Referenzprojekte des Fraunhofer IST

Schmiedewerkzeuge sind einem komplexen Belastungskollektiv ausgesetzt, welches zu erhöhtem Verschleiß und damit zu einer Abnahme der Bauteilungenauigkeit sowie geringeren Lebensdauer der Umformwerkzeuge führt. Eine Möglichkeit zur Reduzierung des Verschleißes bildet die (Plasma-)Nitrierung. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein grundlegendes Verständnis über die Wirkzusammenhänge geschaffen.

Mit der Beschreibung des nachfolgenden Referenzprojekts möchten wir Ihnen die Möglichkeit geben, sich selbst einen Eindruck über das Potenzial der verschiedenen Diffusionsbehandlungen zu machen. Dabei erhalten Sie ein Einblick in die Problemstellung und die aufgetretenen Herausforderungen, die verfolgten Lösungsansätze des Fraunhofer IST sowie die gewonnen Erkenntnisse und den daraus resultieren Benefit aus und über das Projekt hinaus.

Transparente optische Gläser mit hohem Kratzschutz werden heutzutage in vielen Branchen benötigt: von Sichtscheiben für Smartphones und Uhren über optische Instrumente und Sensorsysteme bis hin zu Anwendungen in der Medizintechnik.. Das Ziel des Forschungsvorhabens ULTRAHARD ist die Entwicklung einer ultraharten optischen Diamantschicht für die Anwendung in Antireflexionsschichten (AR-Schichten). Es sollen hiermit transparente, kratzfreie Oberflächen und hohe Bauteil-Lebensdauern ermöglicht werden.

Das steigende Umweltbewusstsein der Bevölkerung erfordert zur Erreichung zukünftiger Klimaziele eine stetige Reduktion von CO2 über die gesamte Wertschöpfungskette und über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg. Innovative Leichtbaumaterialien, -materialkombinationen, Fertigungstechnologien und multifunktionale Strukturen können hierfür einen signifikanten Beitrag zur Erreichung der Ziele und Stärkung des Innovationsstandorts Deutschland leisten. Im Fokus des Projekts stehen die Entwicklung, Optimierung und Skalierung von Leichtbaumaterialien und -technologien. Um die einzelnen Entwicklungen zusammenzuführen und hinsichtlich Ressourceneffizienz und Leichtbau zu bewerten, wird das Batteriesystem eines Elektrofahrzeugs als Anwendungsbeispiel und Demonstrator gewählt. Diese Batteriesysteme stellen eine zentrale Innovationskomponente nachhaltiger Mobilität dar und sind entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit elektrisch angetriebener Fahrzeuge Made in Germany.

Die Digitalisierung von Produktionsprozessen erfordert neuartige Sensoren zur direkten Messung in Aktivzonen. Durch Dünnschichtsensorik sollen auf Basis der angestrebten Echtzeit-Verschleißindikation die notwendigen Bedingungen zur Realisierung bedarfsgerechter Werkzeugwechsel geschaffen werden. Dadurch können Material-, Energie- und Standzeitverluste, die derzeit durch die Ausschussproduktion entstehen, minimiert werden.

Im Begleitforschungsprojekt HySecunda bündeln neun Fraunhofer-Institute ihre Kompetenzen und arbeiten an praxisrelevanten, skalierbaren technologischen und kapazitiven Lösungen für einen Markthochlauf von grünem Wasserstoff in der gesamten SADC-Region (South Africa Development Community). Dabei liegt der Fokus auf den drei Schlüsselbereichen »Aus- und Weiterbildung«, »Zertifizierung und Markt für grünen Wasserstoff und Marktentwicklung« sowie »Technologien zur Grundlagenforschung«.

Ziel des Fraunhofer Projektzentrums ZESS ist es, mobile und stationäre Energiespeichersysteme der nächsten Generation an die industrielle Reife heranzuführen. Im Bereich mobiler Lithium-Festkörperbatterien wird das ZESS zu einem einzigartigen nationalen Kompetenzzentrum entwickelt werden. Das Fraunhofer IST unterstützt durch seine Beteiligung die Weiterentwicklung von Energiespeichertechnologien durch interdisziplinäre Lösungsansätze unter Berücksichtigung der gesamten Wertschöpfungskette.

Die Software MOCCA+® (Modular Optical Coating Control Application) kann auf Basis von optischen Spektren die Schichtdicke während einer laufenden Beschichtung eines Interferenzfilters berechnen und durch die Verknüpfung mit der Anlagensteuerung einen vollständig automatisierten Prozess realisieren. Sie wurde aus der institutionellen Forschungsumgebung auf Produktionsanlagen übertragen und hinsichtlich der damit verbundenen Anforderungen erweitert.

Das Anlagenkonzept EOSS® für die Beschichtung optischer Interferenzfilter wurde auf Basis von Lizenzvergabe an Anlagenbauer in die Industrie transferiert. Die Tauglichkeit als Produktionsanlage außerhalb des IST konnte nachgewiesen werden.

Eine zusätzliche Komponente wurde in die Breitband-Monitoring-Software MOCCA+® (Modular Optical Coating Control Application) als auswählbare Option zur Schichtdickenkontrolle während der Abscheidung von optischen Interferenzfiltern eingebunden. Die in-situ gemessenen Transmissionsspektren einer EOSS® -Maschine (Enhanced Optical Sputtering System) in Produktionsumgebung konnten erfolgreich genutzt werden.