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antriebstechnik präsentiert: 70 Jahre Fraunhofer-Gesellschaft Die Redaktion wünscht gute Unterhaltung!

Wer war Joseph v. Fraunhofer?

Im Grunde genommen ist Joseph von Fraunhofer Vordenker der modernen industriellen Entwicklung und Fertigung. Er hat völlig neue Wege beschritten und eine neue Denkweise geschaffen. Bis heute dient seine methodische und wissenschaftliche Arbeitsweise als Vorbild in der angewandten Forschung. Seine Entdeckungen und Instrumente legten nicht nur den Grundstein für die modernen optischen Technologien sondern sind auch die Basis für die Weltraumforschung.

"Forschen für die Praxis"

Leitspruch der Fraunhofer-Gesellschaft

#WHATSNEXT

Messenger-Projekt lässt Namenspatron lebendig werden

Mit einem innovativen Storytelling-Projekt lässt die Fraunhofer-Gesellschaft ihren Namenspatron Joseph von Fraunhofer im Jubiläumsjahr 2019 wieder lebendig werden. Smartphone-Nutzer können Joseph von Fraunhofer als Kontakt in ihrem Gerät einspeichern und bekommen dann von ihm persönliche Nachrichten, Bilder sowie Video- und Audionachrichten. Joseph erzählt Anekdoten aus seinem Leben, erkundet die Entwicklung eigener und anderer bedeutender Erfindungen seiner Zeit und blickt mithilfe der Fraunhofer-Gesellschaft weiter in die Zukunft. Nutzer können sich über die Messenger-Dienste WhatsApp und Apple Business Chat anmelden.

70 Jahre Fraunhofer – 70 Jahre Zukunft

Die Fraunhofer Gesellschaft

Die Fraunhofer-Gesellschaft (gegründet 27. März 1949 in München) ist die größte Forschungsorganisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa. Ihre Forschungsfelder richten sich nach den Bedürfnissen der Menschen: Gesundheit, Sicherheit, Kommunikation, Mobilität, Energie und Umwelt. Aus diesem Grund hat die Arbeit der Forscher und Entwickler großen Einfluss auf das zukünftige Leben der Menschen. Sie sind kreativ, gestalten Technik, entwerfen Produkte, verbessern Verfahren und eröffnen neue Wege. Internationale Kooperationen mit exzellenten Forschungspartnern und innovativen Unternehmen weltweit sorgen für einen direkten Zugang zu den wichtigsten gegenwärtigen und zukünftigen Wissenschafts- und Wirtschaftsräumen.

Zahlen und Fakten:

72 Institute und Forschungseinrichtungen in Deutschland

Mehr als 26 600 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

2,6 Milliarden Euro Forschungsvolumen jährlich

davon 2,2 Milliarden Euro im Leistungsbereich Vertragsforschung

70 % werden mit Aufträgen aus Industrie und öffentlich finanzierten Forschungsprojekten erwirtschaftet

2018 wurden 734 Erfindungen angemeldet

davon wurden 612 als prioritätsbegründende Patentanmeldungen eingereicht

2018 wurden 384 neue Lizenzverträge abgeschlossen

Highlights aus der Fraunhofer-Forschung

Die folgenden Forschungsergebnisse zeigen lediglich einen kleinen Ausschnitt aus dem breiten Themenspektrum der Fraunhofer-Institute. Die Auswahl zeigt sowohl Projekte aus dem Umfeld der Antriebstechnik, als auch bedeutende Meilensteine der Fraunhofer-Gesellschaft.

Direktgekühlter Elektromotor aus Kunststoff

Sollen Elektroautos leichter werden, muss auch der Motor abspecken. Beispielsweise, indem man ihn aus faserverstärkten Kunststoffen herstellt. Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT entwickeln gemeinsam mit dem Karlsruher Institut für Technologie KIT ein neues Kühlkonzept, das den Einsatz von Kunststoffen als Gehäusematerial ermöglicht. Ein weiterer Vorteil des Konzepts: Die Leistungsdichte und Effizienz des Antriebs werden gegenüber dem Stand der Technik deutlich erhöht.

Kühlwasserkreislauf im Stator

RFID-basierter Brandschutz für Schaltschränke

Laut Statistik des GDV (Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V.) werden bundesweit 30 % aller Brände durch Mängel an elektrischen Anlagen oder Geräten verursacht. Besonders gefährlich ist, dass sich ein potentielles Feuer über sich in Schaltschränken befindliche Stromkabel besonders schnell ausbreiten kann. Eine der wichtigsten Maßnahmen für den Brandschutz ist die Früherkennung. Genau diese gewährleistet das »Electrical Cabinet Monitoring« vom Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS in Duisburg. Mitarbeiter und Mitarbeiterinnen des Geschäftsfeldes »Wireless and Transponder Systems« haben eine RFID-basierte Lösung für den Brandschutz in Schaltschränken entwickelt.

Montierter Transponder

Simulationsverfahren indentifiziert Materialien für Dauermagnete

Für Zukunftstechnologien wie Elektromobilität und erneuerbare Energien ist der Einsatz von starken Dauermagneten von großer Bedeutung. Für deren Herstellung werden Seltene Erden benötigt. Dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg ist es nun gelungen, mit einem selbst entwickelten Simulationsverfahren auf Basis eines High-Throughput-Screening (HTS) vielversprechende Materialansätze für neue Dauermagnete zu identifizieren. Das Team verbesserte damit die magnetischen Eigenschaften und ersetzte gleichzeitig Seltene Erden durch Elemente, die weniger teuer und zuverlässig verfügbar sind.

Erklärung zum Bild im Hintergrund

Links: Die Thorium-Mangan-Kristallstruktur (ThMn12) mit Neodym-Atomen (blaue Kugeln) hat bessere magnetische Eigenschaften als der derzeitige Supermagnet, ist jedoch unstabil; rechts: stabilere Struktur mit Atomen wie Bor, Kohlen- oder Stickstoff (kleine gelbe Kugeln).

Optische Verzahnungsmessung

Bei der Verzahnungsmessung ist die taktile Stichprobenmessung noch immer Stand der Technik. Taktile Messungen sind sehr präzise, für eine vollständige Kontrolle jedoch dauern sie deutlich zu lang. Ein weiterer Nachteil: Fehler, die nicht direkt auf der vermessenen Schnittlinie liegen, bleiben unerkannt. Die optische Verzahnungsmessung hingegen ist bedeutend schneller und liefert darüber hinaus Daten der gesamten Zahnflankenoberfläche. So lässt sich eine Zahnradproduktion mit 100-Prozent-Kontrolle realisieren.

Magnetische Materialeigenschaften vorhersagen

Permanentmagnete für Elektroautos und Windräder enthalten bisher Seltenerdmetalle. Deren Anteil soll sinken, da es beim Abbau dieser wertvollen Ressourcen zu Gesundheits- und Umweltschädigungen kommt. Ein neues Machine-Learning-Tool hilft in der Magnetentwicklung, ferromagnetische Kristalleigenschaften neuer Materialzusammensetzungen einfach und schnell vorherzusagen.

Dreiphasiger SiC-USV-Wechselrichter

Der am Fraunhofer ISE entwickelte hochkompakte Wechselrichter für die Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) erreicht Wirkungsgrade bis 98,7 %. Durch den Einsatz von Transistoren aus Siliciumkarbid (SiC) konnte der Aufbau mit einer Leistung von 10 kW bei einer Baugröße von lediglich 5 l realisiert werden.

Thermoelektrik macht Hybridantriebe effizienter

Thermoelektrische Generatoren (TEG) verwandeln Abwärme in elektrischen Strom. Setzt man diese Technologie in modernen Hybrid- und Range-Extender-Fahrzeugen ein, erhöht das die Effizienz. Das ist das Ergebnis des Forschungsprojekts »RExTEG«

Neue Pilot-Fertigung für thermoelektrische Module

Thermoelektrische Generatoren wandeln Abwärme in elektrischen Strom. Das macht Produktionsprozesse effizienter, Autos sparsamer und senkt letztendlich den CO2-Ausstoß. Vieles spricht für die Nutzung dieser Technologie. Ihre Verbreitung scheiterte jedoch bislang an der aufwändigen und damit teuren Modulherstellung. Das könnte sich jetzt ändern: Das Freiburger Fraunhofer-Institut für Physikalische Messtechnik IPM hat eine weltweit einmalige halbautomatische Pilot-Fertigung für thermoelektrische Hochtemperaturmodule in Betrieb genommen.

Vernetzte Produktion über Ländergrenzen hinweg

Industrie-Unternehmen arbeiten immer öfter an verschiedenen Standorten. Damit wachsen die Ansprüche an die Vernetzung der Produktion und die zentrale Überwachung der Fertigung. So lässt sich eine vernetzte Produktion für die Industrie 4.0 sogar über Ländergrenzen hinweg realisieren. Eine besondere Rolle spielt dabei die Steuerung und Überwachung der Maschinen mit dem schnellen 5G-Mobilfunkstandard.

Bild: RWTH Aachen, WZL, Peter Winandy

Bauteil-Rückverfolgung per »Fingerabdruck«

Stark vernetzte Fertigungsketten, Kostenfragen und technische Umsetzbarkeit erschweren in der Massenproduktion die Rückverfolgung einzelner Komponenten. Für die Produktions- und Prozessoptimierung sind effiziente »Track & Trace«-Lösungen jedoch eine wichtige Voraussetzung – vor allem im Kontext von Industrie 4.0. Fraunhofer IPM hat vor diesem Hintergrund das markerfreie »Track & Trace Fingerprint« entwickelt – ein System zur Rückverfolgung von Massenbauteilen. Es ermöglicht die individuelle Wiedererkennung und Authentifizierung einzelner Komponenten, indem es die individuell ausgeprägte Mikrostruktur der Oberflächen nutzt.

Algorithmen gegen Druckluft-Verschwendung

Ein Einsparungspotenzial von 30 Prozent ist möglich: Die meisten Druckluftanlagen sind ineffizient. Die Luft entweicht aus zahllosen Leckagen; sie aufzuspüren ist schwierig. Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA wollen nun mit Künstlicher Intelligenz gegen die Verschwendung vorgehen.

Forschungspreis für keramische Batterie

Damit auch dann Strom fließt, wenn das Windrad still steht und die Sonne nicht scheint, muss Energie zuverlässig gespeichert werden. Ein Forscherteam des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme IKTS hat dafür eine preiswerte und umweltfreundliche keramische Batterie entwickelt, die mit dem Thüringer Forschungspreis 2019 in der Kategorie »Angewandte Forschung« ausgezeichnet wurde. Die Batterie wird vollständig aus unkritischen, einheimischen Rohstoffen wie Kochsalz, Aluminiumoxid und Nickel hergestellt. Das macht sie kostengünstig und wartungsarm. Zudem hat die Natrium-Nickel-Chlorid-Batterie (Na/NiCl2) einen hohen systemischen Wirkungsgrad, ist langlebig und so sicher, dass sie ohne Bedenken in Wohngebäuden aufgestellt werden kann.

Industrie-Roboter interaktiv steuern

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU haben eine neuartige Technologie entwickelt, dank derer die Zusammenarbeit mit industriellen Großrobotern fast so intuitiv funktioniert wie mit menschlichen Kollegen. Mit ihr können Roboter Gesten, Gesichter und Körperhaltungen erkennen, wodurch eine besonders sichere und effiziente Kooperation möglich wird.

Der Roboter erkennt das Bauteil, das die Mitarbeiterin hält und folgt behutsam ihrer Hand bis zur Übergabe des Werkstücks.

Betritt der Mensch den Arbeitsbereich rund um den Roboter, erkennt dieser dessen Gesten, Gesicht und Körperhaltung. Die Daten nutzt er zum einen, um die Zusammenarbeit sicher zu gestalten, zum anderen zur Steuerung. So kann der Mensch seinem metallenen Kollegen z. B. über Hand- und Armgesten Arbeitsaufträge geben – der Roboter analysiert dabei selbst komplexe Bewegungen.

Augmented Reality in der Produktion

Fehler vermeiden und die Effizienz steigern – darum drehen sich die AR-Visualisierungslösungen zur Prozessablauf- und Montage-Unterstützung am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA in Stuttgart. Die Wissenschaftler haben interaktive Anwendungen zur Erstellung und Visualisierung von Montage-Instruktionen entwickelt. Ein Monteur ist durch die Augmented-Reality-Brille z.B. in der Lage, sich detaillierte Anweisungen zum Zusammenbau neuer Bauteile anzeigen zu lassen.

Entwicklung der weißen LED

Als Prof. Jürgen Schneider vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF eine seiner ersten Weißlicht-LEDs einem Kunden präsentierte, verkannte dieser sie als "merkwürdige Büroklammer" und entsorgte sie. Dabei ebnete diese Erfindung den Weg für kostengünstige, energieeffiziente und langlebige Weißlicht-LEDs, wie sie heutzutage aus der Automobilindustrie, Straßen- und Raumbeleuchtung nicht mehr wegzudenken sind.

Bereits 1995 gelang es dem inzwischen verstorbenen Prof. Schneider gemeinsam mit seinem Team am Fraunhofer IAF, weißes Licht mit nur einem Leuchtdiodenchip zu erzeugen. Vorher war dies nur durch die Mischung drei einfarbiger Leuchtdioden mit aufwändiger Regelung möglich. Das Fraunhofer IAF forscht auch weiterhin an effizienter und zuverlässiger LED-Beleuchtung und entwickelt adaptive LED-Module, die sich beispielsweise dem Biorhythmus des Menschen anpassen.

mp3 oder ISO MPEG-1 Layer 3

Aus heutiger Sicht ist mp3 die erste Generation in einer Reihe von Audiocodierverfahren, die am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelt wurden. Audiocodierverfahren speichern Audiosignale deutlich intelligenter ab als zum Beispiel die CD und sparen dadurch Daten ein. Der auch finanzielle Welterfolg von mp3 konnte in der zweiten und dritten Generation wiederholt werden.

Diese Technologien sind heute in allen Geräten der Unterhaltungselektronik enthalten. Die vierte Generation befindet sich derzeit in der Phase der Markteinführung, und erste größere Erfolge sind bereits erreicht. Ausschlaggebend für die lange Erfolgsgeschichte ist zum einen die wissenschaftliche Exzellenz des Fraunhofer IIS, das in den vergangenen 30 Jahren sämtliche technischen Audiostandardisierungswettbewerbe gegen größte internationale Konkurrenz gewinnen konnte, zum anderen die gelungene Vermarktung der Entwicklungsergebnisse mit weit über zehn Milliarden lizenzierten Geräten.

Credits:

Fraunhofer, Fotolia(1)

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