Ziele des Projekts waren die Erforschung der 3D-Magnetfeldführung und deren Auswirkung auf die Zieleigenschaften von Hochfrequenztransformatoren (HF) sowie der Entwurf einer Validierungsplattform für diese Komponenten mit Nenngrößen von bis zu PN = 20 kW. Die dabei untersuchten Hybrid-Kern-HF-Transformatoren wurden gegenüber dem Stand der Technik in Bezug auf Volumen, Gewicht und Kosten bewertet.

Im Laufe des Projekts wurden komplexe äquivalente Parameter bestehender HF-Transformatoren bestimmt. Die Kernverluste verschiedener Aufbauten sowie andere wichtige Konstruktionsparameter (z. B. Sättigungsflussdichte) wurden experimentell bestimmt. Mit diesen Erkenntnissen konnten die Berechnungsmodelle validiert und verbesserte Demonstratoren entworfen und gebaut werden, die unter Nennbedingungen betrieben und in ihrer Performance bewertet wurden.

Ein zentrales Ergebnis ist die gegenseitige Beeinflussung von – insbesondere nanokristallinen – Kernen und den Transformator- bzw. Spulenwicklungen, die sich in einem erhöhten frequenzabhängigen Kupferwiderstand der Wicklungen bzw. den Kernverlusten bemerkbar macht. Darüber hinaus konnten erstmals die Steinmetzparameter des nanokristallinen Kernmaterials Vitroperm 550HF identifiziert und veröffentlicht werden. Die gewonnenen Erkenntnisse wurden in Form von Designvorgaben für Hochfrequenztransformatoren festgehalten und in Demonstratoren umgesetzt, die im Vergleich zu konventionellen Lösungen eine deutliche Verbesserung bei Volumen, Gewicht und Kosten darstellen. Diese Ergebnisse wurden in einer Fachzeitschrift veröffentlicht.

Im Projekt sollte die Hybridbauweise industriell erschlossen werden unter Berücksichtigung folgender Aspekte:

• Bauteilidentifizierung zur Hybridbauweise anhand von Geometrie und Fertigungskosten
• Erweiterung der Anlagentechnik zur Hybridbauweise hinsichtlich Mess- und Spannsystemen
• Entwicklung von Softwarelösungen zur Erhöhung des Automatisierungsgrades entlang der Prozesskette

In Kooperation mit den Anwendern wurden drei Demonstratorbauteile identifiziert. Anhand der Anwendungsfälle wurden Spann- und Messsysteme ausgewählt und bewertet, der Materialübergang erarbeitet sowie Softwarelösungen zur Bauteilidentifizierung, Auslegung und Fertigung der hybriden Bauteile entwickelt. Abschließend wurden Demonstratorbauteile anwendungsnah getestet.

Der Materialübergang konnte für alle Bauteile defektfrei umgesetzt werden (siehe. exemplarisch Abbildung links). Ein Übertrag auf weitere Materialien bzw. Materialkombinationen ist möglich. Es wurden mehrere Mess- und Spannsysteme reversibel in die Anlagentechnik integriert und getestet. Softwareseitig wurden ein CAD-Tool zur Analyse der Komplexität sowie ein auf Python basierendes Tool zur Bauteilpositionierung entwickelt. Damit konnten Demonstratoren in hybrider Bauweise realisiert werden (siehe Abbildung rechts). Die Erkenntnisse aus dem Projekt liefern einen wesentlichen Beitrag zur Automatisierung und Befähigung der Hybridbauweise für die industrielle Fertigung.

Durch den hohen Wärmeeintrag seitens des Lasers kommt es je nach Positionierung und Orientierung der Bauteile auf der Bauplatte zu thermischem Verzug. Dies erschwert die additive Herstellung von Serien- und Massenbauteilen, da jedes Bauteil individuelle Formabweichungen aufweist. Durch eine anschließende spanende Nachbearbeitung können diese Probleme gelöst werden, jedoch gilt es auch bei der spanenden Nachbearbeitung, jedes Bauteil als individuelles Einzelstück anzusehen und die Bearbeitung effizient zu gestalten.

Im Rahmen des Forschungsprojektes ShapeAM wurden beide Produktionsschritte, die additive Herstellung und die spanende Nachbearbeitung, hinsichtlich ihres Potenzials zur industriellen Effizienzsteigerung untersucht. Im Fokus auf additiver Seite stand die Optimierung des Laserstrahlschmelzprozesses. Hierbei sollte durch gezielte Vordeformation, basierend auf Simulationsergebnissen, die Verformung der Bauteile reduziert werden.

Im Rahmen der spanenden Nachbearbeitung wurden die Bearbeitungsprozesse Fräsen und Gleitschleifen untersucht. Dabei wurde eine Prozesskette vom Additivbauteil bis zum Fertigteil definiert und weitestgehend automatisiert. Anschließend wurden notwendige Bearbeitungszugaben ermittelt und in ein CAD (Computer Aided Design) / CAM (Computer Aided Manufacturing) Programm implementiert. Zudem war die Werkzeugauslegung speziell für das Fräsen von Additivwerkstoffen Teil dieses Forschungsprojektes.

Eine erste aussichtsreiche Variante zur Schließung des Stoffkreislaufs etabliert sich aktuell entlang der Aufbereitung mittels vliesbildender Verfahren. Um das hohe Technologie-Potential bestmöglich zu erschließen, ist eine Verknüpfung des Anforderungsprofils zukünftiger Einsatzfelder eines erneuten Produkt-Lebenszyklus mit den Leistungsniveaus der Vliesstoffe notwendig.

Das Forschungsprojekt CaRMA machte sich dabei die intrinsisch hohe Anzahl an werkstofflichen Stellgrößen innerhalb eines technischen Vliesstoffes zunutze. In einem innovativen Multi-Material-Ansatz wurden recycelte Carbonfasern mit zusätzlichen strukturellen oder funktionellen Faseranteilen (z. B. Glas-, Natur-, Aramidfasern) vermischt. Dadurch kann das Leistungsspektrum des neuartigen Werkstoffs signifikant verbreitert werden.

Infolge der verbesserten Einsatzfähigkeit können potenziell auch zusätzliche Anwendungsfelder erschlossen werden. Mit steigendem Technologieverständnis werden entlang des gewählten Ansatzes anwendungsspezifisch optimierte Materialvarianten ermöglicht. Die facettenreichen Nutzungspotenziale unterstützen somit den wirtschaftlich tragfähigen und gleichzeitig ökologisch sinnvollen Umgang werkstofflicher Ressourcen in diesem Hochtechnologieumfeld.

Die Aufheizung innerstädtischer Strukturen durch Sonneneinstrahlung, der sogenannte Urban Heat Island Effekt, ist nicht mehr nur ein Phänomen in südlichen Ländern. Auch Siedlungen in nördlicheren Breiten werden immer dichter und es entstehen mehr versiegelte Flächen, die sich im Zusammenhang mit Stadtmorphologie und Materialität an heißen Sommertagen durch Sonneneinstrahlung stark aufheizen und Wärmeenergie speichern. Für eine nachhaltige und klimaresiliente Zukunft müssen Stadtplaner ebenso wie Architektinnen neue technologische Lösungen für eine klimafreundliche Umgestaltung der Städte aufzeigen.

Neben der Intensivierung von Gebäudebegrünung gibt es nach aktuellem Stand der Technik heute bisher wenig andere tragfähige Konzepte zur Vermeidung oder Abschwächung lokaler Wärmeinseln in Städten. Wandkonstruktionen aus Ziegeln und keramischen Elementen bieten hier neben vielen bauphysikalischen Aspekten auch den Vorteil, dass sie neue Möglichkeiten architektonischer Gestaltung eröffnen. Außerdem sind bei diesen Materialien Kenntnisse über die Bautechnik weit verbreitet. Insbesondere energieeffiziente Wand- und Fassadengeometrien mit hohem hygrothermischen Speichervermögen bieten ein hohes Innovationspotenzial zur Reduzierung des Kühlbedarfs in Gebäuden.

Möglichkeiten zur Aktivierung klimaaktiver Eigenschaften – zum Beispiel von selbstverschattenden und bewässerten Ziegelsteinen – wurden bereits erarbeitet. Im Projekt Climate Active Envelopes sollen darüber hinaus Methoden entwickelt werden, diese Erkenntnisse in eine durchgängige digitale Kette zu überführen, die Planung, Simulation und eine digitale Fertigung miteinander integriert.

Ziel ist es, differenzierte Wandgeometrien im Entwurf thermisch zu bewerten, standortspezifisch zu optimieren und die damit verbundene Kette vom Entwurf bis zur Produktion in allen Schritten entscheidend zu verbessern.

Zelluläre Therapien gehören zu den vielversprechendsten, aber auch zu den komplexesten Behandlungsformen der modernen Medizin. Zelltherapeutika sind „lebende Medikamente“ und haben Heilungspotenzial zum Beispiel in der Krebs- und Infektionsmedizin. Wahrscheinlich lassen sie sich auch bei vielen anderen Erkrankungen erfolgreich einsetzen. Insbesondere mit sogenannten chimären Antigenrezeptor-(CAR)-veränderten Immunzellen konnte bei Krebserkrankungen des Blutes die Entwicklung bis zum zugelassenen Medikament bereits eindrucksvoll aufgezeigt werden. Auch für häufigere Krebserkrankungen und Infektionen wird ähnliches Entwicklungspotenzial erwartet.

Die Umsetzung dieser Therapien von vielversprechenden präklinischen Forschungsdaten in konkrete klinische Anwendungen ist jedoch schwierig und in Bayern bislang trotz hervorragender Konzepte nur in wenigen Einzelfällen gelungen. Ein Hauptgrund ist die fehlende Bündelung von Expertisen und Technologien in diesem Bereich, sodass alle Entwickler für ihre jeweils konkrete Anwendung meist sehr weit vorne in der klinischen Transferkette beginnen müssen. Die Münchner und Würzburger Universitäten bündeln nun in BAYCELLator ihre Expertisen, um neben den eigentlichen Zelltherapeutika insbesondere die Entwicklung von Basistechnologien (sogenannte Enabler) zu fördern, die das Potenzial haben, in Bayern von dauerhaftem Nutzen für die künftige Entwicklung zellulärer Therapien zu sein. Neue Therapien sollen hierdurch schneller in die Anwendung am Patienten gebracht werden. Langfristig soll dieses Konsortium die Grundlage für den Aufbau eines bayernweiten Zelltherapienetzwerks schaffen.

Metallische Halbleiter wie Titandioxid (TiO2) zeigen unter Bestrahlung mit ultraviolettem Licht photokatalytische Aktivität. Durch die Energie des Lichts werden Elektronen im TiO2 angeregt, wodurch Protonen zu Wasserstoff reduziert werden und Sauerstoff freigesetzt wird. Um die Effizienz des TiO2 zu erhöhen, wird dieses mit Gold-Nanopartikeln (AuNPs) kombiniert. Dabei laufen an der Grenzfläche physikalische Prozesse ab, die es ermöglichen, den sichtbaren Spektralbereich des Lichts für die Photokatalyse zu nutzen. TiO2-Partikel in klassischer Pulverform haben jedoch einige erhebliche Nachteile: Dazu zählen eine geringe Ausbeute an Wasserstoff, die fehlende Skalierbarkeit sowie das geringe Wiederverwendungspotenzial.

In diesem Forschungsprojekt sollen die verwendeten Halbleiter auf Trägervliesstoffen aus biotechnologisch hergestellten Spinnenseidenfasern immobilisiert werden. Spinnenseide ist aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften perfekt als Trägermaterial geeignet und dazu auch noch ein „grünes“ Polymer: Sie ist im Vergleich zu anderen Polymeren komplett biologisch abbaubar und ermöglicht dadurch eine vereinfachte Wiederverwendung der katalytischen Metallkomponenten. Für die Bindung der Halbleiter werden die Spinnenseidenproteine spezifisch modifiziert. Die Kombination der Vliese aus Spinnenseide mit katalytisch aktiven Halbleitern ermöglicht die Schaffung eines nachhaltigen Systems. Die photokatalytisch aktiven Spinnenseidenvliese sollen in einem stationären Wasserstofferzeuger zur Anwendung kommen, der in unterschiedlichsten Bereichen zur lokalen Wasserstoffproduktion eingesetzt werden kann.

Der Bedarf an Spenderherzen für Patienten mit terminalem Herzversagen übersteigt bei weitem das Angebot, was lange Wartezeiten zur Folge hat und die Chancen auf eine lebensrettende Transplantation vermindert. An der LMU München wurden genmodifizierte Schweineherzen als alternative Organe entwickelt. Um die bei einer Xenotransplantation auftretenden Abstoßungsreaktionen zu verhindern, bedarf es einer das Immunsystem unterdrückenden Therapie, die durch die Blockierung des CD40-Rezeptors durch einen Antikörper erreicht werden kann. Die Wirksamkeit dieser immunologischen Blockade wurde bereits in präklinischen Versuchen nachgewiesen, allerdings gibt es derzeit keinen zugelassenen Anti-CD40-Antikörper, welcher die Abstoßungsreaktionen im Menschen verhindert. Ziel des Verbundvorhabens der LMU München, der XL-protein GmbH sowie der Wacker Chemie AG ist es deshalb, die Grundlagen für einen neuen Anti-CD40-Antikörper zu schaffen, um den Weg in die klinische Anwendung der Herz-Xenotransplantation zu ebnen. Nach der Selektion eines Antikörpers mit geeigneter Spezifität wird XL-protein ein monovalentes, durch PASylierung langwirkendes Antikörperfragment konstruieren, wodurch im Vergleich zu einem konventionellen Antikörper potenzielle Nebenwirkungen reduziert werden. Der Herstellungsprozess wird mithilfe der ESETEC®-Technologieplattform von Wacker Chemie evaluiert, die eine Sekretion des Antikörperfragments in den Kulturüberstand ermöglicht und damit der kostengünstigen Herstellung den Weg ebnet.

Anwendungen für dieses neuartige Immunsuppressivum ergeben sich zudem für die Transplantation von menschlichen Organen wie auch für die Behandlung von Autoimmunerkrankungen (zum Beispiel Rheumatoide Arthritis oder Morbus Basedow).

Durch die steigende Komplexität des Produktionsumfelds stehen produzierende Unternehmen vor der Herausforderung, ihre operativen Mitarbeitenden mit notwendigen Prozessinformationen zu versorgen. Das Forschungsprojekt ProdBot zielt darauf ab, den Einsatz von Chatbots in einem produktionstechnischen Umfeld zu untersuchen und zu erproben. Der Chatbot soll operative Mitarbeitende bei der Informationsbeschaffung im industriellen Produktionsumfeld unterstützen und dadurch Entscheidungsprozesse schneller, effizienter und effektiver gestalten. Im Rahmen des Projekts wird eine Methodik zum Einsatz von Chatbots in der Produktion erarbeitet.

Das Konzept adressiert die bestehenden Herausforderungen beim Einsatz digitaler Chatbots im Produktionsumfeld mit neuen Methoden zur Wissensspeicherung, zum Sprachverständnis und zur Datenintegration. Ein Beispiel hierfür ist die Unterstützung der Mitarbeitenden in der Auftragssteuerung durch eine schnelle und natürlichsprachlich gesteuerte Analyse von aktueller Auslastung und Auftragssituation. Auch in der Instandhaltung ist der Einsatz denkbar, durch effiziente Bereitstellung von vorhandenem Wissen. Weiterhin sollen neue Methoden entwickelt werden, die den Chatbot zu intelligentem Lernen befähigen – anhand der Interaktionen mit Nutzenden, der zu entwickelnden Ontologie und neuer Daten. Eine Ontologie ist dabei eine Art Landkarte, die Begriffe und deren Beziehungen innerhalb einer bestimmten Domäne (zum Beispiel Produktion) organisiert und definiert. Die Lernfähigkeit bezieht sich zum einen auf eine Verbesserung des Sprachverständnisses und der Nutzendeninteraktion, zum anderen auf die intelligente Erweiterung der Ontologie. Auf Basis der Methodik entstehen Demonstratoren in zwei verschiedenen industriellen Anwendungsfällen zur praktischen Umsetzung des Chatbots.

Die Diagnose von Wälzlagern im laufenden Betrieb wird auf der Basis von Schwingungssignalen durchgeführt, die über Sensoren erfasst werden. In der Praxis erfassen diese Sensoren jedoch nicht nur Schwingungssignale, die durch Lagerschäden verursacht werden, sondern meist auch umfangreiche weitere Signalanteile. So werden zwangsläufig vielfältige störende Schwingungssignale mitgemessen, die die eigentlich interessierenden Schadenssignale überdecken. Eine wesentliche Herausforderung besteht in der Erkennung der Signalanteile, die auf einen Lagerschaden hindeuten. Ziel des Projekts ist die Entwicklung innovativer, hochgenauer Methoden zur Signalanalyse, die im Vergleich zu bestehenden Verfahren eine höhere Analysegüte haben und auch eine bessere Automatisierbarkeit der Auswertung ermöglichen.

Damit gewonnene Daten über den Zustand von Wälzlagern erlauben es, deren Lebensdauer gezielt auszuschöpfen und die Wartung bedarfsgerecht durchzuführen. Bisher übliche feste Wartungsintervalle werden damit dem tatsächlichen Bedarf angepasst. Zusammen mit der fortschreitenden Entwicklung und Integration kostengünstiger Sensorik und der entsprechenden Internetbasierten Signalverarbeitung (IoT, Industrie 4.0) können in diesem Bereich entscheidende Fortschritte erzielt werden. So kann die Verfügbarkeit von Maschinen erhöht und unnötiger Wartungsaufwand vermieden werden.