Die Programmierung der Maschine erfolgte vor dem Projekt auf der Basis experimentell ermittelter Kennlinien. Bei Geometrie- oder Chargenwechsel waren Biegeversuche an der Maschine erforderlich, um das Rückfederverhalten des Rohrmaterials in der Kennlinie abbilden zu können.

Am LFT wurde dafür eine Anlage des Typs BMZ 61 aufgestellt und in Betrieb genommen. Die Anlage und eine baugleiche Anlage bei einem Industriepartner wurden mit Sensoren zur Messung der Pro-zesskräfte ausgestattet. Optische und taktile Systeme für die Bauteilvermessung wurden an den Standorten installiert und betrieben. Mit den Daten aus verschiedenen Experimentreihen konnte ein FE-Model für die Simulation des Biegeprozesses entwickelt, durch einen Soll-Ist-Vergleich bewertet und verbessert werden. Eine verbesserte Modellierung konnte zusätzlich die Rechenzeit im Laufe des Projektes bei verbesserter Genauigkeit um ungefähr 75 % reduzieren. Weiterhin konnte die eindi-mensionale Kennlinie zur Steuerung der Maschine auf ein zweidimensionales Kennfeld erweitert werden. Das erweiterte Kennfeld führt zu mehr Freiheitsgraden in der Programmierung und damit zu einer Erweiterung der auf der Maschine herstellbaren Geometrien.

Für eine ausgewählte zweidimensionale gebogene Rohrgeometrie wurde das Kennfeld durch FE-Simulation bestimmt. Die Verwendung dieses Kennfelds für die Berechnung der Achswege bei der Teileeingabe führte zu einem lehrenhaltigen Bauteil. Die Möglichkeit, Kennfelder mit Hilfe künstli-cher Neuronaler Netze zu bestimmen, wurde mit positivem Ergebnis untersucht. Erste Versuche mit dreidimensionalen Bauteilen wiesen sowohl Übereinstimmungen zwischen Simulationsergebnis und Realbauteil als auch weiteren Forschungsbedarf auf.

Werkzeuge für die Produktion geformter Kunststoffscheiben werden bislang in einem aufwendigen, kostenintensiven Prozess hergestellt. Als Werkzeugform dient ein spanend gefertigter und nur eingeschränkt wiederverwendbarer PU-Schaumblock. Nach dem Abformen der Werkzeuggeometrie auf die Kunststoffscheibe wird die Außenkontur manuell mit einer Bandsäge herausgearbeitet. Der hohe Anteil an manueller Tätigkeit und die mangelnde Anpassbarkeit des PU-Schaum-Werkzeugs bei Formänderungen erschweren die wirtschaftliche Herstellung der Kunststoffscheiben am Standort Bayern.

Ziel des Projektes 3D-Former – das von der Bayerischen Forschungsstiftung gefördert und von zwei Forschungseinrichtungen und fünf Industriepartnern durchgeführt wird – ist es, ein wiederverwendbares und formflexibles Werkzeugsystem zu entwickeln, das ein automatisiertes Abformen und robotisches Besäumen von beliebigen Scheibenformen ermöglicht.

Um die Scheibenform darzustellen, wird eine gekrümmte Oberfläche durch ein Feld von Stempeln erzeugt. Die Höhe jedes Stempels kann individuell eingestellt und dadurch eine beliebige Krümmung der Stempeloberflächen erzeugt werden. Die Oberflächenstetigkeit zwischen den Stempeln wird durch eine Interpolationsschicht zwischen Stempel und Kunststoffscheibe realisiert. Nach dem Abformen der Oberflächengeometrie wird der Scheibenrand durch einen Fräskopf bearbeitet, der an einem Industrieroboter montiert ist. Intelligente Algorithmen zur Bahnplanung und die Interaktion mit dem formgebenden Werkzeug verhindern, dass die Stempelmatrix während der Bearbeitung durch das Fräswerkzeug beschädigt wird, und ermöglichen so das Besäumen der Scheibe mit einer senkrecht zur Oberfläche verlaufenden Schnittkante.

Beschaltungsbauelemente werden zur Dämpfung von Spannungsspitzen in leistungselektronischen Baugruppen eingesetzt. Beschaltungsbauelemente aus passiven Bauelementen sind wegen ihres funktionalen Aufbaus und ihre Bedämpfungseigenschaften in kommerziellen Anwendungen weit verbreitet. Besonders in mobilen Systemen spielen neben der Baugröße vor allem Kostenaspekte eine entscheidende Rolle für die Wirtschaftlichkeit einer Lösung.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Demonstration von Beschaltungsbauelementen mit kleinster Baugröße durch monolithische Integration in einkristallinem Silicium. Dies erlaubt erstmals eine Realisierung von Beschaltungsbauelementen, die alle thermischen und elektrischen Anforderungen in hervorragender Weise erfüllen, insbesondere für hohe Leistungen geeignet sind und kostengünstig hergestellt werden können.

Die hohe Integrationsdichte der Beschaltungsbauelemente wurde durch ein spezielles Herstellungsverfahren erzielt, das eine Kapazitätsvergrößerung durch dreidimensional angeordnete Kondensatoren auf Silicium erlaubt und die Herstellungskosten im Vergleich zu herkömmlich gefertigten Halbleiterbauelementen deutlich senkt. So konnte die Herstellbarkeit von monolithisch integrierten 3D-Hochleistungsbeschaltungsbauelementen bis 200 V demonstriert werden, die für den Einsatz in hochintegrierten Systemkomponenten geeignet sind. Weitere Vorzüge sind die hohen Einsatztemperaturen von mehr als 180 °C und die Stabilität des Kapazitätswerts. Diese Vorteile führen zu einer Überlegenheit integrierter Beschaltungsbauelemente gegenüber derzeit verfügbaren Lösungen aus diskret aufgebauten Bauelementen.

Akne ist eine genuine Erkrankung hauptsächlich der talgdrüsenreichen Bereiche der Haut. 30 % der Betroffenen entwickeln jedoch eine „klinische Akne“, die einer ärztlichen Betreuung bedarf. Die Reduktion der bakteriellen Besiedlung der Talgdrüsen durch Licht ist eine vielversprechende innovative Therapie der Akne. Dabei wird das Licht durch bakterielle Porphyrine absorbiert und ein photochemischer Prozess in der Zelle induziert. Es werden radikale Sauerstoffspezies gebildet und die Bakterien dadurch zerstört. Die Absorptionsmaxima der bakteriellen Porphyrine liegen im kurzwelligen elektromagnetischen Spektrum (violettes Licht). Aufgrund der geringen Eindringtiefe dieser Strahlung werden die Talgdrüsen in der Haut nur unzureichend bestrahlt. Ziel des Projekts war die temporäre Erhöhung der Eindringtiefe des therapeutischen Lichtspektrums.

Auf physikalischem Weg kann die effektive Eindringtiefe durch Erhöhung der Energiedichte erreicht werden. Dazu wurden auf LED-Basis hochenergetische Strahlquellen entwickelt, die durch geeignete Applikatoren das Licht auf die Zielstrukturen in der Haut konzentrieren. Es wurden verschiedene Substanzen als Cremes formuliert, die potenziell die Streuung der elektromagnetischen Wellen in der Haut deutlich reduzieren. Die tatsächliche Verbesserung der Lichtpenetration nach Auftragung dieser Cremes wurde mit Hilfe von humanen und tierischen Hautproben gemessen. Die entwickelten Lichtquellen wurden ohne die Zugabe von Cremes getestet und führten zu einer moderaten Reduktion der Akne. Die Erhöhung der Lichtpenetration durch die getesteten Substanzen erreichte leider nicht das Niveau, das für einen klinischen Einsatz notwendig wäre.

Ziel des Projektes war die Entwicklung eines neuartigen Implantates zur Verstärkung des Schließmuskels zwischen Speiseröhre und Magen, um dadurch eine im Vergleich zu den heute etablierten Verfahren wesentlich nebenwirkungsärmere, schonendere und technisch einfachere chirurgische Behandlungsmöglichkeit zu schaffen.

Ein Teil des Vorhabens war auch die Entwicklung eines speziellen Instrumentensatzes für die mikroinvasive Applikation. Im Rahmen des Projektes sollte neben der konstruktiven Entwicklung des Implantates insbesondere dessen Biokompatibilität und die refluxverhütende Effizienz in vivo nachgewiesen werden. In mehreren Entwicklungsschritten wurde ein biokompatibles Ringimplantat aus thermoplastischem Polyurethan entwickelt, das eine poröse Innenstruktur aufweist, um in die Zellen zur Gewebsverankerung einwachsen zu können. Während der Projektlaufzeit eröffnete sich die Möglichkeit, die Applikation schonend in Form der „narbenlosen Chirurgie“ zu realisieren, so dass der Eingriff signifikant weniger belastend für den Patienten und damit auch ambulant durchführbar wird. Dies erforderte jedoch die vollständige Neukonstruktion eines dedizierten Instrumentariums für die narbenlose Implantation mittels „NOTES“ (Natural orifice transluminal endoscopic surgery). Auch diese anspruchsvollen und aufwändigen Entwicklungsarbeiten konnten erfolgreich abgeschlossen werden. In einer präklinischen Studie wurden die Implantationstechnik, die Biokompatibilität und die antirefluxive Wirkung untersucht. Es konnte überzeugend nachgewiesen werden, dass die Implantationstechnik praktikabel und zuverlässig ist. Bei einer ausgezeichneten Biokompatibilität wird Reflux sicher und dauerhaft ausgeschaltet. Die klinische Evaluation ist geplant.

Ziel des Projektes war die Evaluierung eines neuartigen, auf der Schwingungsanalyse beruhenden Diagnoseverfahrens für die Wirbelsäule. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in seiner strahlungsfreien, nichtinvasiven und dynamischen Messfunktion sowie in der Erfassung der Beweglichkeit von Einzelwirbeln. Ein Messkorsett mit Beschleunigungssensoren wird über den Dornfortsätzen auf der Haut appliziert und erfasst während einer Anregung von außen die Bewegungen der darunter liegenden Wirbel. So können pathologische gegenüber physiologischen Bewegungsmustern der Wirbelsäule abgegrenzt werden. Dies soll dem behandelnden Arzt helfen, verbesserte Entscheidungen über therapeutische Maßnahmen zu treffen und in der Nachsorge auftretende Belastungssituationen richtig zu beurteilen.

In Vorexperimenten an einem Lendenwirbelsäulenmodell wurde untersucht, inwieweit verschiedene Faktoren wie Hautdicke oder Gurtspannung am Messkorsett einen Einfluss auf die aufgezeichneten Signale haben oder die Wiederholbarkeit der Messergebnisse beeinflussen. Die Wiederholbarkeit der Messungen zeigte ein mäßiges Ergebnis, die Variationen von Hautdicke und Gurtspannung hatten jedoch keinen Einfluss auf die Messsignale.

In der zweiten Projektphase wurde überprüft, ob mithilfe des Messkorsetts ein Unterschied in der Wirbelbeweglichkeit beschwerdefreier Probanden und Patienten mit Implantat detektierbar ist.

Trotz tendenzieller Unterschiede in der Schwingungsanalyse war es nicht möglich, Patienten eindeutig von beschwerdefreien Probanden zu differenzieren. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass das Messverfahren für den klinischen Einsatz noch optimiert werden muss, damit eine zuverlässige und unkomplizierte Diagnostik von Bewegungseinschränkungen der Wirbelsäule möglich ist.

Im Fokus des Forschungsvorhabens stand, die Anregungsmechanismen der Impellerbeschaufelung in Radialverdichtern unter Berücksichtigung der instationären Schaufelreiheninteraktion mit dem Diffusor bei verschiedenen Betriebspunkten zu analysieren. Anschließend sollte das Anregungsspektrum auf die signifikanten Anteile reduziert und eine Korrelation zwischen stationärer Strömung und Anregung hergeleitet werden.

Die Strömungsphänomene im Laufrad-Diffusor-Schaufelkanal eines Radialverdichters wurden mittels instationärer numerischer Berechnungsverfahren detaillierter untersucht. Auf Grundlage dieser Berechnungen konnten die dynamischen Schaufellasten und die kritischen Anregungsfrequenzen des Laufrades ermittelt werden. Mit hilfe von neu entwickelten Interpolationsalgorithmen wurden die kritischen Druckamplituden vom CFD-Modell auf ein mechanisches Modell übertragen. Die dynamischen Drucklasten wurden dabei entweder durch eine diskrete Anzahl von Einzelkräften oder als nahezu kontinuierliche Druckverteilung aufgeprägt.

Die FE-Rechnungen zeigten eine starke Abhängigkeit der berücksichtigten Anteile der Druckamplituden. Nur unter Berücksichtigung der Anregung an Schaufel und Nabe konnte eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten in allen untersuchten Betriebspunkten erreicht werden. Die dabei verwendete strukturelle Dämpfung wurde konsistent gewählt. Aus den stationären CFD-Rechnungen konnten keine dynamischen Anregungskräfte für die FE-Analyse abgeleitet werden, was durch die starke Lokalität der auftretenden Mechanismen zu erklären ist.

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Implantatsinfektionen sind aufgrund schleimbildender Erreger und zunehmender Antibiotikaresistenzen (z. B. MRSA) nur eingeschränkt mit herkömmlichen Antibiotika zu behandeln. Die niederfrequente Magnetfeldtherapie zeigt im klinischen Einsatz eine Ausheilung des Knochendefekts mit gleichzeitiger Infektberuhigung. Ein neuer Ansatz ist die Ausnutzung des bioelektrischen bzw. biomagnetischen Effektes auf Bakterien zur Wachstumshemmung und zur Verbesserung der Wirksamkeit gängiger Antibiotika.

Im Forschungsprojekt sollte untersucht werden, in welchem Ausmaß Keime, die Knocheninfekte auslösen, mit niederfrequenten elektromagnetischen Feldern beeinflusst werden können. Darüber hinaus sollten die Einflüsse dieser Felder auf die Wirksamkeit gängiger Antibiotika identifiziert werden. Der experimentelle Aufbau ermöglichte die getrennte Applikation magnetischer, elektrischer und elektromagnetischer Felder, um spezifische Wirkungen der jeweiligen Feldkomponente zu ermitteln. Diese Untersuchungen sollen den klinischen Einsatz des Therapieverfahrens im Sinnne einer Zweitindikation zur Behandlung von Knocheninfekten vorbereiten.

Die Ergebnisse bestätigen die klinischen Beobachtungen bei infizierten Pseudarthrosen: Es wurde eine deutliche und signifikante Reduktion des Bakterienwachstums bei den untersuchten Feldarten für Staph.-aureus-Kulturen beobachtet, wobei die Größe des Effekts abhängig von dem applizierten Feld ist. In Kombination mit Gentamicin konnte außerdem eine Steigerung des wachstumshemmenden Effekts des Antibiotikums gezeigt werden.

Die genauen Funktionmechanismen elektromagnetischer Felder (EMF) auf das Differenzierungsverhalten humaner mesenchymaler Stammzellen (hMSCs) sind bisher nicht bekannt, in der Literatur konnte jedoch eine vermehrte Expression von Wachstumsfaktoren, z. B. TGF-ß3, nach elektromagnetischer Stimulation gezeigt werden. TGF-ß3 spielt eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von hMSCs.

Ziel dieser Studie war es, den Einfluss elektromagnetischer Felder auf das chondrogene und osteogene Differenzierungsverhalten von hMSCs genauer zu analysieren. Dazu wurden hMSCs in Pelletkulturen chondrogen sowie in Monolayerkulturen osteogen unter dem Einfluss sinusförmiger elektromagnetischer Felder differenziert. Unbefeldete Kulturen wurden in einem Kontrollsystem kultiviert. Es erfolgte eine histologische und immunhistologische Auswertung sowie eine quantitative Analyse u. a. der Kollagen-Expression mittels qRT-PCR im Vergleich zu den Kontrollen. Weitergehende Analysen der Gen-Expressionen wurden auf Microarray-Basis durchgeführt.

Die elektromagnetisch stimulierten Kulturen zeigten eine signifikante Steigerung der Expressionsprofile zellspezifischer Marker sowohl bei der chondrogenen als auch bei der osteogenen Differenzierung der hMSCs. Die Ergebnisse belegen, dass EMS mit geeigneten Parametern zu einer Verbesserung des chondrogenen Potenzials bei Chondrozyten und bei hMSCs führt. Im Bereich der osteogenen Differenzierung bewirkt die EMS ebenfalls eine Verbesserung des osteogenen Differenzierungverhaltens von hMSCs. EMF könnten zukünftig als adjuvante Methode im Bereich des Tissue Engineering einen Beitrag bei der Regeneration von Knorpel- und Knochengewebe leisten.

Ein weiteres Ziel war die optimierte Umsetzung von Kartographie für diesen Einsatz. Um die Rahmenbedingungen für die drucktechnische Erzeugung von Lentillen zu ermitteln, wurden zunächst grundlegende Untersuchungen durchgeführt. In der Softwareentwicklung wurden Algorithmen getestet, die es ermöglichen, die Schriften optimiert im Lentikulardruck einzusetzen. Probedrucke dienten der Ermittlung der maximal erreichbaren Auflösungen. Diese Erkenntnisse flossen wiederum in die Softwareentwicklung ein. Um 3D-Bilder zu drucken, müssen schmale und niedrige Lentillen durch Lackierung und/oder Strukturierung des aufgebrachten Relieflackes erzeugt werden. Entsprechende Tests im Offset- und Siebdruck wurden ebenfalls durchgeführt.

Um Kartographie in 3D darzustellen, wurde ein Softwarepaket entwickelt, das automatisch digitale Höheninformationen interpretiert und je nach Höhe und Steilheit eine Überhöhung des Geländes erzeugt. Dadurch wird eine optimierte Ausgabe der Kartographien in Hochauflösung möglich. Lackschichten in unterschiedlichen Geometrien wurden mit verschiedenen Druckverfahren und unterschiedlichen Lacken erzeugt. Als Erfolg versprechend erwies sich der Siebdruck. Hier konnten linsenförmige Strukturen durch die Verwendung von Relieflacken erzeugt werden.