In einem ersten Schritt wird die Einsetzbarkeit des vorhandenen Roboters für die Positionierung von Werkstücken mit Regelgeometrien (Planflächen, Sphären) an geeigneten Arbeitspunkten eines bereits betriebsbereiten MRF-Systems untersucht: Die Herausforderung für das Oberflächenfinishing ist die präzise Einstellung des Wirkspalts zwischen Poliermittelträger und Werkstückoberfläche, um für alle Oberflächenpunkte des Werkstücks eine deterministische Abtragwirkung im Nanometer-Bereich zu erzielen. Für verschiedene Parametereinstellungen (insbesondere Drehzahl und Magnetfeld), die den Polierabtrag bei der Oberflächenbearbeitung definieren, werden stabile Arbeitspunkte durch statische Poliertests (Bestimmung der Abtragsfunktion) ermittelt und festgelegt.

Testbearbeitungen durchführt. Zur Demonstration der Anwendung des Systems auf präzise Oberflächenkorrekturen werden schließlich gezielt Teststrukturen (Sollabtrag) in Bauteiloberflächen eingearbeitet und mit optischen Interferometern vermessen (Istabtrag). Aus dem Vergleich von Soll- und Istabtrag wird die Konvergenz als Maß für die Produktivität der MRF-Finishing-Methode in der Polierzelle ermittelt.

Ein positives Entwicklungsergebnis demonstriert die Einsatzfähigkeit von hochpräzisen MRF-Finishing-Methoden innerhalb von flexiblen roboterbasierten Fertigungszellen, die kostengünstige Prozessautomatisierungen in der Optikindustrie ermöglichen.

Mit dem fortschreitenden Klimawandel und der Corona- Pandemie ist zunehmend klar geworden, dass die Entwicklung von Bioprozessen in Zukunft in hoher Geschwindigkeit erfolgen muss. Zeit- und Qualitätsverluste durch die Verwendung klassischer analytischer Methoden sind zu vermeiden.

Dennoch werden heutzutage in der Bioprozessentwicklung noch immer zeitraubende analytische Tätigkeiten durchgeführt, die einen Großteil der Arbeitszeit in Anspruch nehmen. Dazu gehören die Einarbeitung von Personal in neue Analysemethoden, die Entwicklung aufwändiger Methoden (z. B . Enzym-Assays), fehleranfällige Probennahmen (auch außerhalb üblicher Arbeitszeiten), die Probenvorbereitung (z. B. Sterilfiltration der Proben, Verdünnungsschritte), die Kalibrierung von Messgeräten (z. B . Bestimmung der optischen Dichte), und nachgeschaltete Analysen mit verschiedenen Messtechniken (z. B . HPLC und GC).

Die Projektbeteiligten teilen die Vision, zukünftig den Großteil dieser zeitraubenden Tätigkeiten obsolet zu machen, indem neben existierenden Online-Größen (pH, Temperatur, Druck, Gelöst-Sauerstoff, Abluftsignale) mit der Raman-Spektrometrie eine Online-Messtechnik mit hohem Informationsgehalt zum Einsatz kommt. Diese kann während des laufenden Prozesses viele relevante Konzentrationen zeitlich hochaufgelöst messen.

Übergeordnetes Ziel des geplanten Projekts ist es, Experten aus unterschiedlichen Fachdisziplinen aus Wissenschaft und Industrie zusammenzubringen, um die „rasende“ Entwicklung ganzer Bioprozesse mit einer einzigen hochauflösenden Messtechnik, der Raman-Spektroskopie, zu ermöglichen.

Die Herstellung von Tiefziehwerkzeugen (Formen zur Herstellung von Karosserieblechen) erfordert neben der Einhaltung enger Maß-, Form- und Lagetoleranzen zumeist auch die Erreichung höchster Arbeitsgenauigkeiten hinsichtlich Welligkeiten und Rauigkeiten von Funktionsoberflächen. Zuletzt genannte Merkmale (Wellig- und Rauigkeiten) erfordern häufig ein manuelles „Finishing“, d. h. die händische Werkstückbearbeitung mithilfe einfacher Schleif- und Polierwerkzeuge, die sich an die maschinelle Zerspanung anschließt.

Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, die erforderlichen manuellen Schleif- und Polieraufwände zur Erzeugung höchster Oberflächengüten durch eine automatisierte Lösung zu ersetzen. Hierbei besteht die besondere Herausforderung darin, die komplexen Fähigkeiten des Menschen zu imitieren: die Erfassung optischer und haptischer Informationen sowie die motorische Reaktion, d. h. die Ausübung von Bewegungs- und Kraftimpulsen auf Grundlage eines implizit im Gehirn antrainierten Modells.

Zur Lösung der Aufgabe soll eine roboterbasierte Schleifanlage entwickelt werden. Eine Steuerung soll auf Grundlage von Computer Vision und der Erfassung der mechanischen Prozessgrößen fortlaufend die Bearbeitungsparameter „Richtung“, „Geschwindigkeit“ und „Anpresskraft“ des Schleifsteines berechnen und an das Robotersystem ausgeben. Als besonderes aktorisches Element wird ein spezieller, neuartiger Endeffektor eingesetzt, mit dem das Schleifwerkzeug exakt und kippfrei zur Werkstückoberfläche geführt werden kann. Eine Validierung der Automatisierung erfolgt unter Betriebsbedingungen im Werkzeugbau.

Zukünftige Hochleistungslaseranwendungen, zum Beispiel in der Materialbearbeitung (Laserfertigung) oder in der Energieversorgungssicherung (Laserfusion), stellen höchste Anforderungen an die Leistungsfähigkeit der optischen Komponenten hinsichtlich Beständigkeit gegenüber Laserstrahlen mit extrem hohen Energie- und Leistungsdichten. Für konkurrenzfähige Produkte auf dem Weltmarkt ist zudem die Wirtschaftlichkeit ein entscheidender standortsichernder Faktor.

Das Projekt adressiert daher zwei wesentliche Aspekte:
a) Realisierung hochstabiler, laserfester optischer Schichten mit geringsten optischen Verlusten mittels IBS*-Technologie,
b) Berücksichtigung industrieller Ansprüche, wie Wirtschaftlichkeit, Liefertreue und Produktqualität.

Die Stärke des Verbundprojekts besteht dabei in der ganzheitlichen Betrachtungsweise: Die Untersuchung der Prozesskette für hochleistungsoptische Laserkomponenten im industriellen Fertigungsumfeld behält die entsprechenden Anforderungen der Qualitätssicherung im Blick. Die Herangehensweise und differenzierte Betrachtung der unterschiedlichsten Einflussfaktoren aus wissenschaftlicher (Fraunhofer IOF), technologischer (Bühler) und wirtschaftlicher Sicht (Laser Components) auf die Schichteigenschaften führt zur Überwindung aktueller Hürden bei der kommerziellen Realisierung hochstabiler und verlustarmer IBS*-Schichten.

Neben der Entwicklung technologischer Neuerungen bedarf es dabei hochsensitiver Messmethoden, welche den millionstel Anteil des verlorenen Lichtes in den Schichten präzise detektieren können.

*IBS: Bei der Ionenstrahlzerstäubung (engl.: Ion Beam Sputtering) werden durch den Beschuss von Zielmaterialien mit hochenergetischen Teilchen auf einem Substrat hoch präzise dünne Schichten aufgebracht.

Nachhaltigkeitsanforderungen und demographischer Wandel machen eine kontinuierliche Prozessoptimierung unerlässlich, beispielsweise durch Substitution nicht nachhaltiger Roh-, Hilfs- und Betriebsstoffe sowie durch Steigerung des Automatisierungsgrades in der Produktion. In der Metallbearbeitung kommen zumeist öl- oder wasserbasierte KSS zum Einsatz. Diese stellen zum einen die Kühlung und Schmierung der Wirkstelle sicher und realisieren zum anderen den effizienten Spanabtransport. Trotz ihrer Funktionalität wirken sich diese KSS negativ auf die Nachhaltigkeit aus.

Eine Alternative bietet die CO₂-basierte kMMS, die ein CO₂-Öl-Gemisch zur Kühlung und Schmierung der Wirkstelle nutzt. Während der minimale Ölauftrag die Schmierung gewährleistet, ermöglicht das sich bei Entspannung abkühlende CO₂ die Kühlung des Prozesses.

In der bisherigen Anwendung der kMMS stellen vor allem deren flexible Dosierung sowie der Spanbruch und -abtransport Herausforderungen dar. Besonders kritisch ist dies in der Drehbearbeitung duktiler Werkstoffe, da diese durch ausbleibenden Spanbruch zur Bildung langer Fließspäne neigen. Solche Späne können Werkstück und Maschine beschädigen, den Fertigungsprozess ungeplant stoppen und den Maschinenbediener verletzen.

In aktuellen Studien konnte bereits nachgewiesen werden, dass sich durch die gepulste Hochdruck-Zuführung von konventionellen KSS der Spanbruch gezielt einstellen lässt. Diese Erkenntnis wird im Rahmen des Projekts auf die kMMS angewendet. Mithilfe der periodischen Ausbringung unter Hochdruck soll sowohl der Spanbruch positiv beeinflusst als auch eine flexible Kühl- und Schmierleistung realisiert werden.

Um wettbewerbsfähig zu bleiben, begegnen die Lebensmittelproduzenten den sich schnell wechselnden Marktbedürfnissen mit einer wachsenden Produktvielfalt und kurzen Produktlebenszyklen. Dies macht die schnelle Entwicklung und Inbetriebnahme neuer Produktionsanlagen notwendig. Zunehmend wird aber auch eine rasche Anpassung bestehender Anlagen gefordert. Die steigende Komplexität moderner Produktionsanlagen sowie der Mangel an qualifiziertem Personal, besonders im Bereich der Automatisierungs- und Informationstechnologien, erschweren Neuentwicklungen. Gleichzeitig gestalten sich Umbaumaßnahmen im teils jahrzehntealten Anlagenbestand als äußerst herausfordernd. Dies betrifft insbesondere das Automatisierungs- und Steuerungssystem. Daher bedarf es neuer Ansätze und Technologien für die Steuerungsentwicklung sowie geeigneter Test- und Analysewerkzeuge für deren Absicherung.

Vor diesem Hintergrund werden im Forschungsvorhaben virtASI das Engineering lebensmittelverfahrenstechnischer Produktionsanlagen neu gedacht und innovative Methoden und Technologien in den Mittelpunkt der Anlagenentwicklung gebracht. Zentraler Betrachtungsgegenstand ist es, erstmals simultan und automatisiert sowohl modulare Simulationsmodelle als auch die entsprechenden Steuerungsalgorithmen zu generieren. Basierend auf den standardisiert in der Verwaltungsschale abgelegten modularen Planungsdaten automatisiert sich die Anlage mithilfe von KI-Methoden sozusagen selbst. Die generierte Steuerungslösung wird mit den automatisch erzeugten Simulationsmodellen verbunden, simulativ getestet, verbessert und die Anlage schnell und einfach virtuell in Betrieb genommen.

Kerne formen die funktionellen Hohlräume in gegossenen Metallbauteilen. Sie werden üblicherweise aus einem Sand-Binder-Gemisch hergestellt. Ziel des Projektvorhabens SaKe ist die Entwicklung einer neuen Prozesskette im Aluminium-Schwerkraftguss, in der Gießkerne aus einem umweltfreundlichen Salz im Kernschießverfahren hergestellt werden. Die Prozesskette sieht vor, feuchtes Salzpulver oder -granulat mittels Druckluft zu fluidisieren und in ein Werkzeug zu schießen. Der Formstoff wird durch Kristallisation zu einem formstabilen und temperaturbeständigen Kern ausgehärtet. Die Kristallisation und damit die Verfestigung soll dabei gezielt ausschließlich über die Feuchtezugabe und Trocknungsbedingungen eingestellt werden.

Nach dem Gießen kann der poröse, wasserlösliche Formstoff mechanisch oder über eine teilweise Auflösung aus dem Bauteil entfernt und vollständig zurückgewonnen werden. Über das binderfreie Materialsystem treten keine gesundheitsschädlichen Emissionen, weder vor noch während des Gießens, auf. Gleichzeitig wird die Deponierung von gesundheits- und umweltgefährdenden, teilweise mit Binder versetzten Sanden vollständig vermieden. Im Forschungskonsortium wird dabei die vollständige Prozesskette untersucht und auf Basis eines Demonstrators entwickelt.

Die Entwicklung und Zulassung medizinischer Geräte ist ein komplexer und langwieriger Prozess, der für kleine und mittelständische Unternehmen eine enorme Herausforderung darstellt. Die strengen Anforderungen der Medizinprodukteverordnung und die zunehmende Komplexität innovativer Technologien, wie KI-gestützter robotischer Systeme, erhöhen den Aufwand für Sicherheitsprüfungen und Zulassungen erheblich. Dies führt nicht nur zu hohen Kosten, sondern auch zu Verzögerungen bei der Markteinführung neuer Produkte, wodurch potenzielle Behandlungsmöglichkeiten ungenutzt bleiben.

Das Projekt TED-MeD hat das Ziel, durch die Entwicklung eines umfassenden Vorgehensmodells und eines interaktiven Assistenzsystems für Entwickler (EnAs) innovativer Medizingeräte, eine strukturierte Herangehensweise zur Identifizierung und Minimierung von Sicherheitsrisiken zu etablieren. Die spezialisierte Assistenz unterstützt jeden Entwicklungsschritt bis zur Zulassung. Dies ermöglicht Entwicklern ohne tiefgehende regulatorische Kenntnisse, sicherheits- und zulassungsrelevante Aspekte frühzeitig zu berücksichtigen.

Ein zentraler Bestandteil des Projekts ist die Entwicklung eines robotischen Kathetermanipulators für endovaskuläre Eingriffe. Dieser Demonstrator wird die technischen Herausforderungen der Medizintechnik adressieren und dient als praktisches Beispiel für die Anwendung des entwickelten Vorgehensmodells.

TED-MeD fördert die medizinische Innovation und trägt zur Wettbewerbsfähigkeit von KMU in der Medizintechnik bei. Langfristig zielt das Projekt darauf ab, neue Behandlungsmöglichkeiten für Patienten zu erschließen und somit die Qualität der medizinischen Versorgung insgesamt zu verbessern.

Die Stoffgruppe der per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) umfasst mehr als 4.700 Substanzen. Sie werden aus der Produktion von PFAS, Textilien, Papier und Druckerzeugnissen, der galvanischen Industrie, Kälte- und Treibmitteln sowie Feuerlöschschäumen in die Umwelt freigesetzt. Dort verbleiben sie als persistente Schadstoffe. Inzwischen können sie im Blut der Bevölkerung nachgewiesen werden. Die Bodenwäsche ist das einzige großmaßstäblich eingesetzte Verfahren zur Reinigung PFAS-kontaminierter Böden. Dabei werden die an den Bodenpartikeln anhaftenden Schadstoffe durch mechanische Krafteinwirkung von diesen abgelöst und in das Waschwasser überführt, aus dem sie mittels Aktivkohle entfernt und anschließend thermisch vollständig zerstört werden können.

Ziel des Projekts BoReF ist es, die Bodenwäsche so weiterzuentwickeln, dass nicht nur wie bisher die Grobfraktionen der Böden (> 0,1 mm), sondern auch der Feinanteil (< 0,1 mm) gereinigt werden kann.

Der methodische Ansatz des Projekts besteht darin, die Interaktion zwischen Wasser und Bodenpartikeln in den bestehenden Verfahrensstufen zu verbessern sowie durch zusätzliche Verfahrensstufen gezielt die Feinfraktion zu reinigen. Ein Ansatz hierbei ist die Flotation: Durch Einbringen von Luftblasen und speziellen Additiven schwimmen die PFAS mit den Luftblasen auf, während der gereinigte Boden absinkt. Ein weiterer Ansatz besteht darin, die organischen Bodenbestandteile, an denen die PFAS anhaften, zu zerstören und so deren Auswaschung zu ermöglichen. Zur Kontrolle des Behandlungserfolgs wird die innovative SICRIT-Technologie zur einfachen und schnellen Bestimmung der PFAS-Konzentration eingesetzt. Die ökologische Bewertung der entwickelten Verfahrenskombination erfolgt mittels Lebenszyklusanalyse (LCA).

Photovoltaikanlagen können den steigenden Strombedarf privater Haushalte decken, erfordern aber effiziente Batteriespeicher. Eine nachhaltige Alternative zu Lithium- Ionen-Batterien sind Vanadium-Redox-Fluss-Batterien (VRFB). Der Einsatz hochleitfähiger Kationenaustauschmembranen reduziert den elektrischen Widerstand der Batterie und steigert ihre Effizienz. Gleichzeitig erhöht sich jedoch der unerwünschte Austausch von Vanadium-Ionen zwischen den Elektrolyten. Da dieser nicht völlig symmetrisch ist, sammelt sich über die Zeit mehr Vanadium auf einer Seite an, was die nutzbare Kapazität verringert.

Um dies auszugleichen, wird eine Betriebsstrategie entwickelt, die die elektrische Polarisation der Batterie regelmäßig umkehrt. Durch dieses gezielte Umpolen gleichen sich die Konzentrationsunterschiede im Elektrolyten über mehrere Lade- und Entladezyklen wieder aus. So bleibt die Zusammensetzung beider Elektrolytseiten langfristig stabil und wartungsfrei erhalten. Zur genauen Überwachung wird eine Open-Circuit-Potential-Zelle (OCP-Zelle) zur Messung der Elektrolyt-Gleichgewichtspotenziale mit einem Beobachtermodell gekoppelt. Diese Kombination ermöglicht eine präzise Bestimmung des Lade- und Gesundheitszustands der Batterie und dient als Grundlage für die adaptive Steuerung der Betriebsstrategie.

Nach erfolgreichen Labortests werden OCP-Zelle, Beobachteralgorithmus und Betriebsstrategie in einem 2kW- 6kWh-Heimspeicher kombiniert. Ein realer Betriebstest soll zeigen, dass die Batterie durch diese Verbesserungen effizienter und wirtschaftlicher arbeitet und damit eine nachhaltige Lösung für die private Energiespeicherung darstellt.