Spannende Forschungsthemen auf der Hannover Messe 2024

Einen Cobot, der zeichnen kann, zeigt das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover. Das Messe-Exponat des IPH ist ein Beispiel dafür, wie Roboter im Zusammenspiel mit KI auch unvorhersehbare Situationen meistern können – ohne, dass ein Mensch sie neu programmieren müsste. Das bietet vor allem kleinen und mittleren Unternehmen die Chance, ihre Produktion in Zeiten des Fachkräftemangels aufrechtzuerhalten oder sogar zu steigern, und stärkt den Wirtschaftsstandort Deutschland.

Der Cobot, den das IPH bei der Hannover Messe zeigt, kann Fotos detailliert nachzeichnen. Die zuvor unbekannten Fotos werden mittels KI-Bilderkennung analysiert und in Bewegungsanweisungen für den Cobot umgerechnet. Die Kombination aus Robotik und KI-Bilderkennung lässt sich perspektivisch in verschiedenen Produktionsbereichen umsetzen, wie zum Beispiel beim Schweißen. So könnte der Roboter automatisiert eine zu schweißende Fügestelle analysieren, um anschließend eigenständig die notwendigen Bewegungen zu errechnen und durchzuführen.

Gemeinschaftsstand des Niedersächsischen Ministeriums für Wissenschaft
Halle 2, Stand A10

Die Messung von Druck und Temperatur spielt eine entscheidende Rolle in Anwendungen von Wälzlagern über Verzahnungen bis hin zu Dichtungen. Vor allem für Messungen bei Mischreibung - dem gleichzeitigen Auftreten von Flüssigkeits- und Festkörperreibung - gab es dafür bisher keine Lösungen. Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST zeigt auf der Hannover Messe einen neu entwickelten Dünnschicht-Multisensor, der Druck- und Temperaturmessungen auch unter Mischreibung und bei hohen Belastungen ermöglicht.

Die entwickelte Dünnschichtsensorik eignet sich für einen Einsatz auf Wälz- und Rollkontakten in Antriebseinheiten und weiteren Maschinenelementen. Zukünftig könnte die Sensorik auch zur Zustandsüberwachung und digitaler Instandhaltung in diesem Bereich eingesetzt werden.

Fraunhofer-Gemeinschaftsstand
Halle 2, Stand B24

Ein optisches Inspektionssystem prüft erstmals Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität kaltumgeformter Bauteile während der Produktion – mit einer Genauigkeit im Bereich von einigen hundertstel Millimetern. Umformverfahren haben entscheidende Vorteile bei der Produktion von Metallbauteilen: Sie sind sehr energieeffizient und produzieren hervorragende mechanische Eigenschaften.

Für Präzisionsbauteile reicht die Fertigungsgenauigkeit bei der Umformung jedoch oftmals nicht aus. Voraussetzung für eine breitere Nutzung der Umformung ist eine hochgenaue Inline-Qualitätskontrolle. Ein optisches Freifall-Inspektionssystem, das vom Fraunhofer IPAM entwickelt wurde, prüft kaltumgeformte Bauteile mit Genauigkeiten im Bereich einiger hundertstel Millimeter auf geometrische Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität.

Die Bauteile werden dabei im Sekundentakt einzeln in eine Hohlkugel befördert. Sechzehn gleichmäßig verteilte Kameras nehmen das Bauteil im freien Fall durch die Kugel gleichzeitig auf, sodass jede Stelle des Teils mindestens einmal abgebildet wird. Das System prüft Bauteile mit einer Kantenlänge von 0,5 bis 6 cm. Eine schnelle Datenauswertung ermöglicht die direkte Rückkopplung in den Produktionsprozess, um Prozessparameter anzupassen und damit Ausschuss zu reduzieren.

Zusätzlich zur Qualitätsprüfung soll in Zukunft bei der Bildaufnahme die individuelle Oberflächenstruktur der Teile an einer definierten Stelle hochaufgelöst aufgenommen und als Fingerabdruck für die Bauteilrückverfolgung in einer Datenbank registriert werden.

Gemeinschaftsstand des BMWK
Halle 2, Stand A18

Die ökonomische und ökologische Herstellung von Bauteilen mittels Kunststoffspritzguss erfordert hohe Prozesssicherheit. Dazu ist eine genaue Erfassung wichtiger Kenngrößen wie Temperatur- oder Druckverlauf erforderlich. Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Ober­flächentechnik IST zeigt eine Echtzeit-Datenerfassung im laufenden Prozess mittels integrierter Dünnschichtsensoren. Das Besondere dabei ist, dass die verschleißfesten multifunktionalen Sensorsysteme direkt auf der Werkzeugoberfläche abgeschieden werden, sodass eine Messung in den Hauptbelastungszonen möglich wird. Ein Beispiel ist die Entwicklung eines multifunktionalen Dünnschichtsensorsystems, das auf einem austauschbaren Werkzeugeinsatz appliziert ist.

Die gewonnenen Messdaten werden durch eine an die Sensorik angepasste Elektronikeinheit in Echtzeit ausgelesen und direkt verarbeitet. Störungen und potenzielle Schwachstellen können dadurch sofort erkannt und Anpassungen kurzfristig umgesetzt werden. Maschinelle Lernalgorithmen, die auf einem Edge-Gerät implementiert wurden, ermöglichen darüber hinaus eine zuverlässige Bestimmung der Bauteilqualität.

Fraunhofer IST
Halle 2, Stand B24

Der Transport auf den Ozeanen muss viel umweltfreundlicher werden. Dies ist das Ziel des neuen, mit 17 Mio. EUR geförderten europäischen Projekts GAMMA, bei dem Unternehmen und Forscher aus Europa ein Frachtschiff so umrüsten werden, dass es mit klimaneutralen Kraftstoffen versorgt wird. 60.000 Tonnen Fracht kann der Frachter der Topic-Flotte, der als Demonstrationsplattform für das neue EU-Projekt GAMMA dient, über die Weltmeere transportieren.

Dazu wird auf dem Schiff ein innovatives Brennstoffsystem installiert. Ammoniak und grünes Methanol werden auf dem Schiff gelagert und dann mit Cracker- und Reformertechnologien in Wasserstoff umgewandelt. Der Wasserstoff wird gereinigt und dann mit Brennstoffzellen in Elektrizität umgewandelt, die das Schiff mit elektrischer Energie versorgt und damit die mit fossilen Brennstoffen betriebenen Hilfsgeneratoren ersetzt. Ein Teil der Energie, die für die Umwandlung in Wasserstoff erforderlich ist, wird durch erneuerbare Energien bereitgestellt, in diesem Fall durch Photovoltaikmodule, die auf den Lukendeckeln des Frachters installiert werden.

An dem Projekt sind 16 Partner beteiligt, aus Deutschland arbeiten das Fraunhofer-Institut für Mikrotechnik und Mikrosysteme IMM und der Schiffahrts-Dienstleister RINA mit.

Sonderausstellungsfläche Hydrogen + Fuel Cells Europe
Halle 13 Stand C47/1

Der Abrieb aus dem Verschleiß des Bremssystems von PKW verursacht aktuell 20 % der Feinstaubemissionen im Verkehr. Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat für dieses Umweltproblem nun eine Lösung gefunden. Zusammen mit Partnern entwickelt das Institut eine nachhaltige, ressourcenschonende und verschleißfreie Leichtbaubremsscheibe mit angepassten Bremsbelägen. Diese Bremse aus keramikverstärkten Leichtmetall-Verbundwerkstoffen wird sowohl für den Individualverkehr als auch für ausgewählte Anwendungen im Schienenverkehr und für LKW geeignet sein.

Das gesamte System aus Bremsbelägen und Bremsscheibe ist nahezu verschleißfrei, was nicht nur die Freisetzung von Feinstaub reduziert, sondern auch ein regelmäßiges Austauschen der Bremsscheiben unnötig macht und den Wechsel der Bremsbeläge massiv reduziert.

Fraunhofer IFAM
Halle 2, Stand B24

Die fortschreitende Digitalisierung erfordert neue Verschlüsselungstechniken für zunehmend international vernetzte industrielle Prozesse. Ein Beispiel ist die Freigabe von Sicherheitseinrichtungen an Werkzeugmaschinen über das Internet. Im Projekt »PoQsiKom« haben das Fraunhofer-Institut AISEC, TU München, Siemens und Trumpf ein Konzept entwickelt, das das sichere Freigeben der Schutzbereiche von Werkzeugmaschinen aus der Ferne ermöglicht. Grundlage hierfür ist ein Chip mit spezieller Security-Technologie.

Beim Demonstrator auf der Hannover Messe weist ein Hardware-Chip als sogenannter Vertrauensanker die Authentizität der genutzten Anwendungen nach. Agile und post-quanten-sichere Kryptografie kann flexibel an den jeweiligen Anwendungsfall und deren IT-Systeme und -Anwendungen angepasst werden und schützt den Datenaustausch beim Fernzugriff auch vor Angriffen von Quantencomputern.

Der Vertrauensanker ist bereits beim Design der Geräte integriert. Ein echtzeitfähiges und gegen Malware gehärtetes Betriebssystem verhindert Kompromittierungen der Daten während der Verarbeitung. Zudem garantiert die Sicherheitstechnologie den korrekten und unveränderten Zustand entfernter Systeme.