Forschung
– Key to Smart Products!
Impulsprojekte:
Innovationen für E-Mobilität, Industrie 4.0 und energieeffiziente Produkte
Die Forschungsaktivitäten der SmartPro-Partnerschaft fokussieren auf vier zentrale Anwendungsfelder: Energiewandler und -speicher, Leichtbau und 3D-Druck. In diesen zukunftsweisenden Feldern liefert SmartPro wichtige Beiträge zur Schärfung des Forschungsprofils der Hochschule Aalen und zur nachhaltigen Stärkung des Kompetenz- und Innovationsprofils der Region.
Die Umsetzung erfolgt über vier langfristig angelegte Forschungs- und Entwicklungsprojekte, die sog. Impulsprojekte MagNetz, LiMaProMet, InDiMat und AddFunK. In den Impulsprojekten bringen 14 Arbeitsgruppen der Hochschule ihre spezifische Expertise ein. Eng eingebunden sind regionale Unternehmen unterschiedlicher Größe, Forschungseinrichtungen und Transferpartner.
Zusätzliche Potentiale für die Forschungs- und Innovationsziele der SmartPro-Partnerschaft werden durch sog. Explorative Projekte eröffnet, in denen die Forschungsansätze der vier Impulsprojekte und Anwendungsfelder inhaltlich und methodisch ausgeweitet werden.
MagNetz
Smarte Magnetwerkstoffe und Werkzeuge ihrer Qualitätsbewertung für leichte, kompakte und effiziente Elektromotoren
Magnete sind allgegenwärtig: in Elektromotoren, Generatoren und Aktoren in autonomen Systemen und Akkugeräten. Magnettechnologien in diesen elektrischen Energiewandler-Maschinen ermöglichen die effiziente Nutzung von Energie für intelligente Mobilität, Windkraft und Elektrowerkzeuge sowie Industrie 4.0-gerechte Fabrikautomation. Magnetmaterialien sind Schlüssel für marktattraktive material-, energie- und ressourceneffiziente Produkte. Gegenwärtige Nachteile sind kostenintensive Seltenerdmetalle und erhöhte Verluste durch verbautes Elektroblech. Smarte Magnetwerkstoffe von gesicherter Qualität mit spezifisch auf die Systemanforderungen angepassten Eigenschaften und intelligente Magnettechnologien stehen daher im Fokus des Impulsprojekts MagNetz.
MagNetz
Projektleitung
Prof. Dr. Dagmar Goll
Tel.: +49 (0) 7361 576-1601
dagmar.goll@hs-aalen.de
Projektpartner
Weitere Forschungsinstitutionen
- Fraunhofer–Institut für Werkstoffmechanik
- Karlsruher Institut für Technologie
- Max-Planck-Institut für intelligente Systeme
Unternehmen
- AMK Arnold Müller GmbH & Co. KG Antriebs- und Steuertechnik
- Antriebstechnik GmbH Faurndau
- Carl Zeiss Microscopy GmbH
- Daimler AG
- Dürr Technik GmbH & Co. KG
- Georgii Kobold GmbH & Co. KG
- GTS Generator. Technik. Systeme. GmbH & Co. KG
- Robert Bosch GmbH
- Vacuumschmelze GmbH & Co. KG
- Andreas Stihl AG & Co. KG
Transferpartner
- e-mobil BW GmbH
LiMaProMet
Projektleitung
Prof. Dr. Timo Sörgel
Tel.: +49 (0) 7361 576-2468
timo.soergel@hs-aalen.de
Projektpartner
Hochschule Aalen
Weitere Forschungsinstitutionen
- Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie fem Schwäbisch Gmünd
- Karlsruher Institut für Technologie
- Universität Ulm, Institut für Elektrochemie
Unternehmen
- Carl Zeiss Microscopy GmbH
- CCT GmbH
- Kessler & Co. GmbH & Co. KG
- VARTA Microbattery GmbH
Transferpartner
- e-mobil BW GmbH
LiMaProMet
Smarte Materialsysteme, intelligente Fertigungsprozesse und Qualitätsmethoden für Lithium-basierte Batterien
Der Bedarf an wieder aufladbaren Batterien mit erhöhter Energiedichte, Sicherheit und Lebensdauer ist aufgrund der gestiegenen Anforderungen an mobile Anwendungen sehr hoch. Im Fokus stehen Reichweite, Laufzeit, Ladedauer und Sicherheit für Elektromobilität und Portable Electronics. Die in der Energiewende angestrebte vermehrte Nutzung regenerativer Energien erfordert kostengünstige Energiespeicher mit langer Lebensdauer. Smarte Batteriematerialien, Fertigungsprozesse und Qualitätsbewertungsmethoden sind Schlüsseltechnologien für eine ressourceneffiziente Mobilität und Energieversorgung. Daher zielt das Impulsprojekt LiMaProMet ab auf die Entwicklung intelligenter Lithium-basierter Speichertechnologien bis zur Marktreife.
InDiMat
Intelligente Fügeprozesse und Leichtbau-Designs sowie qualitätssichernde Prüfverfahren für energieeffiziente Produkte
Leichtbau ist eine branchenübergreifende Schlüsseltechnologie mit herausragender Bedeutung für Verkehr, Energieversorgung und Automatisierung in der Industrie. Im Vordergrund stehen Material- und Energieeffizienz. Zu den vielversprechendsten Leichtbauwerkstoffen gehören Carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) — oft realisiert als Multimaterialverbunde mit breitem Anwendungsspektrum, wie z.B. mit Leichtmetallen und hochfesten Stählen. Auf kosteneffiziente intelligente Verfahrensansätze für hybriden Leichtbau zielt das Impulsprojekt InDiMat ab. Dabei stehen Druckumgießen, thermisches Direktfügen sowie klebetechnisches Fügen von CFK mit Leichtmetallen zur Darstellung hochfester Multimaterialverbunde im Fokus. Ergänzend werden Simulationsmethoden zur Auslegung sowie zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Absicherung der Qualität der Fügeverbindungen weiterentwickelt.
InDiMat
Projektleitung
Prof. Dr. Lothar Kallien
Tel.: +49 (0) 7361 576-2252
lothar.kallien@hs-aalen.de
Projektpartner
Weitere Forschungsinstitutionen
- Technische Universität München
- Universität Ulm
- IFO- Institut für Oberflächentechnik GmbH
Unternehmen
- Alfred Härer GmbH
- Carbon-Werke Weißgerber GmbH & Co. KG
- DYNA more GmbH
- EMAG Automation GmbH
- Franke GmbH
- HAAS Metallguss GmbH
- Henkel AG & Co. KGaA
- Oskar Frech GmbH + Co. KG
- PVA TePla Analytical Systems GmbH
- TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH
- Voith Composites GmbH & Co. KG
- Electronics
Transferpartner
- Landesagentur für Leichtbau Baden-Württemberg GmbH
- Photonics BW e. V.
AddFunK
Projektleitung
Prof. Dr. Rainer Börret
Tel.: +49 (0)7361 576-3482
rainer.boerret@hs-aalen.de
Projektpartner
Weitere Forschungsinstitutionen
- Glasgow Caledonian University
- Karlsruher Institut für Technologie
- Universität Ulm
Unternehmen
- Carl Zeiss Jena GmbH / Carl Zeiss Vision GmbH
- Franke GmbH
- F. & G. Hachtel GmbH & Co. KG
- Hecker Werke GmbH
- MAPAL Dr. Kress KG
- Oppold System International GmbH
- Trumpf GmbH + Co. KG
Transferpartner
- Photonics BW e. V.
AddFunK
Additiv gefertigte intelligente Komponenten für Ressourcen- und Energieeffizienz
Additive Fertigung ist eine der Schlüsseltechnologien für Industrie 4.0 und das Internet der Dinge. Sie ermöglicht die wirtschaftliche ressourceneffiziente Herstellung individualisierter Produkte. Fragestellungen der Industrie hierzu greift das Impulsprojekt AddFunK auf. Beispiele sind 3D-Druck mit smarten Werkstoffen oder neuen Materialkombinationen wie CerMets, Hartmetallen und optischen Kunststoffen für intelligente Sensoren in cyberphysischen Systemen. Neben neuen Anwendungsmöglichkeiten und Funktionsintegration im Bereich Metall oder optischer Elemente durch intelligente Fertigungsprozesse stehen die konstruktive Gestaltung der Komponenten sowie die Einstellung gewünschter physikalischer Eigenschaften im Fokus. Wichtige Aspekte sind die Oberflächenqualität und -mikrostrukturierung durch Laser.
Explorative Projekte
Zusätzlich zu den vier langfristig angelegten Impulsprojekten führt die SmartPro Partnerschaft Explorative Projekte durch, um weitere Forschungs- und Innovationspotentiale zu eröffnen. Die vier zentralen Anwendungsfelder von SmartPro – Energiewandler und -speicher, Leichtbau und 3D-Druck – werden hierdurch inhaltlich und methodisch erweitert. Die Vorhaben sind meist grundlagenorientiert und mit einem hohen Risiko behaftet, weisen jedoch bei erfolgreicher Durchführung ein besonders hohes Verwertungspotential auf.
Die Fragestellungen, die in den „Explorativen Projekten“ von SmartPro aufgegriffen werden, erfordern hochgradig interdisziplinäre Lösungsansätze. Hierbei werden zur kontinuierlichen Erweiterung der zur Verfügung stehenden Expertise auch neuberufene oder bisher weniger forschungsaktive Professoren in SmartPro integriert.
3DGRIN
3D-Druck von Gradientenindexoptiken
Konventionelle optische Bauelemente bestehen aus einem Material mit homogenen optischen Eigenschaften wie z.B. dem Brechungsindex. Ziel des Projekts 3DGRIN ist die Entwicklung einer Gradientenindexoptik (GRIN-Optik), bei der Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindices kombiniert werden.
Gradientenindexoptiken generieren neue Eigenschaften optischer Bauteile und versprechen damit innovative Anwendungen, wie sie für hochintegrierte Systeme notwendig sind, z.B. für Augmented Reality – Systeme. Bisher konnten sie nur mit hohem Aufwand und hohen Kosten sowie für eingeschränkte Funktionalitäten gefertigt werden. Im Vorhaben 3DGRIN wird nun die innovative und wirtschaftliche Fertigung von Gradientenindexoptiken in einem einzigen Fertigungsprozess mittels 3D-Druck untersucht.
3DGRIN unterstützt die Verwertungs- und Transferstrategie der SmartPro-Partnerschaft durch direkte Kooperation mit den an SmartPro beteiligten Unternehmen.
- Projektleitung
Prof. Dr. Andreas Heinrich, Zentrum für optische Technologien (ZOT) - Projektpartner
Prof. Dr. Rainer Börret, ZOT;
Prof. Dr. Harald Riegel, LaserApplikationsZentrum (LAZ) - Laufzeit
01.07.2018 – 30.06.2019
Das Explorative Projekt 3DGRIN ist dem Impulsprojekt AddFunK angegliedert.
HEROD
Simulation des 3D-Drucks hochpräziser Kunststoffteile
Ziel des Projekts HEROD ist die Entwicklung eines Simulationsmodells für den 3D-Kunststoffdruck.
3D-gedruckte Kunststoffbauteile werden schichtweise im Drucker aufgebaut. Die Verbindung der Schichten während des Druckprozesses ist eine Schwachstelle. Die mechanischen Eigenschaften des gesamten Bauteils hängen stark davon ab, wie gut sie sich ausbildet.
Das in HEROD zu entwickelnde Simulationsmodell soll die mechanischen Eigenschaften der Komponenten vorhersagen. Es beruht auf Einzelelementen, die einzelnen 3D-gedruckten Tropfen entsprechen. Das Modell wird experimentell durch Festigkeitstests überprüft. Mit dem Modell lässt sich ermitteln, ob mittels 3D-Druck Kunststoffteile hergestellt werden können, die ähnliche mechanische Eigenschaften und identische Belastbarkeit wie die derzeit in der Industrie verwendeten Spritzgussteile aufweisen. Im Erfolgsfall können z.B. Ersatzteile aus Kunststoff in kleinen Stückzahlen schnell, einfach und hochpräzise mittels 3D-Druck gefertigt werden.
- Projektleitung
Prof. Dr. Rainer Börret, Zentrum für optische Technologien (ZOT) - Projektpartner
Dr. Wolfgang Rimkus, Technologiezentrum Leichtbau (TZL) - Laufzeit
01.01.2019 – 29.02.2020
Das Explorative Projekt HEROD ist dem Impulsprojekt AddFunK angegliedert.
PreMo-LiB
Künstliche Intelligenz und Maschinelles Lernen als Wegbereiter zur Verbesserung der Prozessqualität in der Batterie-Massenproduktion
Hochqualitative Lithium-Ionen Batterien mit langer Lebensdauer werden zukünftig in vielen Industrieprodukten benötigt, z. B. in E-Autos, Smartphones oder Elektrowerkzeugen. Im Projekt PreMo-LiB untersucht die Hochschule Aalen in Kooperation mit der Varta Microbattery GmbH innovative produktionsbegleitende Verfahren zur Lebensdauerprognose und -verbesserung mittels moderner selbstlernender Softwarealgorithmen (Maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz).
Derzeit zeigt sich erst im späteren Einsatz, ob eine Lithium-Ionen Batterie den Kundenanforderungen genügt. Denn eine produktionsbegleitende Qualitätsprognose ist aufgrund der komplexen physikalischen Wirkzusammenhänge innerhalb der Batterie nur sehr eingeschränkt möglich und nicht tauglich für die Massenproduktion.
Im Projekt PreMo-LiB werden nun maschinelle Lernverfahren eingesetzt, mit denen kostengünstig und praktikabel die Qualität und Lebensdauer der Batterie produktionsbegleitend prognostiziert werden können. Das qualitätssichernde Verfahren arbeitet zerstörungsfrei und ist für die Massenproduktion hochqualitativer Lithium-Ionen Batterien skalierbar.
- Projektleitung
Prof. Dr. Ricardo Büttner, Wirtschaftsinformatik - Projektpartner
VARTA Microbattery GmbH - Laufzeit
01.03.2019 – 31.08.2020
Das Explorative Projekt PreMo-LiB ist dem Impulsprojekt LiMaProMet angegliedert.
SurfPlus
Laserstrukturierte Oberflächen für trennmittelfreies Druckgießen
Aluminium-Druckguss gewinnt für Leichtbauanwendungen immer mehr an Bedeutung. Um beim Gießvorgang ein Anhaften des Bauteils an der Oberfläche des Druckgusswerkzeuges zu verhindern, sind bisher Trennmittel erforderlich. Ihr Einsatz ist jedoch kostenintensiv und kann zu Rissbildung und erhöhtem Verschleiß führen.
Im Projekt SurfPlus wird ein innovatives trennmittelfreies Verfahren erarbeitet, das ein Anhaften des Aluminiumbauteils an das Werkzeug verhindert. Die Werkzeugoberfläche wird vor dem Gießvorgang mittels Ultrakurzpuls-Laserstrahlung definiert strukturiert. Die Pulse mit einer Dauer im Femto- und Pikosekundenbereich senken gezielt die Benetzungsfähigkeit des Druckgusswerkzeugs, so dass seine Oberfläche nicht durch die Schmelze benetzt werden kann. Ein Anhaften des Bauteils während des Gussprozesses wird verhindert.
Erfolgreiche laserbasierte Oberflächenfunktionalisierung ermöglicht Aluminium-Druckgussverfahren ohne Trennmittel und steigert dadurch Wirtschaftlichkeit und Qualität. SurfPlus eröffnet neue Anwendungsfelder, die insbesondere für die Automotive-Branche von großem Interesse sind.
- Projektleitung
Prof. Dr. Harald Riegel, LaserApplikationsZentrum (LAZ) - Projektpartner
Prof. D. Lothar Kallien, Gießereitechnologie Aalen (GTA) - Laufzeit
01.04.2019 – 31.03.2020
Das Explorative Projekt SurfPlus ist dem Impulsprojekt InDiMat angegliedert.
TRICLA
Topologieoptimierung hybrider Bauteile für den Automobilbau
Leichtere Bauteile mit hoher Stabilität und Sicherheit sind für den Automobilbau von großem Interesse. Zahlreiche Strukturbauteile in Autos, die bruchanfällig und bei einem Aufprall relevant sind, bestehen aus unterschiedlichen, miteinander kombinierten Materialien. Für solche sog. hybriden Bauteile lassen sich die gängigen Methoden zur Auslegung von (nicht hybriden) Bauteilen derzeit nicht geeignet einsetzen und verknüpfen.
Ziel des Projektes TRICLA ist daher die Entwicklung eines effizienten Workflows zur kraftflussgerechten Auslegung hybrider Strukturbauteile. Unterschiedliche Strukturoptimierungsmethoden und Simulationen werden darin kombiniert. Zentraler Bestandteil ist die dynamische Topologieoptimierung. Mit dieser Methode werden Bauteile nach bionischen Grundsätzen (nach dem Vorbild der Natur) und unter dynamischen Lasten, wie sie z. B. bei einem Aufprall auftreten, konstruiert. Materialeigenschaften und weitere Parameter werden berücksichtigt. Ziel ist eine signifikante Materialreduktion bei gleichbleibender Performance des bruchanfälligen Bauteils.
- Projektleitung
Dr. Wolfgang Rimkus, Technologiezentrum Leichtbau (TZL) - Projektpartner
Prof. Dr. Volker Knoblauch, Institut für Materialforschung Aalen (IMFAA) - Laufzeit
01.03.2019 – 31.08.2020
Das Explorative Projekt TRICLA ist dem Impulsprojekt InDiMat angegliedert.
Data Science für SmartPro
Neben Qualitätsbewertung und Materialanalytik wird Data Science zukünftig eine zentrale Querschnittsthematik sein. Interdisziplinär werden neue Verfahren entwickelt, die Machine Learning nutzen. «Wir verknüpfen durch ‚Machine Learning‘-Informationen von Werkstoffstrukturen mit den Werkstoffeigenschaften. So können wir Materialeigenschaften gezielt verbessern und schaffen Grundlagen für smarte Produkte», sagt Rektor Prof. Dr. Gerhard Schneider.
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Künstliche Intelligenz und Machine Learning als Wegbereiter zur Verbesserung der Prozessqualität in der Batterie-Massenproduktion
In der Zukunft werden in vielen Industrieprodukten hochqualitative Lithium-Ionen-Batterien mit langer Lebensdauer benötigt: E-Fahrzeuge, Smartphones, Elektrowerkzeuge, etc. Hier setzt das Explorative Projekt „PreMo-LiB“ (Prädiktive Modellierung der Lebenszyklen von Lithium-Ionen Batterien) der SmartPro – Partnerschaft an. Im Projekt PreMo-LiB untersucht die Hochschule Aalen, in Kooperation mit der Varta Microbattery GmbH, innovative produktionsbegleitende Verfahren zur Lebensdauerprognose und -verbesserung mittels moderner selbstlernender Software-Algorithmen (Machine Learning, Künstliche Intelligenz).
Bildinfo
Die Beurteilung der Qualität von Lithium-Ionen-Batterien mittels Deep Learning – Methoden in der Mikroskopie wurde auch auf der Hannover Messe 2019 und der make Ostwürttemberg 2019 vorgestellt. Links: Olatomiwa Badmos vom Institut für Materialforschung beim Forum tech transfer.
KMU-Projekte
Gemeinsam mit der Wirtschaft werden weitere attraktive Forschungs- und Entwicklungsprojekte auf den Weg gebracht, insbesondere mit regionalen KMU. Diese Vorhaben – sog. «KMU-Projekte» – tragen zum weiteren Ausbau des starken Kooperationsnetzwerks bei und entwickeln SmartPro gezielt thematisch, wie methodisch weiter. Interessierte innovative Unternehmen aus der Region können dadurch strategisch als Industriepartner neu oder intensiver einbezogen werden.
Assoziierte Projekte
Mit großem Erfolg konnte die Hochschule Aalen Drittmittel für weitere innovative Forschungsprojekte einwerben, die Fragestellungen aus den SmartPro-Anwendungsfeldern aufgreifen. Diese assoziierten Projekte werden häufig gemeinsam mit regionalen Unternehmen durch die an SmartPro beteiligten Arbeitsgruppen durchgeführt. Dabei unterstützen auch zahlreiche SmartPro-Industriepartner seit der Antragstellung durch LOIs, Beratung im Rahmen von Beiräten sowie wissenschaftliche Diskussionen der transferorientierten Vorhaben. Ausgewählte Projekte werden vorgestellt.
Am „ultrakurzen“ Puls der Zeit
Was der Physik-Nobelpreis 2018 mit der Hochschule Aalen zu tun hat Am 10. Dezember wird der Physik-Nobelpreis in Stockholm mit einer Besonderheit vergeben: Alle Preisträger manipulieren Licht. Donna Strickland erhält den ehrwürdigen Preis zusammen mit Gérard Mourou....
Künstliche Intelligenz in der Materialmikroskopie
Projekt KLEVER integriert Methoden des Maschinellen Lernens an der Hochschule Aalen Das Institut für Materialforschung an der Hochschule Aalen (IMFAA) freut sich über die Förderzusage im Bundesprogramm Forschung an Fachhochschulen mit Unternehmen (FHprofUnt). Das...
Starke Fachhochschulen – Impuls für die Region (FH-Impuls)
Die Hochschule Aalen hat sich mit SmartPro bundesweit in der Spitzengruppe der Fachhochschulen positioniert. Sie wird als eine von 10 Hochschulen in der Fördermaßnahme FH-Impuls des Bundesministeriums für Bildung und Forschung mit rund 5 Millionen Euro für zunächst vier Jahre gefördert. Kernziele sind der nachhaltige Ausbau des regionalen Transfer- und Kooperationsnetzwerks sowie die Schärfung des Forschungsprofils.
