SAB-Projekte

Der Freistaat Sachsen und die Europäische Union fördern gemeinsam Forschungsvorhaben von sächsischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen. Um die Innovationskraft der sächsischen Wirtschaft zu stärken, stehen den hiesigen Firmen und Forschungseinrichtungen zahlreiche unterschiedliche Förderinstrumente zur Verfügung.

In verschiedensten SAB-Projekten konnte das Fraunhofer IWS bereits sein fundiertes Know-How, innovative auf das Projekt abgestimmte Lösungen und langjährige Erfahrungen im Projektmanagement einbringen.

Effiziente und sichere Leistungstransistoren auf Basis von 300mm Wafern (EFFSIL300)

IWS Teilvorhaben: Konditionierverfahren für Vakuumprozesskammern

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100316468
Laufzeit: 01.04.2017 – 31.03.2020



Abstract

Schalter aus Leistungshalbleitern sind entscheidende Beiträge zu immer effizienteren elektrischen Antrieben und zur CO2-neutralen Energieerzeugung. Ziel dieses Vorhabens ist es, neue Plattformen von Superjunction-Technologien, IGBT-Transistoren sowie Leistungs-MOSFETs zum Einsatz in elektrischen Antrieben sowie Photovoltaikwechselrichtern zu erforschen. Um mit dem hier beschriebenen Forschungsvorhaben nachhaltige und langfristig verwertbare Ergebnisse zu erzielen, werden neben den Arbeiten zu den Transistortechnologien Grundlagen neuartiger Waferbearbeitungsmethoden erforscht werden, unter anderem  maskenlose Strukturierungsverfahren und revolutionäre Konditionierungsverfahren für Prozesskammern.

Im Rahmen des Gesamtvorhabens wird das Fraunhofer-Anwendungszentrum für Optische Messtechnik und Oberflächentechnologien am Fraunhofer IWS Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der laser-basierten Oberflächenanalyse und -modifikation im Bereich der Prozesstechnik durchführen.

Verzugs- und energiearmes Laser-Mehrlagen-Engspaltschweißen zur Herstellung großformatiger, dickwandiger Stahlbaustrukturen (VE-MES)

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100284836
Laufzeit: 14.08.2017 – 29.02.2020



Abstract

Im beantragten Projekt VE-MES  „Verzugs- und Energiearmes Laser-Mehrlagen-Engspalt-Schweißen zur Herstellung großformatiger, dickwandiger Stahlbaustrukturen – VE-MES“ wird eine neuartige, weitgehend automatisierte Laserstrahl-Mehrlagenschweißtechnologie zur Herstellung dickwandiger (15 bis 100 mm) Großbaugruppen für den Kran- und schweren Stahlbau unter Verwendung eines Hochleistungsdiodenlasers entwickelt. Inhalte der Entwicklung sind sowohl die verzugsarme Schweißkonstruktion, die wärmeminimierte Schweißtechnologie, eine industrietaugliche Schweißoptik und eine prozess- und bauteilangepasste Laserschutzeinrichtung.

Das Fraunhofer IWS liefert dazu FE-basierte Analysen für die lasergerechte Schweißkonstruktion und eine verzugsminimierte Schweißfolge. Darauf aufbauend werden am IWS die schweißtechnologischen Entwicklungen zur Adaptierung und Optimierung des Laser-Mehrlagen-Engspaltschweißprozesses für die spezifischen Anforderungen des Dickblechschweißens im Kran- und Stahlbau durchgeführt. Außerdem erfolgt am IWS der versuchsweise Aufbau der Schweiß-Systemtechnik und die schweißtechnische Herstellung eines branchentypischen Demonstrators.

Multifunktionsfilter zur umwelt- und arbeitsschutzgerechten Reinigung von Abgasen aus Hochtechnologieprozessen (MultiFUN)

IWS Teilvorhaben: Charakterisierung und Bewertung von Aktivmaterialien sowie Auslegung und Test der Filtermodule

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100268608
Laufzeit: 01.10.2016 – 30.09.2019



Abstract

Die Gasfiltration gehört bei einer Vielzahl von Fertigungsprozessen zu den Schlüsseltechnologien, die die Prozesssicherheit, die Umweltverträglichkeit der Produktion gewährleisten bzw. arbeitsschutzrechtlich absichern, aber auch Teil des Fertigungsprozesses selber sind. In den letzten Jahren haben laser- und plasmabasierte Hochtechnologieprozesse (z. B. Laserschneiden oder -schweißen) sowohl national als auch international eine immer größere Bedeutung erlangt.  Deren Einsatzfähigkeit hängt maßgeblich von Technologien zur intelligenten Entsorgung (Handling) der in den Prozessen entstehenden Abgase ab, die in Zusammensetzung und Konzentration stark abhängig von der Prozessführung und dem zu bearbeitenden Material sind.  Weiterhin verlangen effiziente Prozessgasreinigungskonzepte (z. B. Entfeuchtung) neuartige filterbasierte Lösungsansätze.

Hocheffiziente Filter müssen somit einerseits zum Schutz von Menschen und Umwelt die emittierten Prozessschadstoffe umweltgerecht fixieren oder an einem Katalysator reaktiv umsetzen, um u. a. die Emissionsgrenzwerte bzw. gesetzlichen Forderungen unter allen Bedingungen einzuhalten. Andererseits müssen sie kontinuierlich, langzeitstabil und besonders energieeffizient Schadgase aus Prozessgasen entfernen können. In beiden Fällen erfordert dies eine aufgaben- und prozessangepasste Gasbehandlung, die unabhängig von den jeweiligen Prozessbedingungen zuverlässig und mit hoher Effizienz Schadstoffe eliminiert und somit ein Höchstmaß an Prozess- sowie Umweltsicherheit garantiert.  Im Rahmen des Vorhabens „MultiFUN“ sollen dafür neuartige, modular und flexibel einsetzbare Filtersysteme zur effektiven Elimination von Schadgasen und Abgaspartikeln entwickelt, in industrielle Prozesse integriert und hinsichtlich Filtereffizienz, Flexibilität und Nachhaltigkeit getestet werden. Beispielhaft werden diese Filter einerseits für die Gasentfeuchtung und andererseits für eine effektive Abtrennung insbesondere von anorganischen Gasen aus dem Laserrauch entwickelt.

Verbundvorhaben: Flexible großflächige thermoelektrische Bauteile (GroTEGx)

IWS Teilvorhaben: Material- und Prozessentwicklung für großflächige polymerbasierte TEG (PolyTEG)

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100234957
Laufzeit: 01.09.2016 – 31.08.2019



Abstract

Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung großflächiger und konturkonformer thermoelektrischer Generatoren (TEG) zur Rückgewinnung von Abwärme. Die geometrische Flexibilität dieser TEG ermöglicht den direkten Einsatz an Rohren und gekrümmten Oberflächen, was mit kommerziell verfügbaren TEG bisher nicht möglich ist. Innovative Druck- und Beschichtungstechniken erlauben die ressourceneffiziente und automatisierbare Herstellung großflächiger TEG, um auch größere Anlagen und Oberflächen mit kostengünstigen thermoelektrischen Energierückgewinnungssystemen auszustatten.

Herausforderungen des Vorhabens sind:

  • die Entwicklung ausreichend verfügbarer thermoelektrischer Materialien, die ökonomisch interessante Wirkungsgrade erlauben
  • die geometrische Anpassung  der thermoelektrischer Generatoren an mehrfach gekrümmte Bauteile
  • die Entwicklung ressourcensparender kontinuierlicher und automatisierbarer Fertigungsprozesse,
  • das simulationsbasierte Design und der Aufbau eines großflächigen Generators mittels Druck- und Beschichtungstechniken
  • die Minimierung thermischer und elektrischer Kontakte der TEGs.

Dieses Projekt liefert durch grundlagenorientierte Materialforschung und die Entwicklung innovativer Fertigungsprozesse einen wesentlichen Beitrag zur weiteren Stärkung des Standorts Sachsen im Bereich Thermoelektrik.

Entwicklung einer Anlage zum flexiblen Kunststoffrecycling (flexREC)

IWS Teilvorhaben: Sensorentwicklung

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100226667
Laufzeit: 01.05.2016 – 30.04.2019



Abstract

Im Rahmen des Vorhabens flexREC soll eine neuartige Anlage zum flexiblen Recycling von technischen Kunststoffmischungen/-kompositen in kleineren und mittleren Chargen entwickelt werden – ermöglicht werden soll eine stoffliche Verwertung nahezu beliebiger mehrphasiger und insbesondere schwarzer Kunststoffmischungen. Der zu entwickelnde Demonstrator bietet in der nachfolgenden wirtschaftlichen Verwertung die Chance, ein großes Potential im Recycling zu erschließen.

Entwicklung eines ex vivo Kultivierungssystems für die automatisierte Bearbeitung diagnostischer Fragestellungen (CeCuLab)

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100216519
Laufzeit: 01.03.2016 – 28.02.2019



Abstract

Für die Diagnose und das Monitoring von autoimmunologischen Erkrankungen wie der Multiplen Sklerose (MS) sind neben serologischen Analysen zellbasierte Assays in Form von stimulierten Leukozyten- oder Vollblutkulturen das Mittel der Wahl. Die Durchführung dieser Assays erfolgt derzeit manuell und umfasst viele labortechnisch aufwendige Schritte wie die Bestimmung der Zellzahl der Leukozyten durch Auszählen, die Kultivierung der Zellen in Mikrotiterplatten unter zeitlich definierter Zugabe von Stimulanzien sowie die Auswertung der Assays durch Enzyme Linked Immunosorbent Assays und Fluorescence-activated cell sorting. Die Herausforderung bei der manuellen Durchführung ist dabei nicht nur der große Zeit- und Kostenaufwand sondern auch die geringe Reproduzierbarkeit. Durch die jährliche Probenanzahl (ca. 3000) sowie die Komplexität der individualisierten Assays wird deutlich, dass eine Laborautomatisierung dringend notwendig ist. Ziel des geplanten Projektes soll deshalb die Entwicklung einer Laborautomatisierungsplattform sein, welche die oben genannten Prozessschritte automatisiert ausführen kann. Dazu muss die vorhandene Robotikplattform so erweitert werden, dass das Zählen und Separieren der Zellen möglich ist. Für die Kultivierung der Zellen unter physiologischen Bedingungen muss außerdem ein Inkubator in die Automatisierungsplattform integriert werden, der die Inkubation mehrerer Multiwellplatten über mindestens 3 Tage gewährleistet. Durch die Erweiterung der Robotikplattform um Prozessüberwachungstechnik, soll es möglich sein, die Assays während der gesamten Kultivierung zu überwachen. Über die Einbindung in ein Labor-Informations- und Management-System sowie die Bereitstellung eines elektronischen Laborbuchs sollen sowohl die Planung und Durchführung der komplexen Assays vereinfacht als auch Fehler bei der Durchführung vermieden werden.

Effiziente Herstellung von Kohlefasern mittels einer linearen Mikrowellenplasmaquelle (PlasmaKarb)

IWS Teilvorhaben: Plasmabasierte Prozessierung von PAN Fasern

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100230985
Laufzeit: 01.08.2016 – 31.01.2019



Abstract

Kohlenstofffasern sind aufgrund ihrer hohen Festigkeit bei geringer Masse, großen elektrischen und thermischen Leitfähigkeiten, sowie ihrer guten Beständigkeit gegenüber aggressiven Chemikalien von großer technischer Bedeutung. Zur Herstellung von Kohlefasern ist der Einsatz elektrisch beheizter, thermischen Durchlauföfen zur Energiebereitstellung allgemeiner technischer Stand.

Eine Möglichkeit, die hohen Prozesstemperaturen und -zeiten deutlich zu senken, ist die Substitution der thermischen Karbonisierung durch einen Plasmaprozess. Infolge der hohen Diffusionsraten innerhalb des Plasmas können den Fasern höhere Energien zugeführt werden wodurch sich die Prozesszeit verkürzt. Der Plasmaprozess in Kombination mit der Mikrowellenstrahlung beschleunigt die Diffusionsprozesse in der Faser und bevorzugt durch Bereitstellung von Radikalen die Desorption ungewünschter Verbindungen. Im Gegensatz zu den konventionellen Prozessen erfolgt eine gleichmäßige Aufheizung der Einzelfilamente, da durch die Mikrowellenstrahlung eine zusätzliche Aufheizung der Fasern „aus dem inneren“ bewirkt wird. Ein weiterer Vorteil ist der deutlich geringere Platzbedarf der Plasmaanlagen.

Ziel des Forschungsprojektes PlasmaKarb ist es, PAN-Fasern mit Hilfe einer optimalen Kombination von Mikrowellenstrahlung und Mikrowellenplasma definiert direkt, ohne Beeinflussung des umgebenden Volumens, zu erwärmen. Dazu soll eine Mikrowellenplasma-Karbonisierungsanlage mit einer neuartigen, am Fraunhofer IWS entwickelten, Mikrowellen-Plasmaquelle konzipiert und zur Stabilisierung bzw. Karbonisierung von PAN-Fasern angewandt werden. Gegenstand der geplanten Forschungsarbeiten sind die spezielle Entwicklung der Plasmaquelle sowie der Mikrowellengeneratoren für eine kontinuierliche Prozesssierung von stabilisierten Polyacrylnitrilfasern (PAN-Fasern).

Erarbeitung einer innovativen Fügetechnologie zum automatisierten Stoßfügen elastomerbasierter Hohlraumdichtungen im Karosseriebau (Innovatives Fügen Elastom)

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: SAB100283656
Laufzeit: 01.01.2017 bis 31.12.2018



Abstract

ln der Automobiltechnik ist die Nutzung von elastomerbasierten EPDM Hohlraumprofilen zum Abdichten von Fahrgasträumen Stand der Technik und industriell weit verbreitet. Dabei werden in einem automatisierten Prozess Zuschnitt­ oder Endloshalbzeuge des EPDM-Profils, z.B. mittels Klebestreifen, robotergesteuert mit den Türen oder der Karosserie verklebt. Zum Abschluss wird das Hohlraumprofil abgeschnitten und die beiden Stoßenden zusammengefügt. Dabei ist eine Dauerelastizität der Fügezone, als auch ein ungestörter Dichtungsverlauf essentiell, um die Dichtheit bei geschlossenen Türen zu gewährleisten. Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung eines effizienten Fügemechanismus zum Verbinden von Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)-Profilen. Hierbei sind stoffschlüssige Fügetechnologien unter Nutzung alternativer Wärmequellen, sowie angepasster Klebstoffsysteme zu entwickeln, die sich für Stoßfügungen von EPDM-Hohlprofildichtungen in der automatisierten Fertigung eignen.

Die Ergebnisse werden zur Weiterführung und Stärkung der Forschungsaktivitäten des Instituts auf dem Gebiet des reaktiven Fügens und als Grundlage für sich anschließende Industrieprojekte im Bereich des Fügens nichtschmelzbarer Kunststoffe untereinander und in hybriden Verbindungen benötigt. Die mit diesem Projekt erwarteten Ergebnisse stellen die Basis für eine absehbare zukünftige Verwertung durch unterschiedliche Vertragspartner des Instituts auf unterschiedlichen Feldern wie z. B. Leichtbau mit faserverstärkten Verbundstrukturen und hermetisches Dichten von Gehäusen in der Sensortechnik dar.

Effizienzverbesserung durch Verminderung von Fouling in Wärmeübertragerohren (FoulingResist)

Teilthema: Direkte Laserinterferenzstrukturierung

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 3000658061
Laufzeit: 01.09.2016 - 31.08.2018



Abstract

Während des Betriebs von Wärmeübertragern bilden sich auf den kühlwasserseitigen Oberflächen der Apparate mineralische und biologische Beläge. Diese zusätzlichen Beläge erhöhen den Wärmedurchgangswiderstand,  verringern dadurch den übertragenen Wärmestrom und beeinträchtigen somit die Funktion des Wärmeübertragers. Dieser als "Fouling" bezeichnete Prozess ist ein grundlegendes Problem der thermischen Verfahrenstechnik. Die dadurch verursachten Kosten werden für hochindustrialisierte Länder auf 0,25 % des Bruttoinlandsproduktes geschätzt. Die Belagsbildung erfordert bei der Auslegung des Wärmeübertragers eine starke Überdimensionierung (häufig im Bereich von 20% bis 60 %) sowie während des Betriebs eine regelmäßige chemische oder mechanische Reinigung der betroffenen Oberflächen. Diese Vorgehansweise ist derzeit bei vielen Anwendungsfällen in der Kraftwerkstechnik und in der Industrie Stand der Technik, führt allerdings zu erhöhten Investitions- und Betriebskosten sowie einem erhöhten Energiebedarf. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Oberflächenmodifikation für Wärmeübertragerflächen, die sich, bei hoher Oberflächenstabilität und gleichbleibendem Wärmedurchgang, durch eine hohe Resistenz gegenüber Fouling auszeichnet. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Modifikation der Innenflächen von Wärmeübertragerrohren zur Vermeidung von Kristallisationsfouling (auch als "Scaling" bezeichnet).

Mit Hilfe modernster Verfahren der Oberflächentechnik  sollen Innenflächen von Metallrohren so modifiziert werden, dass foulingresistente Flächen entstehen. Diese Oberflächeneigenschaften sollen durch das Aufbringen einer dünnen funktionellen Schicht mittels PECVD erzeugt werden. Ein zweiter Ansatz zur Veränderung des Foulingverhaltens der Wärmeübertragerflächen ist die Strukturierung der Oberflächen im Sub-Mikrometer- und Mikrometerbereich. Dies soll mittels direkter Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) in dem Vorhaben systematisch realisiert werden.

Entwicklung und Demonstration von Natrium-Schwefel-Batteriesystemen (NaSBattSy)

IWS Teilvorhaben: Anodenentwicklung sowie Design, Fertigung und Tests von Raumtemperatur

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100234957
Laufzeit: 01.07.2016 – 30.06.2018



Abstract

Erneuerbare Energien wie Wind und Photovoltaik unterliegen natürlichen Schwankungen. Um diese auszugleichen, werden beispielsweise Hochtemperatur-Natrium-Schwefel-Batterien als stationäre Energiespeicher eingesetzt. Reaktionskinetisch bedingt können dabei jedoch nur 25 Prozent der theoretischen Kapazität ausgenutzt werden. Zudem besitzt das Hochtemperatur-System durch den Einsatz von flüssigem Natrium erhebliche Sicherheitsrisiken.
Dresdner Forschungsinstitute arbeiten in einem Förderprojekt an neuen Batterie-Komponenten und Fertigungsverfahren für einen Raumtemperatur-Na-S-Batteriedemonstrator. So werden Entwicklungsaufgaben von der Material-Aufbereitung, der Elektrodenherstellung bis zum Aufbau von Zellstapeln adressiert. Das Konsortium verfolgt im Verbundprojekt NaSBattSy (SAB-Nr.: 100234957) das Ziel, einen stationären elektrochemischen Energiespeicher auf Basis der Natrium-Schwefel-Zelltechnologie zu entwickeln, der sehr preiswert herstellbar ist und bei Raumtemperatur arbeitet.
Dies erfordert einen innovativen, elektrochemischen Schritt, mit dem das Anodenmaterial (eine Natrium-Kohlenstoff-Verbindung NaxC) generiert wird. Eine speziell angepasste Elektrolytrezeptur soll unerwünschte Nebenreaktionen (Polysulfid-Shuttle) effizient unterbinden und Schutzschichten auf Anodenseite bilden. Anodenseitig werden nicht graphitisierbare Kohlenstoffe verwendet, die mit einer adaptierten Elektrolytrezeptur präsodiiert und gleichzeitig mit einer sulfidischen Schutzschicht versehen werden.

Durch die Zusammenarbeit der Verbundpartner wurden die elektrochemischen und fertigungstechnischen Grundlagen eines neuen elektrischen Speichersystems für stationäre Anwendungen geschaffen. Erstmalig konnte eine über 1000 Zyklen stabile Na-S-Zelle bei Raumtemperatur demonstriert werden. Dieses Ergebnis ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zu kostengünstigen Energiespeichern auf Basis verfügbarer Rohstoffe. Die zyklische Lebensdauer kann durch die Adaption der Elektrolytrezeptur perspektivisch weiter erhöht werden.

Technologieentwicklung zur strukturdiskreten Integration von Smart Sensors in crashbelastete Faserverbundstrukturen (Smart Sensor)

IWS Teilvorhaben: Laserbasierte Fertigung von Sensortaschen und THz-Detektion

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: 100230921
Laufzeit: 01.07.2015 – 30.06.2018



Abstract

Das Forschungsvorhaben zielt darauf ab, neue Lösungen im Bereich der Sensorintegration in Faserverbundbauteile zur gezielten Versagensdetektion zu erarbeiten. Insbesondere im Bereich der Zweirad-Elektromobilität führt der Strukturleichtbau zu einer deutlichen Reduzierung der Masse und einer Erhöhung der Reichweite zukünftiger Fahrzeuggenerationen mit entsprechenden elektrischen Antriebsunterstützungen. In diesem Bereich gibt es das größte Marktwachstum für den Strukturleichtbau mit Funktionsintegration und weniger komplexe und hemmende Regelungen und Gesetze wie beispielsweise im Automobilsektor. Einen stark wachsenden Zielmarkt stellen die Flottenfahrzeuge von Großunternehmen oder -städten dar. Um den Aufwand für die Zustandsüberwachung von Flottenrädern in Unternehmen bzw. Großstädten zu realisieren, ist ein integriertes Sensorsystem mit Peripherie (automatisierte Überwachung) in jedem Fahrzeug notwendig. Dabei werden spezielle Anforderungen an die Unempfindlichkeit der Komponenten bezüglich kurzzeitiger mechanischer Beanspruchung (Crashfall) gestellt. Die Einbettung der Sensorik kann Störungen im Laminataufbau verursachen, was zu einer Beeinträchtigung der Bauteilfestigkeit führt. Ziel ist es zum Einen, Einbettungsstrategien für Sensoren zu entwickeln, die eine möglichst geringe Beeinflussung des Laminataufbaus bewirken. Zielführende Ansätze sind die Miniaturisierung klassischer Sensoren sowie eine bessere Verträglichkeit und Haftung zwischen Sensor und Polymermatrix. Des Weiteren soll eine Lösung zur Kontaktierung der integrierten Sensorik erforscht werden. Durch den Einsatz der Lasertechnik können Arbeiten zur Sensorintegration und zur Kontaktierung am Strukturbauteil flexibel und strukturdiskret umgesetzt werden. Darüber hinaus müssen Auswertestrategien für die Sensorik entwickelt und der Prozess der Sensorapplikation/-integration in den automatisierten Spritzpressprozess erforscht werden. Der Nachweis der Projektzielstellungen soll anhand eines großseriengeeigneten Prozesskettenkonzeptes zur Herstellung eines sensorintegrierten Strukturbauteils aus dem Bereich der Zweirad-Elektromobilität realisiert werden.