sollen zusätzlich die Hochfrequenz­über­tragungseigenschaften ver­bessert werden.

Für die Auslegung von Kegelradgetrieben hinsichtlich Tragfähigkeit und Lebensdauer finden heute eine Reihe von Normen Anwendung. Für Neuentwicklungen garantieren diese Auslegungsvorschriften allein jedoch keine ausreichende Balance zwischen wirtschaftlicher Auslegung und erforderlicher Betriebssicherheit. Eine experimentelle Erprobung von Getrieben ist, insbesondere bei Baukastengetrieben die ein universelles Einsatzfeld abdecken müssen, unumgänglich, wenn man Markt- und Haftungsrisiken in kalkulierbaren Grenzen halten will.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer flexiblen und kostengünstigen Prüftechnik für die experimentelle Erprobung solcher Baukastengetriebe. Zusammen mit der Auslegung von geeigneten Versuchsbedingungen (Prüfmethodik), soll die sinnvolle und wirtschaftliche Anwendung der Prüftechnik ermöglicht und der Projektpartner Haugg Antriebstechnik in die Lage versetzt werden, selbständig zu einer guten experimentellen Absicherung seiner Auslegungen zu gelangen.

Nach der konstruktiven Ausarbeitung des Prüfstandskonzepts erfolgte Fertigung, Aufbau und Inbetriebnahme des Prüfstandes. Die erarbeitete Prüfmethodik umfasste die Untersuchung von Schleppverlusten, Getriebewirkungsgrad und innerer Temperaturverteilung. Durch zeitlich geraffte Lastkollektive konnte die Lebensdauer in wirtschaftlich vertretbaren Versuchslaufzeiten untersucht werden. Die Prüfmethodik wurde in mehreren Versuchsreihen erfolgreich getestet.