Herzinfarkt und Schlaganfall sind führende Ursachen von Morbidität und Mortalität weltweit. Deren Auslöser ist vor allem die Ruptur oder Erosion vulnerabler atherosklerotischer Plaques, welche zur Exposition von subendothelialer Matrix an das zirkulierende Blut und akuter arterieller Thrombusbildung führen. Der thrombozytäre Kollagenrezeptor GPVI spielt bei der durch atherosklerotische Plaques induzierten Thrombozytenadhäsion und -aggregation eine zentrale Rolle.GPVI kann durch das Medikament GPVI-Fc (Revacept) inhibiert werden.

Neue Glykoprotein VI (GPVI)-Fusionsproteine mit CD39, d. h. einem Enzym, das die lokale Akkumulation des Plättchenaktivators Adenosin-Diphosphat (ADP) hemmt, wurden konzipiert, kloniert und in verschiedenen Varianten exprimiert. Sie steigerten die anti-thrombotische Wirkung im Vergleich zu reiner GPVI-Hemmung unterschiedlich stark. Das Fusionsprotein GPVI-Fc-CD39 wurde als am besten geeignet identifiziert – es verlangsamte die arterielle Thrombusbildung in der A. carotis von Mäusen deutlich – die Blutungszeit in vivo oder ex vivo wurde dadurch aber nicht relevant verlängert. Ebenso wurden Messungen zur Thrombozytenaggregation unter statischen Bedingungen und unter Fluss von menschlichem Blut über menschliches Plaquematerial aus Operationen der Halsschlagader durchgeführt und durch Messungen unter pulsatilen Flussbedingungen ergänzt. Die antithrombotische Effektivität von GPVI-Fc war in Kombination mit Aspirin und ADP-Rezeptor-Blocker deutlich gesteigert – in gleichem Maße aber auch durch das Fusionsprotein GPVI-Fc-CD39, das deutlich weniger systemische Nebenwirkungen bewirken dürfte.

Mit diesem Fusionsprotein ließe sich eine entscheidende Nebenwirkung bisheriger Plättchenhemmer und Antithrombotika umgehen, welche zwar die Überlebensrate bei Herzinfarkt oder Schlaganfall erhöhen und deren Rezidive reduzieren, aber alle mit einem mäßig bis stark erhöhten Blutungsrisiko einhergehen.

Der extensive Einsatz von individuellen Pitch-Regelung (IPC) geht bislang mit der Unsicherheit möglicher Blattlagerschäden einher. Dieses Problem, das auf kleine Schwenkwinkel bei der IPC zurückzuführen ist, ergibt sich aus den Wälzkontakten, die bei den typischerweise verwendeten Wälzlagern auftreten. Um dieses Problem zu umgehen, wird die Verwendung eines Festkörpergelenks (FG) vorgeschlagen, das einen bestimmten Bewegungsumfang ausschließlich durch elastische Verformung realisieren kann. Das Konzept sieht eine Kombination eines Festkörpergelenks mit einer konventionellen Lagerung, vorzugsweise Gleitlagerung, vor.

Im Rahmen des Projekts wurde eine Methodik zur Dimensionierung des oben genannten FG erarbeitet. Hierbei wurden die Belastungen, insbesondere der erforderliche elastische Drehwinkel des FG, ermittelt. Anschließend wurde ein vielversprechendes Design für das FG gewählt und an die spezifischen Anforderungen von IPC angepasst. Dadurch wurde erfolgreich ein erstes Konzept der neuartigen Lagereinheit für eine 3-Blatt-Windturbine mit einer Leistung von ca. 3,6 MW entwickelt.

Insbesondere der entstandene Gesamtentwurf, als ein wichtiges Ergebnis der Studie, zeigt die prinzipielle Machbarkeit des Konzepts. Abschließend wurden weitere Gestaltungsmöglichkeiten diskutiert, die der Weiterentwicklung des Konzepts dienen können.

Es wurden Linsen angefertigt, auf Rauheit vermessen und die Oberflächenenergie bestimmt. Durch Versuchsreihen konnten verschiedene Verfahren zum Auftrag dünner Flüssigkeitsschichten verglichen und das beste Verfahren ausgewählt werden. Nach der Schichtdickenbestimmung war klar, dass sich mit Propylenglykol und einem Spincoater gute Ergebnisse erzielen lassen. Zum Ende des Projekts zeigte die Beschichtung nur noch wenige Fehlstellen, welche sich überwiegend im Randbereich der Linse befanden.

Zur Qualitätsbeurteilung der Schicht wurden Form und Stärke untersucht, was sich als unerwartet schwierig herausstellte. Da beide Eigenschaften großen Einfluss auf die Abbildungsgenauigkeit haben, wurde mit aufwendiger Messtechnik gearbeitet. Die Messungen mit dem Weißlichtinterferometer ergaben Schichtstärken unter 4 µm. Um das Verfahren zu verifizieren, wurde die neue Messmethode mit bewährter Messtechnik verglichen. Es zeigten sich leichte Abweichungen; erwartungsgemäß kann das neu entwickelte Messverfahren nur bedingt mit der hohen Präzision einer taktilen Messmaschine konkurrieren. Allerdings konnten Auffälligkeiten auf den Linsen klar detektiert werden, und sowohl die einfache Handhabung des Verfahrens als auch der geringe Zeitbedarf sind klare Vorteile. Ein erfreulicher Projektabschluss war die Vermessung einer asphärischen Linse. Bei dieser Linse wurde das Schleifmuster sehr deutlich dargestellt, obwohl der PV-Wert unter 1 µm beträgt. DefGO zeigt, dass viel Potenzial in diesem Messverfahren steckt.

Bei starken Schmerzen des oberen und unteren Sprunggelenks, beispielweise infolge von Arthrose, kann als Ultima Ratio durch eine Arthrodese (operative Versteifung) der Schmerz reduziert und der Aktivitätsgrad gesteigert werden. Bei mangelnder Primärstabilität werden Pseudarthroseraten von bis zu 20 % beschrieben, die operativ nachbehandelt werden müssen und somit die Rekonvaleszenz verlängern. Der winkelstabile und polyaxiale Arthrodesenagel PAN AA wurde entwickelt, um eine individuelle anatomische Anpassung bei verbesserter Primärstabilität und interner Kompression zu ermöglichen.

Ziel des Forschungsprojekts war unterschiedliche Konzepte zur winkelstabilen Polyaxialität kombiniert mit einer internen sowie externer Kompression durch biomechanische Untersuchungen zu evaluieren.

Im Projekt wurden mehrere Implantatkonzepte mit klinischen Anwendern entwickelt und validiert sowie zwei unterschiedliche Designs als Funktionsmuster prototypenhaft umgesetzt.

Zur biomechanischen Untersuchung der Primärstabilität wurde ein Prüfstand konzipiert. Die in der Literatur beschriebene physiologische Lastsituation wurde analysiert, ein worst-case Szenario abgeleitet und die Konzepte an Kunststoffknochen evaluiert. Die Versuche wurden gemäß dem erstellten Protokoll mit einer uniaxialen Prüfmaschine durchgeführt.

Die biomechanischen Untersuchungen zeigten gegenüber einem etablierten Implantatdesign eine höhere Primärstabilität des extern und intern komprimierten Demonstrators, gemessen über eine deutlich geringere Beweglichkeit hinsichtlich Range of Motion und Neutraler Zone im Bereich der Arthrodese. Diese positiven Ergebnisse werden in die weitere Entwicklung des Implantats einfließen.

Ziel dieses Projekts war die theoretische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung organischer Photovoltaikmodule (OPV) für den Einsatz im Gewächshaus. Zu Beginn der Studie gab es bereits unterschiedlichste Literatur zur Kombination von Pflanzen mit Solarmodulen sowie zum Einfluss des Lichtspektrums auf das Pflanzenwachstum. Es gab jedoch noch kein umfassendes Bild, aus dem sich die Wirtschaftlichkeit in Abhängigkeit von Parametern wie Transparenz des Solarmoduls, Pflanzenart etc. ableiten lässt.

Experimentell wurden drei unterschiedliche Pflanzenkulturen während eines Zeitraums von Mitte September bis Mitte Oktober unter Solarfolien sowie unter einer Referenzfolie kultiviert. Die Analyse des Pflanzenwachstums zeigte, dass kein wesentlicher Unterschied zwischen Solarfolie und Referenz zu beobachten ist.

Optische Simulationen zeigten, dass die Kombination von transparenten Solarmodulen mit wellenlängenselektiven Filtern das Verhältnis der Lichtintensitäten bei 660 nm und 730 nm und damit die Wuchsform der Pflanzen beeinflussen kann. Dies stellt eine Alternative zu chemischen Wachstumshemmern dar, die im Moment standardmäßig eingesetzt werden, um eine kompakte Wuchsform zu erreichen.

Für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung wurde zwischen dem Einbau in Glas- und in Foliengewächshäusern, zwischen Eigenverbrauch und Netzeinspeisung sowie zwischen Standorten in Mitteleuropa und in Südeuropa unterschieden. Hierbei ergibt sich ein höherer Ertrag für Standorte in Südeuropa mit höherer Sonneneinstrahlung, außerdem erweisen sich Foliengewächshäuser als vorteilhaft gegenüber Glasgewächshäusern. Hinsichtlich der Nutzung ist Eigenverbrauch der Netzeinspeisung vorzuziehen.

Ziel des Projekts SafetyAM war es, diese Unsicherheiten zu reduzieren. Dazu wurde zunächst eine umfangreiche Analyse von geltenden Gesetzen, Normen, Vorschriften, Leitlinien und Best-Practice-Ansätzen zum Thema Arbeitsschutz im Kontext des Laserstrahlschmelzens durchgeführt. Da im Bereich der additiven Fertigung mittels Laserstrahlschmelzen hierzu praktisch keine Vorarbeiten verfügbar waren, galt es, insbesondere Synergien mit anderen pulververarbeitenden Verfahren und Prozessen zu identifizieren. Neben der theoretischen Ergründung der Rahmenbedingungen wurde vor allem auch die real auftretende Exposition von Mitarbeitern im Labor- und Produktionsumfeld bei einer typischen Prozesskette durch gezielte Partikelmesstechnik erfasst. Diese Messungen stellen den zentralen Mehrwert der Arbeit dar, da durch die Messergebnisse Fakten zur Pulverbelastung geschaffen wurden, auf deren Basis Handlungsempfehlungen unter Berücksichtigung bestehender Vorschriften etc. zum notwendigen Arbeitsschutz abgeleitet werden können. Des Weiteren wurde auf Basis der Ergebnisse eine Roadmap für künftige Forschungsansätze im Feld der Arbeitssicherheit des Laserstrahlschmelzens erstellt.

Der Ergebnistransfer konnte in diesem Projekt besonders nachhaltig gestaltet werden. Die Erkenntnisse wurden fortlaufend in den VDI-Fachausschuss „Arbeitssicherheit beim Betrieb additiver Fertigungsverfahren“ weitergetragen und mit den dort anwesenden Experten diskutiert.

Ziel des Forschungsvorhabens war es, ein kompaktes, biokompatibles und zerstörungsfreies 2D-Sensor-Funktionsmodell zu entwickeln, das die räumliche O₂– und pH-Verteilung in Zell- und Gewebekulturen online mit hoher Lateralauflösung abzubilden erlaubt – ohne Analytverbrauch, direkt im Inkubator.

Zur Verbesserung der Lateralauflösung wurde im Projektrahmen ein neues optisches Messsystem mit Mikroskopobjektiv und spezieller Belichtungsquelle aufgebaut und erprobt. In iterativen Entwicklungsschritten konnte das Funktionsmuster entwickelt und in der Umgebung eines Brutschrankes getestet werden. O₂– und pH-Sensorfolien wurden auf ihre Biokompatibilität getestet und zusammen mit dem System in proof-of-concept Experimenten in Zell-Monoschichten und 3D-Kulturen eingesetzt. Bei der Untersuchung der ansonsten nur schwer zugänglichen 3D-Gewebemodelle zeichnete sich das Funktionsmuster durch eine ganz und gar neue Abbildung in einem Zellaggregat aus. Messungen dieser Art sind bislang mit der im Projekt erreichten Auflösung und Nicht-Invasivität international nicht erzielt worden.

Die potenzielle Anwendungsbreite des entwickelten Systems ist enorm und reicht von zell- und gewebebasierten Assays, Wirkstoff- und Zytotoxizitäts-Screening, personalisierter Medizin, bis hin zur Anwendung in der regenerativen Medizin und der biomedizinischen Grundlagenforschung.

Verbunden mit den niedrigen Abgastemperaturen energieeffizienter Öl- oder Gasheizungen steigen die Kondensatmengen erheblich an. Die meisten Abgasschalldämpfer werden mit porösen Absorbern, z. B. Mineralfasern, gefüllt, akustisch wirksame offenzellige Strukturen, in die das Kondensat eindringen kann. Die Folgen sind die Zersetzung des Absorbers, der Verlust der schallabsorbierenden Eigenschaften und die Entsorgung als Sondermüll.

Untersuchungen zur akustischen Ertüchtigung von PTFE und Analysen der Wechselwirkung mit Heizungskondensaten zeigen, dass Produktionsabfälle von Dichtungsbändern zur Herstellung von Faserabsorbern geeignet sind. Mit Material- und Absorbermodellen wurden die akustischen Eigenschaften der Fasern angepasst. Funktionsmuster von Schalldämpfern wurden erstellt und praxisnah an einer realen Heizungsanlage getestet.

Der Einsatz chemisch resistenter PTFE-Fasern ermöglicht kondensatbeständige Schalldämpfer mit langen Standzeiten. Ablagerungen können während der Laufzeit durch Spülen der Schalldämpfer entfernt werden (reinigbare Absorptionsschalldämpfer). Am Ende der Standzeit wird der Absorber entfernt, aufbereitet und dem Produktionsprozess von Schalldämpfern erneut zugeführt. Obwohl mit PTFE aus Produktionsabfällen ein kostenintensiveres Produkt eingesetzt wird, zeichnet sich der alternative Materialeinsatz durch Dauerhaftigkeit der Schalldämpfung, Aufbereitung des Schallabsorbers am Ende der Standzeit sowie Rückführung des Materials in den Stoffkreislauf aus und ist sowohl ökonomisch als auch ökologisch sinnvoll.

Afrika ist ein wirtschaftlich sehr schnell wachsender Kontinent. Aufgrund von strukturellen Problemen und Konjunkturschwankungen kämpfen die Menschen jedoch nach wie vor gegen den Hunger. Vor allem in den ländlichen Regionen besteht keine Notwendigkeit für Luxus, sondern ein grundlegender Bedarf an Mobilität und Anbindung.

Beim aCar handelt es sich um ein Fahrzeug, das sich die Menschen vor Ort finanziell leisten können, es ist geländegängig und kann große Lasten transportieren.

Für die Straßen in Afrika, die größtenteils nicht asphaltiert sind, ist Allradantrieb Pflicht. Das Team entschied sich außerdem für einen elektrischen Antriebsstrang. Die Batterie bietet zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten wie zum Beispiel als Energiequelle oder zur Nutzung leistungsstarker Verbraucher, wie etwa einer Seilwinde. Hierfür wurden bereits unterschiedliche Aufbauten für die Ladefläche konzipiert, die modular verwendet werden können. Mithilfe weiterer Module kann sich das Auto unter anderem in eine mobile Arztpraxis oder eine Wasseraufbereitungsstation verwandeln.

Gussknoten und eine einfache geschraubte Bauweise ermöglichen eine einfache Produktion der tragenden Struktur mit sehr niedrigen Investitionskosten. Das Fahrzeug zeichnet sich durch ein schnörkelloses, klares und modernes Design aus. Die Herausforderung bestand darin, trotz einfacher Produktionsmethoden und geringer Herstellungskosten ein begehrenswertes, funktionales und hochwertiges Fahrzeug zu entwickeln. Der Preis für das Basis-Fahrzeug in Afrika soll langfristig unter 10.000 Euro liegen.

Im Rahmen des Vorhabens wurde eine virtuelle Möglichkeit zur anwendungsspezifischen Legierungsauswahl geschaffen. Hierzu wurde eine bestehende Mikrospannungssimulation um ein Versagensmodell für unterschiedliche industriell eingesetzte Al-Si-Legierungen erweitert. Dies hat die Berechnung wesentlicher mechanischer Kennwerte dieser Werkstoffe auf Basis der mikrostrukturellen Eigenschaften ermöglicht.

Die Berechnung erfolgte dabei auf der Basis von Schliffbildern (Abbildung links). Den geometrischen Strukturen der einzelnen Gefügephasen wurden für die Mikrospannungssimulation unterschiedliche Materialparameter zugewiesen. Anschließend wurde in einer Umformsimulation ein Zugversuch berechnet.

Die Kalibrierung des Modells erfolgte hierbei im Abgleich mit herkömmlichen Zugversuchen sowie Zugversuchen im Neutronenstrahl. Letztere werden an der Forschungsneutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) durchgeführt und erlauben die Ermittlung von phasenspezifischen Dehnungen.

In der Abbildung rechts ist die Spannungsverteilung in einem AlSi9 Gefüge dargestellt. Aus dieser lässt sich ein deutlicher Unterschied der Spannungen in der eutektischen Phase und dem Mischkristall erkennen.

Durch die Berechnung der Spannungsverteilung in der Mikrostruktur lassen sich präzise Aussagen zu Versagen und mechanischen Eigenschaften treffen.