Die Nachbearbeitung gefräster metallischer Oberflächen verursacht in
Fertigungsbetrieben noch immer immense Kosten. Das liegt vor allem an dem
hohen manuellen Aufwand für das Polieren, aber auch an den sehr
zeitintensiven Fräsprozessen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des
Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie IPT in Aachen haben nun
ein neues Werkzeugkonzept zur Nachbearbeitung von Metalloberflächen
entwickelt, das eine Alternative zum Polieren bietet: Das Werkzeug kann in
konventionellen 5-Achs-Bearbeitungszentren eingesetzt werden. Dies bietet
mehr Flexibilität und verkürzt die Zeit für die Nachbearbeitung der
Bauteile bis zu zehn Prozent.

Produzierende Unternehmen in der Metallverarbeitung müssen laufend die
Bauteilqualität weiter verbessern und dabei gleichzeitig die
Fertigungskosten gering halten oder sogar senken. Optimierungspotenzial
gibt es vor allem in der Nachbearbeitung, denn dort werden in der Regel
zeitintensive und kostspielige Verfahren eingesetzt, etwa das manuelle
Polieren oder das maschinelle Oberflächenhämmern.

Werkzeug ebnet Rauheitsspitzen auf dem Werkstück ein

Ziel des kürzlich abgeschlossenen Forschungsprojekts »HGROka –
Oberflächennachbearbeitung dreidimensionaler Bauteile durch
Hartmetallwerkzeuge mit großen Schneidkantenradien« am Fraunhofer IPT war
es deshalb, ein Werkzeugkonzept zur Oberflächennachbearbeitung zu
entwickeln, das mehr Flexibilität bietet und geringere Fertigungskosten
verursacht als bisher.

Bei dem neuen Verfahren wird ein Werkzeug aus Hartmetall eingesetzt, das
einem klassischen Fräswerkzeug ähnelt. Der Schneidkantenradius ist mit bis
zu 0,5 mm allerdings viel größer als bei herkömmlichen Fräswerkzeugen. Mit
dem Werkzeug wird kein Werkstoff entfernt, sondern es wird auf die
Bauteiloberfläche gedrückt. Durch den Drückprozess werden Rauheitsspitzen
auf dem Werkstück eingeebnet und Randzonen verfestigt.

Nachgiebiger Werkzeughalter sorgt für konstante Kraft zwischen Werkzeug
und Werkstück

Zusätzlich zu dem neuen Werkzeug entwickelte das Team des Fraunhofer IPT
gemeinsam mit den Projektpartnern einen nachgiebigen Werkzeughalter.
Dieser stellt sicher, dass bei der Bearbeitung der Werkstückoberfläche
stets eine konstante Kraft zwischen Werkzeug und Werkstück beibehalten
wird. Denn nur durch einen gleichbleibenden Druck lassen sich
entsprechende Oberflächeneigenschaften am Werkstück erzielen. Das Team
wählte einen hybriden Ansatz, der die Nachgiebigkeit des Werkzeugs sowohl
durch eine konventionelle Feder als auch durch eine interne
Kühlschmierstoffzufuhr gewährleistet.

Bearbeitungsdauer verkürzt sich um zehn Prozent

In mehreren Versuchsreihen testeten die Forscherinnen und Forscher das
Werkzeugkonzept in der industriellen Fertigungsumgebung des In mehreren
Versuchsreihen testeten die Forscherinnen und Forscher das Werkzeugkonzept
in der industriellen Fertigungsumgebung des Projektpartners CP Autosport
GmbH an Bauteilen aus Aluminium und hochfesten Stählen.

»Da die Oberflächenqualität vor dem Polieren durch die HGRokA-Bearbeitung
bereits wesentlich verbessert ist, konnte der Aufwand der Polier-
Nachbearbeitung deutlich reduziert werden. Wir sprechen hier von einer
Zeitersparnis für die Nachbearbeitung bis zu zehn Prozent«, sagt Vincent
Gerretz, der das Projekt am Fraunhofer IPT leitete. Teilweise konnte das
Polieren gänzlich ersetzt werden, da die Oberflächenqualität nach der
HGRokA-Bearbeitung bereits ausreichend war.

Einen weiteren Vorteil sehen die Aachener Forscherinnen und Forscher
darin, dass das Werkzeug ohne zusätzliche Maschinenaggregate in
konventionellen 5-Achs-Bearbeitungszentren eingesetzt werden kann und
daher kostengünstig in der Anwendung ist. Nach den positiven
Testergebnissen soll das Werkzeugkonzept im nächsten Schritt noch an
weiteren Werkstoffen getestet werden.

Das Forschungsprojekt »HGROka« wurde durch Mittel des Europäischen Fonds
für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 mit dem Förderkennzeichen
EFRE-0801244 gefördert.

Elektrochemische Energiespeicher- und Brennstoffzellentechnologien sind
Schlüsselelemente für eine erfolgreiche Energiewende. Mit modularen
Softwarepaketen ermöglicht die Batalyse GmbH, ein Spin-off des Fraunhofer-
Instituts für Chemische Technologie ICT, die automatisierte Erfassung,
Dokumentation und Auswertung von Testdaten von Batterien, Akkus und
Brennstoffzellen. Anhand der visualisierten Ergebnisse können
Materialhersteller und Zellentwickler sowie F&E-Abteilungen ihre Produkte
gezielt und effektiv weiterentwickeln und optimieren.

In Batterien und Brennstoffzellen entscheiden optimierte Materialien und
Komponenten wie Elektroden, Aktivmaterialien, Elektrolyte und Separatoren
über die Lebensdauer, Qualität und Leistungsfähigkeit des Systems. Für die
Elektromobilität oder stationäre Energiespeicherung werden neue,
nachhaltige, recyclingfähige Materialkombinationen benötigt, die sich
gegenüber verfügbaren Systemen etwa durch eine höhere Energiedichte oder
geringere Herstellungskosten auszeichnen. Um die Suche nach neuen
Materialien und dem richtigen Materialmix zu beschleunigen, bietet die
Batalyse GmbH eine modulare Softwarelösung für die effektive
Datenauswertung und das Informationsmanagement an. Das Spin-off wurde im
Mai 2021 als eigenständige Gesellschaft aus dem Fraunhofer ICT in Pfinztal
von Dr. Markus Hagen und seinem Kollegen und CTO der Batalyse GmbH, Eran
Nave, ausgegründet.

Bestmögliche Batterie der Zukunft

»Hersteller unterziehen ihre Batterien und Materialien fortlaufenden
Kontrollen und prüfen zahlreiche Parameter wie die Qualität der
Produktionsprozesse oder der Elektroden. Hierbei unterstützen wir die
Unternehmen mit unseren drei Softwaremodulen Data Analysis, Collect und
Mind, um letztendlich die beste Batterie der Zukunft zu entwickeln«, sagt
Dr. Markus Hagen, CEO der Batalyse GmbH. Data Analysis wertet
Batteriedaten und elektrochemische Tests sowohl von Labortestzellen als
auch von kommerziellen Zellen aus und vergleicht die Werte. Beispielsweise
erhalten Käufer von Batteriezellen die Möglichkeit, Lieferanten und
Produktionschargen zu vergleichen. Welche Batteriezelle die beste
Performance zeigt, ist sofort ersichtlich.

Data Analysis wertet unabhängig vom eingesetzten Testgerät aus und ist
kompatibel zu allen Dateiformaten und Dateistrukturen – ein großer Vorteil
gegenüber Konkurrenzprodukten. Die Module Collect und Mind sind separat
erhältlich, es empfiehlt sich jedoch, das komplette Paket einzusetzen, da
alle Module ineinandergreifen. Die Datenmanagement-Software Collect
sammelt alle Rohdaten und zugehörige Metadaten automatisiert ein und
speichert sie zentral ab. Dabei beschränkt sich das Tool nicht auf
Batterien und Brennstoffzellen, sondern erfasst auch Prozess-, Analyse-,
Produktions-, und Bilddaten. Mind visualisiert diese Daten aus Collect und
ergänzt zusätzliche Informationen wie Kunden-, Prüflings-, Material- und
Projektdaten, die kategorisiert, gefiltert und vernetzt werden können. Ein
Berechtigungsmanagement regelt, wer Zugriff auf die jeweiligen Daten
erhält, und ermöglicht das Teilen von Projekten mit Kunden. Die
Ergebnisse, die Data Analysis liefert, lassen sich darüber hinaus in
Collect wieder speichern und in Mind darstellen. Collect und Mind erfassen
sämtliche Daten und Informationen und liefern so die Basis für den Einsatz
von Künstlicher Intelligenz. »In der Forschung, Entwicklung und Produktion
kostet die Datenauswertung und -dokumentation viel Zeit. Hinter einer
einfachen Messung stehen Informationsketten mit hunderten Parametern zu
Materialien, Prozessen und Werkzeugen. Durch die Kombination unserer
Softwaremodule automatisieren wir die komplette Datenverarbeitung und
können Daten und Informationen für einen KI-Einsatz vorbereiten«, ergänzt
der CEO.

Während Data Analysis bereits erhältlich ist, werden die Prototypen Mind
und Collect aktuell am Fraunhofer ICT eingesetzt. Anfang 2022 sollen sie
verfügbar sein. Industriekunden können beide Module jedoch schon jetzt
testen.

Die ausgedienten Batterien von Elektroautos enthalten wertvolle Rohstoffe,
die weiterhin nutzbar sind. Um sie recyceln zu können, entwickelt ein
Forschungsteam vom Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion
(ZDB) am Fraunhofer IPA eine Roboterzelle mit ganz verschiedenen
Werkzeugen. Sie soll alle nötigen Arbeitsschritte der Demontage ausführen
können und sich für sämtliche Batterietypen eignen.

Der Elektroantrieb gewinnt bei Autos immer mehr an Bedeutung. Im letzten
Jahr waren hierzulande bereits rund 13 Prozent der Neufahrzeuge mit einem
elektrischen Antrieb ausgestattet, teilweise in Kombination mit einem
Verbrennungsmotor. Bis 2030 könnten weltweit fast 50 Millionen
Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein, wenn alle Ankündigungen wahr
werden.

Dieser Trend, dem Klimawandel geschuldet, schafft ein Recycling-Problem:
Es fallen immer mehr Batterien an, die aufgearbeitet werden müssen. Da ein
Akku im Schnitt rund zehn Jahre hält, wird das Problem von Jahr zu Jahr
drängender. Ein Team von Wissenschaftlern und Technikerinnen aus
unterschiedlichen Instituten sucht deshalb nach einem Weg, dieser
drohenden Flut Herr zu werden. Das Forschungsprojekt »Industrielle
Demontage von Batterien« (DeMoBat), koordiniert vom Fraunhofer-Institut
für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, soll eine universelle
Lösung liefern, die sich für alle Arbeitsschritte und Batterietypen
eignet.

Batterien ein zweites Leben schenken

Die Bestandteile einer Batteriezelle sollen sortenrein demontiert und
anschließend geprüft werden, ob sie noch gut genug sind für eine direkte
Wiederverwendung. So sollen dereinst Second-Life-Batterien aus genutzten
Komponenten entstehen. Wenn sich die gebrauchten Komponenten dafür nicht
mehr eignen, sollen wenigstens ihre chemischen Bestandteile aufbereitet
werden. Denn ausgediente Batterien enthalten viele weiterhin nutzbare
Rohstoffe wie Nickel, Kobalt, Mangan oder Lithium. Um an sie
heranzukommen, muss man das Bauteil zunächst auseinandernehmen: Leitungen,
Kabel, Stecker, Dichtungen, Schrauben, Batteriezellen, elektronische
Komponenten, Halterungen – das alles muss demontiert werden.

Lorenz Halt von der Abteilung Roboter- und Assistenzsysteme am Fraunhofer
IPA ist für diesen Part des Forschungsprojekts verantwortlich. Die
Herausforderung dabei: Kein Arbeiter, sondern ein Industrieroboter soll
die Arbeiten übernehmen. Das ist umso schwieriger, als Autobatterien nicht
genormt sind. In verschiedenen Automarken, sogar in verschiedenen
Modellen, stecken jeweils andere Stromspeicher. Deshalb muss das
Demontagesystem sehr flexibel sein. Halt vergleicht es deshalb mit einem
Schweizer Taschenmesser.

Roboter schraubt oder fräst das Gehäuse auf

Als Arbeitsplatte dient ein zwei mal drei Meter großer Tisch mit einem
flexiblen Spannsystem, das jeden Akku fest greifen kann. Dort öffnet der
Roboter zunächst den Deckel, indem er die Schrauben aufdreht. Eine
intelligente Bildverarbeitung weist ihm den Weg. Doch das klappt nicht
immer, denn nach zehn Jahren bei Wind und Wetter ist manche Schraube
korrodiert und lässt sich mit mehr lösen. Dank maschinellem Lernen erkennt
der Roboter frühzeitig, ob er mit dem Schraubendreher ans Ziel kommt oder
zur Fräse greifen muss.

»Er könnte natürlich auch sofort fräsen«, sagt Forscher Halt. »Aber das
ist nicht die optimale Strategie, weil dabei Metallspäne anfallen, die zu
einem Kurzschluss und letztlich zu einem Brand führen könnten.« Aber auch
für solche Fälle ist die Anlage gerüstet: Bricht ein Feuer aus, räumt ein
Schieber kurzerhand sämtliche Teile, die auf dem Arbeitstisch liegen, in
ein Löschbad.

Erster Demonstrator schon diesen Herbst

Wie bei den Schrauben steckt auch anderswo der Teufel im Detail. Halt und
sein Team mussten zahlreiche Probleme lösen und neue Werkzeuge entwickeln.
So dient eine Art Dosenöffner dazu, Dichtungen zu lösen. Und für das
Herausheben der einzelnen Batteriezellen, die verklebt sind, haben die
beteiligten Fachleute eine Art Mini-Wagenheber entwickelt.
Einfallsreichtum erfordert auch das Hantieren mit Kabeln und Steckern, die
sich nur schwer greifen lassen.

Das Forschungsprojekt DeMoBat, das insgesamt drei Jahre läuft, hat gerade
Halbzeit. Die Zwischenbilanz ist vielversprechend: Schon diesen Herbst
soll ein erster Demonstrator zu sehen sein. »Künftig möchten wir auch
Lösungen entwickeln, die es ermöglichen die zurückgewonnen und noch
intakten Bestandteile einer Batterie für einen weiteren Lebenszyklus
aufzubereiten und wieder zu einem neuen System zusammenzuführen«, kündigt
Projektleiter Max Weeber an.

Fettzellen sind viel mehr als ein Kalorienspeicher für schlechte Zeiten.
DZHK-Wissenschaftler Alexander Bartelt erforscht, welche Rolle gesunde
Fettzellen für den Stoffwechsel spielen und was passiert, wenn sie
aggressiv werden, zum Beispiel weil sie durch zu viel Essen und zu wenig
Bewegung „volllaufen“. Für seine Forschungsarbeiten zur Fettzellbiologie
erhält der junge Professor von der Ludwig-Maximilians-Universität München
(LMU) morgen auf dem Adipositas-Kongress 2021 den Forschungspreis der
Deutschen Adipositas-Gesellschaft.

Mit dem Preis zeichnet die Deutsche Adipositas-Gesellschaft (DAG) e.V.
jedes Jahr Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler für herausragende
Arbeiten im Bereich der Adipositas-Forschung aus. Die Preisträger müssen
40 Jahre oder jünger sein.

Schützende Wirkung entdeckt

Alexander Bartelt erforscht, wie Fettzellen wachsen, wieder schrumpfen und
dabei „glücklich“ bleiben. Während eines Forschungsaufenthalts in den USA
machte er eine interessante Entdeckung: Ein bis dahin unbekannter
Mechanismus sorgt dafür, dass sich Fettzellen ständig von innen
regenerieren, was Entzündungen und Fehlfunktionen vorbeugt.
Stoffwechselexperte Bartelt verspricht sich von der schützenden Wirkung
neue Therapieansätze für das sogenannte metabolische Syndrom: Bei der
Wohlstandskrankheit treten Risikofaktoren wie Übergewicht, Bluthochdruck
und hohe Blutzucker- und Blutfettwerte gemeinsam auf und gefährden Herz
und Gefäße.

Fettleibigkeit, Diabetes und Atherosklerose besser behandeln

„Stoffwechselforschung ist ein hochaktuelles und sehr wichtiges Thema,
denn in unserer Gesellschaft gibt es immer mehr Menschen mit Übergewicht.
Während der bewegungsarmen Monate der Pandemie haben die Deutschen sogar
noch mal deutlich an Gewicht zugelegt“, so Bartelt. In seiner Forschung
hat er den Fokus auf den Genschalter Nfe2l1 gelegt: „Nfe2l1 steuert den
Abbau von Proteinmüll. Er ist offenbar ein Schlüsselfaktor, wenn es darum
geht, die Abfallprodukte des Stoffwechsels zu recyceln und so zu
verhindern, dass Zellen gestresst sind – sei es in Muskelzellen, in Zellen
des braunen Fettgewebes oder im Herzen“, erklärt der Forscher.

Seit 2018 leitet Bartelt eine Nachwuchsgruppe, die zur Stressbewältigung
im Herzen forscht und vom Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung
(DZHK) gefördert wird. Der Biochemiker und Molekularbiologe sucht nach
Schlüsselmechanismen im menschlichen Stoffwechsel, um Krankheiten wie
Fettleibigkeit, Diabetes und Atherosklerose besser behandeln zu können.
Ein gestörter Stoffwechsel steht außerdem oft am Anfang von Herz-
Kreislauf-Erkrankungen.

Zur Person: Alexander Bartelt ist Professor für kardiovaskulären
Stoffwechsel am Institut für Epidemiologie und Prophylaxe der
Kreislaufkrankheiten der LMU. Seine Arbeiten werden von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft, vom DZHK und vom Europäischen Forschungsrat (ERC)
gefördert. Für seine Forschung wurde er vielfach national und
international ausgezeichnet. 2020 veröffentlichte er ein
populärwissenschaftliches Buch mit dem Titel „Der Fettversteher“, das es
in die Spiegel-Bestsellerliste schaffte.

Preisverleihung Forschungspreis der Deutschen Adipositas-Gesellschaft

Der Forschungspreis der DAG wird am 5. November 2021 am Vormittag auf dem
Adipositas-Kongress 2021 in Wiesbaden verliehen. https://adipositas-
gesellschaft.de/auszeichnungen/forschungspreis-der-dag/

Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Alexander Bartelt, Klinikum der Universität München, Institut
für Prophylaxe und Epidemiologie der Kreislaufkrankheiten,
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