FH-Impulspartnerschaft SmartPro

SmartPro: Smarte Materialien und intelligente Produktionstechnologien für energieeffiziente Produkte der Zukunft

 

Logo der FH-Impulspartnerschaft SmartPro
Partnerschaftslogo (Bild: Hochschule Aalen)

Die Partnerschaft SmartPro wird von der Hochschule Aalen getragen. Sie adressiert zwei Herausforderungen: Den schonenden Umgang mit limitierten Ressourcen (Materialien und Rohstoffen) und die nachhaltige und klimaverträgliche Nutzung von Energie. Beide sind hochrelevant für die Erreichung energie- und klimapolitischer Ziele. Ziel der Partnerschaft SmartPro ist es daher, anwendungsorientierte innovative Lösungsansätze für die hierzu erforderlichen Materialien und Verfahren zu erarbeiten. Diese sollen in zukunftsfähige und energieeffiziente Produkte mit wirtschaftlichem Nutzen umgesetzt werden.

Die Forschungsaktivitäten von SmartPro konzentrieren sich auf vier Anwendungsfelder:

  • Elektrische Energiewandler-Maschinen
  • Elektrische Energiespeicher
  • Innovative Leichtbautechnologien
  • Innovative Fertigungstechnologien für Industrie 4.0 - Anwendungen

Die geplanten Projekte beschäftigen sich u. a. mit Werkzeugen zur Qualitätsbewertung temperaturbelasteter Dauermagneten, miniaturisierten Sensoren zur automatisierten Bauteilvermessung und Fertigungstechnologien für Elektroden mit verbesserter Lebensdauer von Li-Ionen-Batterien. Gerade hier besteht ein hoher Bedarf aus Sicht regionaler und stark produktionsabhängiger Unternehmen aus den Branchen Automotive, Maschinen- und Werkzeugbau, Photonik sowie Produktionstechnologien.

In das SmartPro-Netzwerk sind mehr als 30 Unternehmen einbezogen – darunter auch 14 kleine und mittlere Unternehmen. So entsteht eine strukturierte, nachhaltig aufgestellte und belastbare Partnerschaft, die in Kooperation mit weiteren Forschungs- und Transferpartnern den Aufbau vorantreibt und die Verwertung organisiert.

Partnerschaftsportrait

Die Hochschule Aalen im östlichen Baden-Württemberg gehört deutschlandweit zu den führenden Einrichtungen in der anwendungsorientierten Materialforschung. Die Partnerschaft SmartPro, die im Rahmen des BMBF-Programms „Starke Fachhochschulen - Impuls für die Region" (FH Impuls) gefördert wird, baut auf dieser Expertise auf, um smarte Materialien und Verfahrenstechnologien für energieeffiziente Produkte zu entwickeln – ganz im Sinne der regionalen Unternehmen, die überwiegend in den Branchen Automobil, Maschinen- und Werkzeugbau sowie Photonik beheimatet sind. Und ganz im Sinne der Energiewende, zu der die Hochschule mit SmartPro einen wichtigen Beitrag leisten möchte.

Eine Forscherin steht vor einer Handschuhbox und führt Untersuchungen mit einem Gerät durch.
Forschung in SmartPro zu neuartigen Batterietechnologien (Bild: Thomas Klink/Hochschule Aalen)

Zwischen Stuttgart und Ulm liegt Aalen. Die etwa 70.000 Einwohner zählende Stadt am nordöstlichen Rand der Schwäbischen Alb ist die Heimat einer sehr innovativen Hochschule, die Wissenschaftler und Studierende aus nah und fern anzieht. Denn sie bietet neben einem naturnah gelegenen Waldcampus und einem persönlichen, familiären Umfeld vor allem eines: Forschung auf höchstem Niveau. Nicht umsonst gilt sie als eine der forschungsstärksten Hochschulen für angewandte Wissenschaften in Deutschland. Zu ihren Schwerpunkten gehören die Bereiche „Advanced Materials and Manufacturing“ und „Photonics“.

Das Partnerschaftsnetzwerk SmartPro baut auf diesen Schwerpunkten auf. Wissenschaftler der Hochschule erforschen gemeinsam mit Unternehmen aus der Region smarte Materialien und intelligente Technologien, um daraus zukunftsfähige, energieeffiziente Produkte mit wirtschaftlichem Nutzen zu entwickeln. 16 Arbeitsgruppen der Hochschule Aalen sowie mehr als 30 Unternehmen, darunter 14 kleine und mittlere Unternehmen (KMU), sind an der Kooperation beteiligt. Hinzu kommen renommierte Forschungs- und regionale Transferpartner wie das Karlsruher Institut für Technologie KIT oder das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie (fem) sowie die Landesagentur Leichtbau oder die IHK Ostwürttemberg. Insgesamt sind über 50 Partner an Bord – eine gute Basis für langfristige Kooperationen, die eine effektive Verwertung der Forschungsergebnisse ermöglichen.

„Mit SmartPro wollen wir unsere zentralen Forschungsschwerpunkte stärken, den Wissens- und Technologietransfer in die Region intensivieren und Innovationsimpulse setzen“, fasst Partnerschaftssprecherin Professor Dagmar Goll die Ziele der Hochschule Aalen im Hinblick auf SmartPro zusammen. Von hoher gesellschaftlicher Relevanz ist der Beitrag, den SmartPro zur Energiewende leisten möchte. Denn die Kooperation adressiert zwei Herausforderungen, die zentral für die Erreichung energie- und klimapolitischer Ziele sind: Den schonenden Umgang mit begrenzten Ressourcen wie Materialien und Rohstoffen sowie die nachhaltige und klimaverträgliche Nutzung von Energie.

Die zentralen Anwendungsfelder lauten smarte Materialien, intelligente Produktionstechnologien, Leichtbau und 3D-Druck, Energiewandler und Energiespeicher
SmartPro: 4 zentrale Anwendungsfelder (Bild: Hochschule Aalen)
SmartPro – Key to smart products

Um die Grundlagen für smarte Produkte etwa in den Bereichen E-Mobilität, erneuerbare Energien und Industrie-4.0-gerechte Fabrikautomation zu schaffen, sind die Forschungsaktivitäten auf vier zukunftsträchtige Anwendungsfelder ausgerichtet: Elektrische Energiewandler, Batterietechnologien, innovative Leichtbautechnologien und Fertigungstechnologien für Industrie-4.0-Anwendungen - mit vier zentralen Projekten:

Energiewandler:
Maßgeschneiderte Magnetwerkstoffe und Werkzeuge für leichte, kompakte und leistungsstarke Elektromotoren (MagNetz)

Magnete sind allgegenwärtig, sie kommen zum Beispiel in Elektromotoren, Generatoren und Akkugeräten vor. Neue Magnetwerkstoffe sowie Technologien zu deren Prozessierung gehen in effiziente elektrische Energiewandler-Maschinen ein, die eine herausragende Bedeutung für ressourcenschonende Mobilität (Traktionsantriebe), erneuerbare Energie (Windkraft) und Industrie- oder Fabrikautomation sowie für Elektrowerkzeuge und Haushaltsgeräte besitzen.

Magnetmaterialien sind Schlüsselwerkstoffe für effiziente, zukunftsfähige Energiewandler, die umso leichter und kompakter sein können, je leistungsstärker die Magnete sind.
Heutige Materialien zeigen jedoch Nachteile wie hohe Materialkosten durch enthaltene Seltenerdmetalle. Um in Zukunft marktattraktive material- und energieeffiziente Produkte zu generieren, sind immer öfter funktionsoptimierte Magnetwerkstoffe mit gesicherter Qualität gefragt. Diese neuen Magnetmaterialien werden in SmartPro erforscht. 

Energiespeicher:
Smarte Materialsysteme, intelligente Fertigungsprozesse und Qualitätsmethoden für lithiumbasierte Batterien (LiMaProMet)

Der Bedarf an wiederaufladbaren Batterien mit erhöhter Energiedichte, Sicherheit und Lebensdauer ist aufgrund der gestiegenen Anforderungen an mobile Anwendungen sehr hoch. Im Fokus stehen dabei Reichweite, Laufzeit, Ladedauer und Sicherheit für Elektromobilität und Portable Electronics wie Smartphones oder Navigationsgeräte.

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 Projekt LiMaProMet auf die Entwicklung intelligenter lithiumbasierter Speichertechnologien bis zur Marktreife ab.

Leichtbau:
Intelligente Fügeprozesse und Leichtbau-Designs sowie qualitätssichernde Prüfverfahren für energieeffiziente Produkte (InDiMat)

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, zum Beispiel mit Leichtmetallen und hochfesten Stählen. Kosteneffiziente, intelligente Verfahrensansätze für hybriden Leichtbau stehen im Mittelpunkt des Projekts InDiMat.

3D-Druck:
Additiv gefertigte intelligente Komponenten für Ressourcen- und Energieeffizienz (AddFunK)

Bei der additiven Fertigung werden Bauteile auf der Basis digitaler 3D-Konstruktionsdaten schichtweise gefertigt. Die additive Fertigung ist eine der Schlüsseltechnologien für Industrie 4.0 und das Internet der Dinge. Sie ermöglicht die wirtschaftliche, ressourceneffiziente Herstellung individualisierter Produkte über 3D-Druck mit smarten Werkstoffen oder neuen Materialkombinationen wie CerMets, metallkeramische Werkstoffe, die aus Metall und einer keramischen Komponente bestehen.

Durch intelligente Fertigungsprozesse werden in den Bereichen Metall oder Optik neue Anwendungsmöglichkeiten erschlossen oder neue Funktionen integriert. Daneben stehen die konstruktive Gestaltung der Komponenten sowie die Einstellung gewünschter physikalischer Eigenschaften im Fokus.

 

Stimmen der Beteiligten

Porträt von Prof. Dr. Gerhard Schneider
Prof. Dr. Gerhard Schneider
(Bild: Thomas Klink/Hoch-
schule Aalen)

Prof. Dr. Gerhard Schneider, Rektor der Hochschule Aalen - Technik und Wirtschaft

„Die strategische Partnerschaft SmartPro geht Herausforderungen mit hoher gesellschaftlicher Relevanz an und erforscht den effizienten Umgang mit limitierten Ressourcen und die nachhaltige Nutzung von Energie. Der Fokus von SmartPro liegt auf smarten Materialien und intelligenten Technologien für energieeffiziente Produkte. Wir arbeiten dabei eng mit unseren Unternehmenspartnern zusammen, um gemeinsam die Zukunft positiv zu gestalten. Die Hochschule Aalen hat durch den lebendigen Austausch in der Partnerschaft ihre Position als eine der stärksten Hochschulen in der angewandten Forschung weiter ausgebaut. Sie sieht sich als wichtiger Katalysator für Innovationen, von denen entscheidende Impulse für die Zukunftsfähigkeit der Region Ostwürttemberg ausgehen.“

Porträt von Prof. Dr. Michael Kaschke
Prof. Dr. Michael Kaschke
(Bild: Carl Zeiss AG)

Prof. Dr. Michael Kaschke, Vorstandsvorsitzender der ZEISS Gruppe, Mitglied im Wissenschaftsrat, Hochschulratsvorsitzender der Hochschule Aalen

„Der großartige Erfolg von SmartPro im BMBF-Programm FH-Impuls unterstreicht die Positionierung der Hochschule Aalen unter den forschungsstärksten Hochschulen für angewandte Wissenschaften in Deutschland. SmartPro eröffnet der Hochschule Aalen neue Wege, um sich strategisch auf die Herausforderungen der nächsten Jahre einzustellen. Mit der Ausrichtung der Forschungsaktivitäten auf zukunftsfähige, für produktionsabhängige Branchen und Unternehmen relevante Anwendungsfelder wurden die Weichen gestellt, um kontinuierlich wertvolle Impulse zur Stärkung des regionalen Innovationssystems zu leisten. Ich bin mir sicher, dass ZEISS nicht nur von den direkten Ergebnissen aus SmartPro, sondern auch durch den hier in anspruchsvollen FuE-Projekten ausgebildeten wissenschaftlichen Nachwuchs profitieren wird.“

Porträt von Steffen Hachtel
Dipl. Ing. Steffen Hachtel
(Bild: F&G Hactel GmbH &
Co. KG)

Dipl. Ing. Steffen Hachtel, Geschäftsführer, F. & G. Hachtel GmbH & Co. KG

„In der Unternehmensphilosophie von Hachtel nehmen Innovation und die Erprobung neuer Technologien einen hohen Stellenwert ein. Unsere Wurzeln liegen im Werkzeugbau und der Spritzgießtechnik. Der Einsatz modernster Verfahren unterstützt uns insbesondere in der Prozessoptimierung. Hierzu nutzen wir vor allem Simulationstechnologien und die industrielle Computertomographie, die mittlerweile ebenfalls zu unserem Leistungsportfolio zählen. Neue Technologien wie die additive Fertigung erschließen wir uns in Zusammenarbeit mit Hochschulen und anderen Unternehmen. Diesen Grundgedanken finden wir im Kooperationsnetzwerk SmartPro wieder. In SmartPro stellen wir unsere langjährige Zusammenarbeit mit der Hochschule Aalen auf eine neue Ebene und haben hier bereits wertvolle Kontakte knüpfen und neue gemeinsame Projekte auf den Weg bringen können. Durch meine Mitarbeit im Steuerkreis von SmartPro konnte ich neue Einblicke in die Hochschule gewinnen und gleichzeitig die Sichtweise eines technologieorientierten KMU in die Weiterentwicklung von SmartPro einbringen.“

Hannover Messe 2018: Gebündelte Kompetenz für Nachhaltigkeit und Ressourcenschonung

 

Vier Personen der FH-Impulspartnerschaft stehen am Stand der Hannover Messe 2018
Die wissenschaftlichen Mitarbeiter der Hochschule Aalen (v. l. n. r. ) Thomas Rieger, Julian Schurr, Steffen Raith und Marco Köller gehören zum Team der FH-Impulspartnerschaft SmartPro. (Bild: Hochschule Aalen)

Auf dem Gemeinschaftsstand des Landes Baden-Württemberg in Halle 2 (Research and Technology) stellen Nachwuchswissenschaftler der Hochschule Aalen die FH-Impulspartnerschaft SmartPro vor. SmartPro ist ein Kooperationsnetzwerk mit über fünfzig Partnern aus Forschung, Industrie und Transfer, erläutert Thomas Rieger. Ziel ist es, innovative Produktionstechnologien anwendungsnah zu erforschen und zukunftsfähige energieeffiziente Produkte zu den Anwendungsfeldern elektrische Energiewandler und Batterietechnologien, innovative Leichtbautechnologien und Additive Fertigung mit wirtschaftlichem Nutzen herzustellen. Hier fließt das Know-how der Forschungsschwerpunkte Advanced Materials and Manufacturing und Photonics der Hochschule Aalen ein. Ziel ist es, den Technologietransfer in die Region zu intensivieren. Es geht hierbei um Fertigungstechnologien mit Industrie-4.0-Ansätzen wie z. B. 3D-Druck. Die Nachwuchswissenschaftler arbeiten am Institut für Materialforschung bzw. am Zentrum für virtuelle Produktentwicklung, um neue Materialien für das Verfahren der Additiven Fertigung zu erforschen und Prozesse zu entwickeln. Die Ausgangsmaterialien Pulver oder flüssige Suspensionen werden untersucht und eigene, vollständige Versuchsanlagen aufgebaut, um den Prozess vom Ausgangsmaterial über die Konstruktion und Produktion bis hin zur Charakterisierung zu erproben. Nur so können Synergien geschaffen werden, um sämtliche Ressourcen sparsam und klug zu nutzen. Klassische Anwendungen sind Leichtbau, aber auch Materialien wie weichmagnetische Stoffe für Elektromotoren oder Materialien für Energiespeicher.