Die Projektpartner nutzten dieses Vorhaben, um ein neues Verfahren zur Strukturierung von Glassubstraten zu testen. Die Anwendungsmöglichkeiten liegen in einer verbesserten Aufbau- und Verbindungstechnik von Strahlungs- und chemischen Sensoren. Zudem erweitern die Ergebnisse die Prozesserfahrung im Bereich optischer Präzisionskomponenten.

Das Vorhaben hatte zum Ziel, Glassubstrate mit einer Dicke von 400 µm mit Durchbrüchen (Vias) zu versehen. Die Herstellung der Löcher sollte hierbei durch einen isothermen Prägeprozess mit Prägestempeln aus Silizium (Si) erfolgen, wobei eine anschließende Entformung von Glas und Si-Stempel eine mehrfache Nutzung der Stempel ermöglichen sollte. Durch Rückdünnen der Glasträger sollten die beim Prägeprozess eingebrachten Vertiefungen zu Durchgängen im Glas (Vias) erweitert werden.

Die Si-Stempel der Größe 5*5 cm⊃2; und einer Stempelhöhe von 120 µm wurden in einer MEMS-Linie gefertigt. Die Stempel wurden mit einer Au-Schicht abgedeckt, um eine bessere Entformung zu erreichen. Die Prägeversuche wurden an einer Präzisionsprägeanlage durchgeführt. Prägungen mit einer Stempeleindringtiefe von 20 µm bzw. 120 µm wurden hinsichtlich Ausbeute und Entformungsverhalten untersucht. Die Entformung von Stempel und Glassubstrat konnte bei geringen Eindringtiefen nachgewiesen werden. Eine Kontrolle der Prägepaare zeigte, dass Mikrovias mit einer Kantenlänge von >= 80 µm ohne Schädigung des Si-Stempels in die Glassubstrate eingeprägt werden konnten.

Durch eine Verbesserung der Perfusion von Organen und Gehirn während der Reanimation könnte die Überlebensrate der Patienten erheblich gesteigert werden. Das Forschungsprojekt hatte daher zum Ziel, das Funktionsmuster einer automatisierten elektromechanischen Reanimationshilfe zu entwickeln und deren Wirkungsweise in geeigneten Versuchen zu validieren.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurden sowohl ein hydromechanisches Brustkorbmodell als auch ein Computer-Simulationsmodell des Patienten unter Reanimationsbedingungen entwickelt und mit verschiedenen Versuchen validiert. Anhand von weiteren Untersuchungen wurde das optimale patientenadaptierte Verhalten der Reanimationshilfe ermittelt. Des Weiteren erfolgte die Entwicklung einer in Frequenz und Drucktiefe variabel regulierbaren Reanimationsapparatur, die in der Lage ist, mit den anderen am Patienten befindlichen Medizingeräten zu kommunizieren und nach Vorgabe des hierarchisch oberhalb angesiedelten Master-Controllers Drucktiefe und Impulsform entsprechend den Bedürfnissen des Patienten anzupassen. Im Anschluss an die Evaluation der Simulationsmodelle erfolgte eine praktische Erprobung des Konzepts mit Tierversuchen am Hausschwein.

In diesem Projekt wurde beispielhaft aufgezeigt, dass die Entwicklung einer automatisierten elektromechanischen Reanimationshilfe technisch machbar ist und für den Patienten einen therapeutischen Vorteil bietet. Die Realisierung als Medizinprodukt bedarf noch weiterer Forschungs- und Entwicklungsarbeiten

Im Rahmen des Forschungsverbunds FOREnergy wurde die energieflexible Fabrik erforscht. Hierbei wurden innovative technische Lösungen und Methoden erarbeitet, mit denen die bewusste flexible Steuerung des Energiebedarfs in der Fabrik und somit eine Synchronisation von Energieangebot und -nachfrage ermöglicht wird.

Um dieses Ziel zu erreichen, wurde im Forschungsverbund auf Basis aufzunehmender Energieverbrauchsprofile die Frage wissenschaftlich durchdrungen, inwieweit und unter welchen Bedingungen Energieflexibilität bei begrenzter Ressourcenverfügbarkeit in der Produktion möglich ist. Hierfür wurden Anlagen und Speichermedien für den energieflexiblen Einsatz erforscht und Konzepte zur Integration von Energie als zu planende Ressource erarbeitet. Darüber hinaus wurden Kennzahlen und Methoden zur Bewertung der energieflexiblen Produktion entwickelt.

Die energieflexible Fabrik ergibt sich durch das Zusammenwirken einer Vielzahl an Elementen, die in den einzelnen Teilprojekten des Verbunds erforscht wurden. Um die Akzeptanz und den Transfer der erarbeiteten Forschungsergebnisse zu unterstützen, entstand ein hybrides Konzept für einen Gesamtdemonstrator, das in einer interaktiven Webapplikation verwirklicht wurde.

Elektromobilität als ein Schlüsselaspekt bei Klimaschutz und Sicherstellung der individuellen Mobilität bietet für die Wirtschaft Bayerns umfangreiche Chancen und Herausforderungen. Der Fokus von FORELMO lag auf spezifischen Entwicklungen für neuartige Motorkonzepte, moderne Batteriesysteme, optimierte Batteriezellen und Elektronikkomponenten.

Im Themenbereich „Elektromotoren“ wurde eine fremderregte Synchronmaschine mit kontaktloser Energieübertragung entwickelt. Der beim Standarddesign dieses Motortyps vorhandene, abriebbehaftete Schleifring wurde durch ein induktives und damit verschleißfreies Übertragungssystem ersetzt. Dies erhöht die Zuverlässigkeit und vereinfacht das Maschinendesign.

Der Themenbereich „Batteriesysteme“ beschäftigte sich mit der Untersuchung und Weiterentwicklung des Batteriepacks und des Batteriemanagementsystems im Hinblick auf die Steigerung von Wirkungsgrad und Sicherheit sowie auf die Verbesserung des Produktionsprozesses. Zudem wurde eine neue Kontaktierungstechnik für Batteriezellen erforscht. Softwareseitig wurden praxisnahe Algorithmen zur Schätzung des Lade- und Gesundheitszustands von Batteriezellen sowie zur vorausschauenden Alterung von Batteriemodulen entwickelt. Ergänzt wurde dies durch Material- und Fertigungsoptimierung für Lithium-Ionen-Zellen mit dem Kathodenmaterial Lithiumeisenphosphat. Ziel war dabei, die Belastbarkeit und Prozessierbarkeit der Zellen zu verbessern.

Im Themenbereich „Leistungselektronik“ wurde der Einfluss von Ionenimplantation auf die Materialeigenschaften von Kondensatorfolien untersucht. Die so z.B. in ihrer Wasserdampfdurchlässigkeit verbesserten Folien können zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Dünnfilmkondensatoren in leistungselektronischen Systemen für die Elektromobilität eingesetzt werden.

Im Fokus dieses Forschungsprojekts stand die qualitative Optimierung des Gär- und Reifungsprozesses von Bier unter Berücksichtigung prozessanalytischer Technologien. Der zugrundeliegende Kernaspekt des Projekts („Wenn die Prozesse in vorgegebenen, zuvor validierten Korridoren verlaufen, müssen auch die Produkte die nötigen Standards einhalten“) eröffnet eine neue Perspektive in der Prozessbetrachtung und ermöglicht eine weitestgehende Ablösung der gängigen Routineanalytik. Der Fokus lag hierbei auf der Einführung einer praxistauglichen Prozessbeobachtung mittels multivariater statistischer Prozesskontrolle (MSPC). Angestrebt wurde in erster Linie eine prozessorientierte Validierung und Freigabe von Prozessabschnitten in Echtzeit auf Grundlage der PAT-Initiative der FDA (Food & Drug Administration).

Umgesetzt wurde das Vorhaben über die Entwicklung eines ausgewählten PAT-Instrumentariums aus angepassten Methoden der Principal Component Analysis und Partial Least Squares Calibration zur Bereitstellung der benötigten Prozessintelligenz. In Kombination mit einem neuartigen Sensorarray aus Ultraschall, existenter Messtechnik und den Prozessinformationen aus dem Prozessleitsystem der Brauerei wurde das System in ein Steuerungs- und Prognosetool auf Basis eines virtuellen Anlagenfahrers eingebunden. Abbildung 1 zeigt eine schematische Darstellung des Projektkonzepts.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass durch die Implementierung des Systems eine Früherkennung von Prozessanomalien bereits in der Anfangsphase möglich ist. Es ergibt sich ein Zeitvorteil von teilweise mehreren Tagen, sodass rechtzeitig korrigierende Maßnahmen ergriffen werden können und eine vorausschauende Kapazitätsplanung hinsichtlich der Tankbelegungszeiten möglich ist. Darüber hinaus lässt sich die gängige Routineanalytik sehr viel zielgerichteter durchführen und auf ein Minimum reduzieren.

Auf Grund manuell bedingter Unterschiede in der Ausrichtung der Gewebeschnitte auf dem Glasobjektträger stellt der lokale Vergleich unterschiedlich gefärbter Schnittpräparate derselben Patientenprobe mit Hilfe der konventionellen Mikroskopie eine diagnostische Herausforderung dar. Das Ziel des Forschungsprojekts war es, einen entsprechenden Softwareprototyp mit einem neuartigen Gewebeerkundungssystem für den Einsatz in der klinischen Pathologie zu entwickeln, der eine vollautomatische Bildanalyse und Koregistrierung verschiedenartig gefärbter Gewebeserienschnitte sowie eine rechnergestützte Navigation innerhalb dieser Schnitte zu den – im Sinne der jeweiligen Fragestellung – interessanten Regionen erlaubt.

Die Entwicklung des Prototyps konnte im Rahmen des Förderprojekts erfolgreich am Beispiel zweier hämatopathologischer Fragestellungen – der monoklonalen Gammopathie unklarer Signifikanz und des follikulären Lymphoms – an Gewebeschnitten von Beckenkammbiopsien und Lymphknoten umgesetzt werden. Auf der Grundlage des entwickelten Softwareprototyps ist es dem Pathologen möglich, alle für die Differentialdiagnose erforderlichen Schnittpräparate zu koregistrieren und auf einen Blick mit Hilfe einer synchronisierten Zoom- und Selektionsfunktion zu vergleichen (siehe Bild 1 und 2).

Koregistrierung bedeutet, dass alle Schnitte einer Gewebeprobe auf ein gemeinsames Koordinatensystem ausgerichtet werden. Dies erleichtert die Wahrnehmung differentialdiagnostischer Färbemuster über die Schnittebenen hinweg und stellt eine deutliche Verbesserung gegenüber der konventionellen Mikroskopie dar.

Ziel des Forschungsprojekts war die Entwicklung einer neuen Kaschiertechnologie zur Herstellung von Polymer-Metall-Hybriden. Hierbei sollte die Laminierung direkt im Extrusionswerkzeug stattfinden und somit aufgrund der einstufigen Prozessierung zur Einsparung von Kosten im Vergleich zu konventionellen mehrstufigen Verfahren führen.

Ein neuartiges und zukunftsträchtiges thermoplastisches Leiterplattensubstrat bildete hierbei zusammen mit der zu entwickelnden Technologie die Grundpfeiler des Projekts. Das thermoplastische Leiterplattenmaterial sollte durch die entwickelte Kaschierdüse direkt mit Kupferfolie laminiert und hinsichtlich Weiterverarbeitung und leiterplattenspezifischen Einsatzkriterien charakterisiert werden.

Die entwickelte Anlage verkörpert ein weltweit einzigartiges Werkzeug für die Herstellung von Polymer-Metall-Hybriden. Durch das Zuführen der Metallfolie in der Extrusionsdüse wurde ein vollständig kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Metall-Polymer-Hybriden entwickelt. Hierbei wird ein zweiter Erhitzungsschritt des thermoplastischen Substrats eliminiert, und die Produktionskosten werden drastisch reduziert.

Im Rahmen des Projekts ist es gelungen, unterschiedliche Kupferfoliendicken von 17 bis 70 µm auf reproduzierbarer Qualität zu laminieren. Der Polymer-Metall-Verbund wies Haftwerte von 1,3 ± 0,1 N/mm auf und übertraf den angestrebten Wert von 0,8 N/mm deutlich. Anhand verschiedener Demonstratoren wurden die Funktionen der elektronischen Baugruppen im Hinblick auf die Automobilelektronik erfolgreich untersucht.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens ist damit gelungen, in einem neuartigen, wirtschaftlichen und energiesparenden Herstellungsprozess ein rein thermoplastisches Substratmaterial herzustellen, das keine Flammschutzmittel enthält und 100 % recyclebar ist.

Scannersysteme werden für die flexible Strahlführung in der Lasertechnik eingesetzt und sind vornehmlich galvanometrisch angetrieben. Sie haben im Bereich der Materialbearbeitung wesentlich zur Steigerung der Produktivität vieler etablierter Prozesse beigetragen und waren gleichzeitig Voraussetzung für die Entwicklung neuer Verfahren, wie z. B. das Laserstrahlschweißen mit überlagerter Strahloszillation. Vor allem die stetige Steigerung der dynamischen Performance von Laserscannern war dabei Treiber der Verfahrensentwicklung. Die Prozessanforderungen übersteigen jedoch in manchen Fällen die dynamischen Möglichkeiten verfügbarer Laserscannersysteme.

Das Forschungsprojekt „DynaMoRe“ adressierte diese Herausforderung und hatte zum Ziel, mögliche Dynamiksteigerungen von Scannersystemen durch den Einsatz modellbasierter Regelungsansätze zu erforschen. Hierdurch sollte eine vollständige dynamische Auslastung der Einzelkomponenten erreicht werden, ohne diese zu überlasten. Mithilfe eines Demonstrators sollten zudem wegweisende Erkenntnisse über die Eignung des Regelungsverfahrens selbst und einen geeigneten modularen Modellaufbau gewonnen werden.

Zur Umsetzung des neuen Regelungsgesetzes wurde zunächst der Antriebsstrang eines Galvanometer-Scanners elektro-mechanisch modelliert. Im Rahmen der Modellierung wurde eine modularisierte Betrachtung der Einzelkomponenten durchgeführt. Auf Basis des Laserscanner-Modells wurde ein Regler entworfen, der eine vollständige dynamische Auslastung des Scannersystems ermöglicht und gleichzeitig Funktionen zur Überwachung seines Zustands bietet. Anhand eines Demonstrationsbeispiels aus dem Bereich des Remote-Laserabtragsschneidens konnte die Dynamiksteigerung nachgewiesen werden.

Die chronische Herzinsuffizienz beschreibt die progressive Verschlechterung der mechanischen Pumpfunktion einer oder beider Herzkammern, welche durch therapeutische Maßnahmen wie Medikamente und elektrische Herzschrittmacher nicht aufgehalten werden kann. Der akute Myokardinfarkt und die ischämische Herzinsuffizienz sind die häufigsten Ursachen und aus medizinischer wie auch ökonomischer Sicht von wachsender Bedeutung. Die gegenwärtige weiterführende Standardtherapie für Patienten mit fortgeschrittener Herzinsuffizienz besteht in der Herztransplantation und in der Implantation von modernen mechanischen Blutpumpen.

Im vorliegenden Projekt wurde der Einfluss individueller patientenspezifischer Herzunterstützung experimentell und mittels numerischer Simulationsmodelle auf kardiale Genesungsprozesse nach akutem Myokardinfarkt quantitativ und phänomenologisch erfasst. Daraus können Vorhersagen für Design, Auslegung und Operationsbedingungen für extravaskuläre Unterstützungssysteme abgeleitet werden.

Vergleiche zwischen Simulationsmodellen von nicht-infarzierten und linksventrikulär infarzierten Herzen liefern bereits wirklichkeitsgetreue Vorhersagen der Veränderung der integralen linksventrikulären Hämodynamik, wie z. B. geringeres Schlagvolumen bei gleichzeitig überhöhtem enddiastolischem Druck und Volumen bei Vorliegen eines Infarktes. Ein Modell, das integrale Hämodynamik einerseits und lokale Gewebeveränderungen andererseits realistisch prognostizieren kann, besitzt sehr hohes Potenzial, patientenspezifisches Erkrankungs- und Heilungsverhalten vorherzusagen und somit gar im präklinischen Bereich zum individuellen Vorabdesign von Augmentationseinheiten herangezogen zu werden.

Aktuell wird an der Aufbereitung der experimentell am Großtiermodell erhobenen Daten gearbeitet, um individualisierte Verteilungen der Kontraktilität im Simulationsmodell mit jenen aus dem Versuch in Übereinstimmung zu bringen. Dabei werden integrale Herz-Kreislauf-Parameter wie auch Befunde aus histologischen Schnitten am Schweineherz in die Simulationsmodelle eingearbeitet. Durch Vergleich der Kontrollkohorten lässt sich zukünftig eine Aussage ableiten, ob die Augmentation durch das Assist Device einen positiven Einfluss auf die Entwicklung der Kontraktilität, der Wandstärke und auf die Ausdehnung in der Nähe der Infarktnarben hat.

Energieeffiziente Produktionsprozesse gewinnen insbesondere in der metallverarbeitenden Industrie immer mehr an Bedeutung. Dabei kann nicht nur die Steigerung der Energieeffizienz von Werkzeugmaschinen, sondern auch die Optimierung des Zerspanwerkzeuges selbst einen wichtigen Beitrag zur Realisierung energieeffizienter Zerspanprozesse leisten.

Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung einer energieverbrauchsoptimierten Schneidengeometrie für Vollhartmetall (VHM)-Schaftfräser, da derartige Werkzeuge in fast allen Prozessketten der spanenden Fertigung zum Einsatz kommen und durch ihren hohen Einsatzanteil bei Fräsprozessen ein erfolgversprechendes Optimierungspotenzial bieten.

Im Projekt gelang es auf Grundlage der gewonnenen Erkenntnisse, wichtige leistungsführende Größen deutlich zu reduzieren und damit einhergehend das thermo-mechanische Lastkollektiv an der Werkzeugschneide zu optimieren. Gleichzeitig konnten die Verschleißeigenschaften des Werkzeugs positiv beeinflusst werden.

Zum erfolgreichen Abschluss des Projekts konnten unterschiedliche Labormuster realisiert und sowohl im Maschinenlabor als auch im industriellen Einsatzumfeld analysiert und bewertet werden. Dabei führte die Ausschöpfung des gewonnenen Leistungspotenzials zur proportionalen Steigerung des Zeitspanvolumens und damit zu deutlichen Energieverbrauchseinsparungen.

Beim Einsatz des neuartigen VHM-Schaftfräsers wurde gegenüber bereits verfügbaren VHM-Schaftfräsen eine mittlere Energieverbrauchseinsparung von 17,2 % erzielt. Für die zugrunde liegenden zehn Bearbeitungsaufgaben ergab sich rechnerisch eine mittlere wertmäßige Einsparung von 47.726 kWh/a, wodurch die weitreichende Relevanz der Entwicklung im Kontext energie- und umweltpolitischer Zielsetzungen bestätigt werden konnte.