Forschungshighlights aus Dresden

Forschungshighlights der einzelnen Insitute

 

Akustische Zustandsüberwachung in der Produktion

Infraschall, Luftschall und Ultraschall für das Condition Monitoring

In der Produktion werden heute bereits verschiedenste Sensorinformationen zur Zustandsüberwachung genutzt.

 

Aluminium-Faserstrukturen für hocheffiziente Wärmepumpen

Im Rahmen des BMWi-geförderten Projektes „Entwicklung einer Gasadsorptionswärmepumpe mit einem aufkristallisierten Zeolithwärmeübertrager und einem neuartigem Verdampfer-Kondensatorapparat (ADOSO)“ entwickelt das Fraunhofer IFAM in Dresden zusammen mit der Stiebel Eltron GmbH und der Sortech AG sowie dem Fraunhofer ISE in Freiburg eine hocheffiziente Adsorptions-Wärmepumpe für die Bereitstellung von Warmwasser und Heizenergie in Wohngebäuden.

 

atmoFlex - Dünnschichttechnologien zur Beschichtung von Kunststofffolien

Aufgrund des geringen spezifischen Gewichtes, der kostengünstigen Herstellung und der einfachen Prozessierung werden Kunststofffolien in vielen Industriezweigen eingesetzt.

 

Automatisierter und zuverlässiger Analogentwurf

Intelligent-IP-Designflow

ICs werden praktisch nur noch mithilfe von Software effizient entworfen. Für analoge Komponenten auf Chips ist diese Automatisierung jedoch kaum möglich. Unverhältnismäßig großer Aufwand, hohe Entwicklungskosten und -risiken sind die Folge.

 

AutoTram® Extra Grand

Die Ausweichflexibilität, einfache Infrastruktur und vergleichsweise geringeren Lebenszykluskosten von Bussen, vereint mit der hohen Transportkapazität, dem Fahrkomfort sowie den umweltverträglichen Antriebssystemen von Straßenbahnen – darauf beruht das intermediäre Fahrzeugkonzept der AutoTram® Extra Grand

 

Bauteilkennzeichnung für extreme Prozessbedingungen

Keramische Leuchtstoffe in der Metallverarbeitung

Um Halbzeuge und Produkte zuverlässig, eindeutig und fälschungssicher zu markieren, existieren verschiedenste Kennzeichnungslösungen am Markt. Diese reichen von einer simplen Seriennummer bis hin zu integrierten RFID-Chips.

 

Bildverarbeitungssystem mit eingebauter Privatsphäre

Intelligentes Bildsensor-System-on-Chip

Forscher am Fraunhofer IIS/EAS haben ein Bildverarbeitungssystem entwickelt, das Positionen und Bewegungsmuster detektiert und sie automatisch Menschen oder Gegenständen zuordnet.

 

Center Nanoelectronic Technologies CNT

Das Fraunhofer IPMS betreibt mit dem Center Nanoelectronic Technologies CNT angewandte Forschung auf 300 mm Wafern für Mikrochipproduzenten, Zulieferer, Equipmenthersteller und R&D Partner am Standort Königsbrücker Straße.

 

Diamantartige Schichten sparen Treibstoff

Werden Motorenkomponenten mit hartem Kohlenstoff beschichtet, reduzieren sich ihre Reibungswerte gen Null. Weltweit ließen sich jedes Jahr Milliarden Liter Treibstoff sparen. Ein neues Laser-Verfahren ermöglicht die Beschichtung in Serie.

 

Drahtlose Mikrosysteme

Das Fraunhofer IPMS liefert im Bereich drahtlose Mikrosysteme produktnahe Teil- und Komplettlösungen für kunden- und applikationsspezifische Problemstellungen von der Hardware bis zur Software. Dies umfasst optisch drahtlose Kommunikation (Li-Fi), wartungsfreie und batterielose RFID-Sensorknoten, integrierte vernetzte Systeme, Track and Trace sowie Big Data und Datenanalyse.

 

Effiziente Energienutzung durch Thermoelektrik

Energieeffizienzsteigerung, Ressourcenschonung und die Verringerung der CO2-Emissionen gehören zu den wichtigen gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Herausforderungen unserer Zeit. Bis zu 50 % der eingesetzten Primärenergie geht jedoch als Abwärme verloren. Thermoelektrische Generatoren (TEG) können durch Energierückgewinnung aus dieser Abwärme einen Beitrag zu einer effizienteren und emissionsärmeren Energienutzung leisten.

 

Ein smarter Antrieb repariert sich selbst – Adaptronik

Kugelgewindetriebe sind die am häufigsten genutzten Antriebssysteme in Werkzeugmaschinen.

 

Energieautarkes Wohnen im schwimmenden Haus

Immer beliebter in Deutschland werden schwimmende Häuser – und das nicht nur als Feriendomizil, sondern auch als fester Wohnsitz. Das neue Lebensgefühl auf dem Wasser kann auch bislang weniger attraktiven Regionen, wie der durch Braunkohleabbau geprägten Lausitz, künftig zu mehr Anziehungskraft und wirtschaftlichem Erfolg verhelfen.

 

Entwicklung von hocheffizienten Elektrodenmaterialien für gaserzeugende Reaktionen

Die Gewährleistung der Rohstoffverfügbarkeit ist aus sicherheitspolitischen und energiestrategischen Gründen unabdingbar. Wasserstoff ist eine der unersetzbaren Grundchemikalien der chemischen Industrie und darüber hinaus als chemischer Energieträger eine der zentralen Säulen der nachhaltigen Energiewende.
Eine CO2-neutrale Produktion von Wasserstoff ist industriell nur über die elektrochemische Spaltung von Wasser in einem Elektrolyseur realisierbar, sofern dieser mit regenerativen Energiequellen gekoppelt ist.

 

Environmental Sensing

Im Bereich Environmental Sensing fokussiert sich das Fraunhofer IPMS auf die Entwicklung sensorischer Bauelemente, Komponenten und Subsysteme für den Einsatz in anwendungsspezifischen Geräten zur Erfassung und Auswertung von Umgebungszuständen.

 

Fertigung jenseits der Grenzen heutiger Verfahren – Generative Fertigung

3D-Druck nennt es der Laie, der Experte spricht von generativer oder additiver Fertigung. Denn genau genommen wird hier nichts gedruckt, sondern schichtweise aus verschiedenen Materialien aufgebaut.

 

Flächenlichtmodulatoren

Flächenlichtmodulatoren des Fraunhofer IPMS bestehen aus einer Anordnung von Mikrospiegeln auf einem Halbleiterchip, wobei die Spiegelanzahl anwendungsspezifisch aktuell von einigen hundert bis zu mehreren Millionen Spiegeln variiert.

 

Flexible additive Fertigung funktionaler Bauteile

Dem großen Potenzial der additiv-generativen Fertigung steht eine Vielzahl bislang nur ansatzweise gelöster oder vollständig ungelöster Fragestellungen gegenüber. Diese lassen sich nur im engen Schulterschluss zwischen Wirtschaft und Wissenschaft beantworten. Für diesen Zweck initiierte das Fraunhofer IWS Dresden das Projekt »Additiv-generative Fertigung« (AGENT3D).

 

Fused Filament Fabrication – Vielfältig und kostengünstig

Additive Fertigungsverfahren für metallische Werkstoffe erfahren zunehmend größere Bedeutung im industriellen Alltag. Zukünftige Entwicklungsziele sind zusätzliche Funktionalitäten bei gleichzeitiger Kostenreduktion. Am Fraunhofer IFAM werden neue Werkstoffe und Methoden auf pulvermetallurgischer Basis entwickelt, um bisherige Grenzen der Einsatzbereiche additiver Verfahren zu überwinden.

 

Fügen dicker Bleche – Fügetechnologien

Im Boxsport bedeutet ein Clinch eine feste Umklammerung des Gegners, aus der dieser sich kaum lösen kann. Eine sehr feste Verbindung ist auch in der Fügetechnik gemeint, wenn vom Clinchen die Rede ist.

 

Fügen im Flugzeugbau – Mehr Effizienz durch Leichtbau

Die Luftfahrtindustrie stellt einen wesentlichen Motor der industriellen Entwicklung dar. Ständig steigende Ansprüche an Zuverlässigkeit und Sparsamkeit sowie strengere Umweltauflagen erfordern fortwährend neue Werkstoffe und bezahlbare Fertigungstechnologien. An der Entwicklung der notwendigen Technologien wirkt das Fraunhofer IWS mit.

 

Gestaltungsfreiheit durch additive Fertigung

Komplexe Hartmetallwerkzeuge aus dem 3D-Drucker

Mechanische und chemische Beständigkeit, eine hohe Warmfestigkeit und extreme Härte werden von Werkzeugen gefordert, die im Maschinen- oder Fahrzeugbau sowie in der Kunst- oder der Baustoffindustrie zum Einsatz kommen.

 

Gesundes Saatgut vor Ort produzieren

Die Versorgung der wachsenden Bevölkerung mit gesunden Nahrungsmitteln ist eine enorme Herausforderung, deren Lösung früh in der Produktionskette beginnt. Neben etablierten  chemischen Beizmitteln existiert ein umweltfreundliches, rein physikalisches Verfahren basierend auf der keimabtötenden Wirkung beschleunigter Elektronen zur effektiven Desinfektion von Saatgut.

 

Impfstoffe zuverlässig inaktivieren mit Elektronenstrahlen

Zur Herstellung von sogenannten Tot-Impfstoffen (wie z. B. gegen Grippe-, Polio- oder Hepatitis A-Viren) werden bereits seit den 1950er Jahren toxische Chemikalien wie Formaldehyd verwendet, um die Erreger zu inaktivieren.

 

Industrielle Reinigungssysteme

Wir entwickeln optische Monitoringsysteme für Reinigungsprozesse und innovative Reinigungstechnik.

Mit unserem Knowhow und der umfangreichen Versuchstechnik können wir komplexe industrielle Reinigungsprozesse experimentell simulieren sowie die reinigungsgerechte Konstruktion (Hygienic Design) von Maschinen überprüfen und verbessern.

 

Intelligente Verkehrssysteme / Synchrone Mobilität / Vernetztes Fahren

Schwärme im Tierreich zeigen, dass sich durch »Synchronisation der Bewegungen« eine zum Teil erstaunliche Anzahl von Lebewesen auf engsten Raum fortbewegen kann. Dieses Schwarmverhalten ist Vorbild für die Intelligenten Verkehrssysteme der Zukunft, die das Fraunhofer IVI in mehreren Forschungsvorhaben federführend mit vorantreibt.

 

Komplex, leicht, sparsam - Bauteile durch Selective Electron Beam Melting

Am Fraunhofer IFAM in Dresden wird mit dem Selective Electron Beam Melting (SEBM) eines der leistungsstärksten generativen Fertigungsverfahren etabliert. In verschiedenen Projekten konnten industrielle Anwendungen bereits eindrucksvoll realisiert werden.

 

Künstliche Hüftgelenke präzise anpassen – Medizintechnik

Pro Jahr benötigen mehr als 200 000 Menschen in Deutschland eine Hüftprothese.

 

Künstliche Mini-Organismen statt Tierversuche

Eine vielversprechende Alternative für Tierversuche stellen mikrophysiologische Systeme dar, in denen Organe und Organsysteme »nachgebaut« werden. Komplexe Mechanismen des menschlichen Körpers lassen sich damit realitätsnah analysieren. Diese Mikrosysteme beinhalten unter anderem Kanäle, Reservoire, Aktorik, Sensorik und 3D-Scaffold »Made by Laser«. Das Fraunhofer IWS bietet Partnern aus Biologie und Medizin mikrosystemtechnische Komplettlösungen vom Design bis zum Prototyp inklusive des Automatisierungssystems an.

 

Laser stempelt Mikrostrukturen

Zwei- und dreidimensionale Mikro- und Nanostrukturen sorgen für völlig neue Funktionalitäten von Oberflächen. Der wasserabweisende Lotus-Effekt und die reibungsmindernde Haifisch-Haut sind zwei prominente Beispiele für funktionale Nano- und Mikrostrukturen.

 

Lebensdauersteigerung von Turbinenschaufeln mit dem Laser

Die Forscher des Fraunhofer IWS entwickelten ein lasergestütztes Verfahren zur lokalen Randschichtaushärtung. Mit Laserstrahllösungsglühen der Randschicht mit zwei zum Teil gleichzeitig arbeitenden Laserstrahlen und einer nachfolgenden Ausscheidungshärtung gelingt es, eine verschleißbeständigere und ermüdungsresistente Randschicht an den Stellen zu erzeugen, die am höchsten beansprucht werden. Es entsteht eine geometrisch optimal an die lokale Verschleißbelastung der Turbinenschaufel angepasste Härtezone.

 

Meilensteine in der Batterieforschung

Die Erforschung von Elektromobilität und stationären Energiespeichern zählt zu den zentralen Themenfeldern des Fraunhofer IWS Dresden. Mit tiefgreifendem Fachwissen und Forschungsarbeiten an einer Vielzahl von Fertigungstechnologien leistet das Institut essenzielle Beiträge an vielen Stellen der Batteriefertigungsprozesskette.

 

MEMS-Scanner

Das Fraunhofer IPMS entwickelt anwendungs­spezifisch siliziumbasierte aktive mikro­optische Komponenten. Den ersten Schwerpunkt bilden Mikroscannerspiegel. Am Institut wurden mehr als 50 verschiedene resonante MEMS-Scanner entwi­ckelt, die als ein- oder zweidimensional ablenkende Ele­mente oder auch zur optischen Weglängenmodulation eingesetzt werden.

 

Mesoskopische Aktoren und Systeme

Kaum eine wachstumsstarke technische Branche kommt ohne mikrosystemtechnische Komponenten in Form von Sensoren oder Aktoren aus. Um die steigenden Anforderungen an die Leistungsfähigkeit mikromechanischer Komponenten zu erfüllen und die technische Basis für neue Anwendungen zu verbreitern, ist die weitere Miniaturisierung wesentlich.

 

Metallische Implantatwerkstoffe - Hochporös und degradierbar

Ein nach wie vor nicht vollständig gelöstes Problem in der Medizin ist die Behandlung größerer Knochendefekte. Solche Läsionen heilen nicht spontan und müssen implantologisch versorgt werden. Als Goldstandard ausgedehnter Knochenaugmentationen gilt nach wie vor der patienteneigene Knochen, der allerdings nur begrenzt zur Verfügung steht und dessen Entnahme meistens aus dem Beckenkamm zusätzliche Risiken birgt. Bei der Versorgung mit synthetischem Knochenersatz entstehen dagegen Risiken durch häufig notwendig werdende Entfernungs-OPs sowie durch dauerhafte Störungen der Bildgebung. Als ideale Lösung gelten degradierbare Werkstoffe, also solche Implantate, die nach erfolgter Heilung verschwinden.

 

Mikrochips in der dritten Dimension

Innovative »More than Moore«-Technologien

Klassische Chipaufbauten stoßen immer öfter an Grenzen. Für viele Anwendungen müssen Bauteile noch kompakter angeordnet und leistungsfähiger sein als heute üblich. Die Zukunft gehört deshalb dreidimensional-aufgebauten Mikrochips.

 

Mobilität in Katastrophensituationen – MobiKat

In der Gefahrenabwehr müssen ständig komplexe strategische und operative Entscheidungen gefällt werden. Das gilt für Großschadenslagen und Großveranstaltungen ebenso wie für den alltäglichen Einsatz. Um diese Prozesse wirksam zu unterstützen, hat das Fraunhofer IVI in Zusammenarbeit mit Experten und Einsatzkräften der Feuerwehr, des Rettungsdienstes und der Polizei die Technologie MobiKat entwickelt.

 

Navigation und mobiles Ticketing für den ÖPNV

Sich im Verkehrsnetz großer Städte zurechtzufinden, individuell Beförderungsmittel zu wählen und unabhängig von Umstiegen oder Unterbrechungen zuverlässig ans Ziel geführt zu werden – dieses Konzept verbirgt sich hinter der am Fraunhofer IVI entwickelten Navigation für den öffentlichen Verkehr.

 

Organische Leuchtdioden (OLED) – flexible Flächenlichtquellen für universelle Anwendungen

Organische Halbmaterialien ermöglichen großflächige Bauelemente wie z. B. organische Leuchtdioden (OLED) auf flexiblen Trägermaterialien. Im Gegensatz zu Punktlichtquellen wie LEDs aus Halbleiterkristallen sind OLED Flächenlichtquellen:

 

Per Simulation zu mehr Ruhe auf der Schiene – Technische Akustik

Umgebungslärm hat entscheidenden Einfluss auf Gesundheit und Lebensqualität.

 

PowerPaste – Wasserstoff ohne Druckspeicher

Die wichtigsten Vorteile von Wasserstoff als Sekundärenergieträger sind lange bekannt. Wasserstoff konnte sich jedoch bislang für viele Anwendungen, beispielsweise für Brennstoffzellenanwendungen im mittleren Leistungsbereich, noch nicht breit am Markt etablieren, weil verfügbare Wasserstoffspeicherlösungen an den Kosten, der technischen Umsetzung oder fehlender Wasserstoffinfrastruktur bislang scheiterten. PowerPaste, eine Neuentwicklung des Fraunhofer IFAM am Dresdner Standort, bietet das Potenzial, dies grundlegend zu ändern.

 

Prozessanalyse und Simulation

Durch strukturierte Vorgehensweise bei Prozessanalysen ermitteln wir Wechselwirkungen und Einflussgrößen von Form-, Füll- und Verschließprozessen sowie industriellen Reinigungsprozessen. Systematische Datenauswertung erlaubt die Identifizierung von kausalen und stochastischen Zusammenhängen zwischen Prozesszuständen, Qualitäts-, Effektivitäts- und Effizienzparametern.

 

Pulvermetalurgie neu gedacht: Gas-Feststoffenergiepeicher

Energiespeicher für Brennstoffe (chemisch) und Wärme (thermisch) zählen zu den wichtigsten Komponenten effizienter Energiesysteme für stationäre und mobile Anwendungen. Am Fraunhofer IFAM in Dresden werden auf der Basis pulvermetallurgischer Fertigungsverfahren kapazitäts- und leistungsoptimierte chemische und thermische Energiespeicher entwickelt, die spezielle Eigenschaften von Gas-Feststoff-Systemen nutzen.

 

Recycling von Seltenerdmagneten und Produktionsabfällen

Seit der Verhängung von Ausfuhrzöllen durch China für bestimmte Rohstoffe in den Jahren 2010 und 2011 ist eine größere Unabhängigkeit von Seltenerdimporten ein wichtiges wirtschaftsstrategisches Ziel der Bundesregierung. Die drei wichtigsten Optionen zum Erreichen dieses Ziels sind die Erschließung eigener Primärlagerstätten, die Reduktion bzw. Substitution bestimmter Seltenerdelemente – und die Rückgewinnung von Sekundärrohstoffen durch Recycling.

 

Remote-Laserschneiden von Metallen

Das Remote-Laserstrahlschneiden ermöglicht Sublimationsschneiden ohne zusätzliche Schneidgasunterstützung. Verschiedenste Werkstoffe lassen sich dank der kontinuierlichen Entwicklung des Verfahrens bearbeiten. Die Technologie hielt Einzug in Produktionshallen und Applikationslabore, um Geometrien kostengünstig schneiden, die sich nicht stanzen lassen.

 

Robuste Elektronik für das Fahrzeug von morgen

Sicherer Entwurf langlebiger und zuverlässiger Halbleiterkomponenten

Ein Großteil der Innovationen in Fahrzeugen beruhen auf leistungsstarker Elektronik. Die dafür heute vorhandenen Komponenten wurden für Konsumgüter entwickelt.

 

Sauberes Recyclingwasser

Keramische Nanofiltrationsmembranen in der Ölsandaufbereitung

Bei der Ölgewinnung aus Ölsand werden große Wassermengen eingesetzt. Dabei ist der größte Anteil heißes Wasser, das benötigt wird, um die Viskosität des Öls zu verringern. Nach der Öl-Wasser-Trennung wird dieses Wasser in Absetzbecken als sogenanntes Recyclingwasser zwischengespeichert.

 

Schnellladefähiger Elektrobus EDDA

Steigende Kraftstoffpreise, der Wunsch nach Unabhängigkeit von den Turbulenzen der internationalen Rohstoffmärkte und die Notwendigkeit des lokalen Umwelt- und des globalen Klimaschutzes sind Anlass für viele Kommunen, Verkehrsverbände und -unternehmen, Konzepte für den Einsatz von rein elektrisch angetriebenen Bussen zu erarbeiten.

 

Smarte Fassade mit Energiespareffekt – Projekthaus smart³

Fast 40 Prozent beträgt der Anteil von Gebäuden am gesamten Energieverbrauch in Deutschland.

 

Smarte Sensoren für die Industrie 4.0

Kostengünstige drahtlose Sensorsysteme zur Echtzeitkommunikation

Vernetzte, intelligente Sensoren sind ein wesentlicher Baustein, um moderne Informations- und Kommunikations-Technologien in der Industrie zu nutzen.

 

Strom aus Keramik

Umweltfreundliche und kostengünstige stationäre Energiespeicher

Stationäre Energiespeicher gelten als Schlüsselelement einer modernen und nachhaltigen Energieversorgung. Weltweit wachsender Energiebedarf und die stetige Zunahme von Spitzenlasten erfordern zuverlässige Lösungen.

 

Strom aus Keramik II

Neue Batteriekonzepte für Elektrofahrzeuge

Fahrspaß und Elektroantrieb – zwei Vokabeln, die sich längst nicht mehr widersprechen. Heute verzichtet kaum noch ein Automobilhersteller auf einen »Stromer« in seiner Modellpalette.

 

Ultradünnes und rollbares Glas für flexible Elektronik und neue Dünnschichtbeschichtungsverfahren

Dünnglas ist dünner als ein Blatt Papier und so flexibel, dass es auf Rollen gewickelt werden kann.

 

Verarbeitung flexibler Materialien

Wir erforschen und entwickeln Technologien zum Verpacken von Lebensmitteln, Kosmetik, Medizinprodukten, Pharmaka sowie zum Umhüllen technischer Güter mit flexiblen Materialverbunden.

 

Wandlungsfähige Verarbeitungsprozesse

Wandlungsfähige Prozesse und deren Komponenten passen sich wechselnden Eigenschaften von Natur- und Kunststoffen sowie Prozessbedingungen an und garantieren somit eine höhere Prozessstabilität. Sie erlauben die automatisierte Verarbeitung eines breiteren Spektrums von Verarbeitungsgütern und integrieren sich in wandlungsfähige Wertschöpfungsketten.

 

Wearable Visualization – OLED-Mikrodisplays

Datenbrillen und Wearables sind nicht nur Trend, sondern eröffnen ein breites Anwendungsspektrum in unterschiedlichen Bereichen. Sie überwachen als Fitnesstracker Vitalparameter, erinnern den Nutzer an notwendige Medikationen oder unterstützen im industriellen Einsatz Konstruktionsarbeiten durch ergänzend eingeblendete Informationen, ohne dass die Hände vom Arbeitsobjekt entfernt werden müssen.

 

Wohnen auf dem Wasser

Autarke Abwasserreinigung mit Keramik

Ein Leben abseits von Autolärm und Abgasen – immer mehr Menschen zieht es ans Wasser. Energieautarke schwimmende Häuser erfüllen nicht nur dieses Lebensgefühl, sondern kurbeln auch die Wirtschaft strukturschwacher Regionen an.