Hans-Jürgen Warnecke Innovationspreis 2013

Nur wer innovativ ist, neue Verfahren, Produkte und Organisationsformen entwickelt und auf den Weg bringt, kann nachhaltig auf dem Markt bestehen. Innovationen sichern die Wettbewerbs- und Leistungsfähigkeit von Unternehmen und sind wichtige Impulsgeber für die Weiterentwicklung in der Forschung.

Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA sieht seine Kernaufgabe darin, Innovationen mit Forschungs- und Entwicklungsprojekten erfolgreich mit und für seine Kunden zu platzieren. Um den Prozess von der Ideenfindung bis zur Umsetzung und Durchsetzung zu fördern und Anreize zu liefern, lobt das IPA seit 1993 intern jedes Jahr drei Innovationspreise aus.

Seit 2012 Jahr unter dem Namen und der Schirmherrschaft des ehemaligen Fraunhofer-Präsidenten und IPA-Institutsleiters Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. mult. Dr. h.c. mult. Dr.-Ing. E.h. Hans-Jürgen Warnecke. Die Auszeichnungen wurden am 18. Oktober 2013 im Rahmen des Innovations- und Gründertags vergeben. Aktuelle Highlights der Forschung am Fraunhofer IPA standen ebenso auf der Agenda wie Best-Practice-Beispiele zur wirtschaftlichen Verwertung, ergänzt durch Kurzvorträge aus den IPA-Fachabteilungen zu neuen Themen und Innovationsideen.

Der Jury standen aus den eingereichten Bewerbungen sechs nominierte und präsentierte Entwicklungen zur Auswahl. Die Institutsleiter Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Alexander Verl und Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl sowie die externen Juroren Dr. Jochen Schließer, Festo AG & Co. KG, Dr. Wolfgang Rauh, VITA Zahnfabrik H. Rauter GmbH & Co. KG und Dr. Norbert Leopold , HWP Planungsgesellschaft mbH, orientierten sich bei der Vergabe der Auszeichnungen unter anderem an den Kriterien »Kundennutzen«, »Kreativität« und »methodisch-wissenschaftlicher Ansatz«.

1. Preis

Elastopolymere Venenklappenprothesen mittels 3D-Tröpfchendosiertechnik, entwickelt von Dr. Oliver Schwarz, Miroslav Miklosovic und Christian Schneider, wurden mit einem ersten Preis ausgezeichnet.

Schließen Herzklappen nicht richtig, werden sie ersetzt. Versagen hingegen Venenklappen, behandeln Ärzte dies bislang ausschließlich medikamentös. Künftig soll ein Implantat die Funktion des beschädigten Ventils übernehmen. Mit einem neuartigen Dosierwerkzeug lassen sich die Prothesen automatisiert fertigen. Die vom Wissenschaftlerteam um Dr. Oliver Schwarz entwickelte 3D-Tröpfchen Dosierkinematik ermöglicht es, auf 25µm genau, verschiedene Polymer-Shorehärten auf Freiformflächen miteinander zu kombinieren und weiche 3D-modellierbare Übergänge der Materialeigenschaften zu bewirken.

Die IPA -Forscher entwickelten in enger Zusammenarbeit mit vier Industriepartnern und dem Helmholtz-Institut für Biomedizinische Technik RWTH Aachen eine Produktionsanlage, mit der sich Venenklappenprothesen aus dem Kunststoff Polycarbonaturethan (PCU) automatisiert herstellen lassen. Herzstück der Anlage ist ein 3D-Tröpfchendosierwerkzeug, mit dem die Forscher verschiedene Härtegrade eines Polymers, Shore-Härten, präzise auf Freiformflächen aufbringen und kombinieren können.

Neue Wege in der Lackierung durch verlustfreies Beschichten brachten für Dr. Oliver Tiedje, Wolfgang Niemeier und Abteilungsleiter Dr. Michael Hilt einen weiteren gleichberechtigten ersten Platz.

Spritzlackierprozesse erzeugen immer Materialverluste in Form von Lacknebel, der nicht auf dem zu lackierenden Objekt abgeschieden wird, dem sogenannten Overspray. An dieser Stelle setzt das IPA-Team an: Bei dem prämierten Lackierverfahren werden gezielt Tropfen definierter Größe erzeugt, die zielgenau appliziert werden. Damit kann Energie eingespart und der Materialverbrauch reduziert werden, und es können nichtwertschöpfende manuelle Arbeiten, z.B. bei der Maskierung für Mehrfarbenlackierungen, vermieden werden. Der Lack wird nicht mehr in der Lackierpistole zerstäubt, d.h. in Tropfen unbekannter Größe und Richtung zerteilt. Vielmehr werden durch die sehr kurze Öffnungszeit der neu entwickelten Düse definierte Lacktropfen erzeugt. Der Nutzen der Innovation liegt vor allem in der Ressourcen-Effizienz. Die aufwändigen Maßnahmen zur Entfernung des Lacknebels können deutlich reduziert werden, es wird Lackmaterial eingespart, und durch den entfallenden Overspray ist eine Entsorgung von Lackschlamm nicht mehr erforderlich.

3. Preis

Der dritte Preis ging an das Projekt RIBOLUTION – Identifizierung neuartiger RNA-basierter Biomarker für die molekulare personalisierte Diagnostik. Das IPA-Team bestand aus Christopher Laske, Mario Bott, Andreas Traube, Klaus Fischer, Holger Saal, Christoph Fischer und Benjamin Schulz.

Das Fraunhofer RIBOLUTION-Konsortium hat eine umfassende dreistufige Screening-Pipeline zur systematischen Erforschung von RNA-Biomarkern entwickelt. Die Entwicklungspipeline adressiert alle Anforderungen an eine erfolgreiche Etablierung des Biomarkers am Markt: Validierung, Qualitätssicherung, Entwicklungskosten und -zeit sind hierbei von herausragender Bedeutung. Die interdisziplinäre Vernetzung von Biologen des Fraunhofer Institutszentrums und Ingenieuren des Fraunhofer IPA in RIBOLUTION hat es ermöglicht, mit Hilfe einer high-throughput Analytik im Nanolitermaßstab die Prozessvolumina und somit auch Kosten im Vergleich zu konventionellen Methoden drastisch zu reduzieren (ca. 90%). Die Miniaturisierung der Prozesse ermöglicht eine starke Parallelisierung (es können 1536 Proben parallel verarbeitet werden) und Flexibilisierung für den Forscher und Kunden auf kompaktem Raum. RIBOLUTION setzt bei der Integration und Vernetzung der Geräte konsequent auf die Verwendung SiLA kompatibler Geräte und Gerätetreiber (SiLA: Standardization in Laboratory Automation). SiLA ermöglicht durch eine standardisierte Kommunikationsschnittstelle die schnelle und einfache Vernetzung von Anlagenkomponenten. Dies eröffnet weitreichende Innovationsräume für zukünftige Automatisierungslösungen.

Und drei weitere gute Ideen aus dem Fraunhofer IPA

Die drei weiteren Projekte, die für den Hans-Jürgen Warnecke Innovationspreis 2013 nominiert und vorgestellt wurden, stammten aus den Bereichen Nanotechnologie und Robotik.

Green Carbon für den Leichtbau wurde von Dr. Christopher Hubrich, Carsten Glanz, Ivica Kolaric erforscht.

Die im Leichtbau geforderten mechanischen Eigenschaften können nur mit Verbundmaterialien erreicht werden. Die Nanotechnologie als Schlüsseltechnologie der kommenden Jahrzehnte bietet die Möglichkeit, gewünschte Materialeigenschaften für den Anwendungsfall maßzuschneidern, ohne die Verwendung von Speziallegierungen. Insbesondere Kohlenstoffnanopartikeln wird dafür aufgrund ihrer herausragenden mechanischen Eigenschaften bei zugleich geringer Dichte eine hohe Bedeutung für Verbundmaterialien prognostiziert. Das IPA-Projektteam hat Prozesstechnologien entwickelt um Kohlenstoffnanopartikel und Metalle zu Verbundmaterialien zu verbinden. Mit diesen Technologien konnten bereits Eigenschaftsverbesserungen auf Rekordniveau erreicht werden. Das Team arbeitet nun daran, diese Technologien weiter zu verbessern um Endanwender-Kunden aus weiteren Industriebereichen, vor allem aus dem Automotivebereich diese Verbundmaterialien als gleichwertige Alternative zu metallischen Hochleistungslegierungen anzubieten.

rob@work3: Der Inkubator für die industrielle Servicerobotik ist das Projekt von Alexander Bubeck, Christian Connette, Maik Siee, Theo Jacobs, Benjamin Maidel und Kai Pfeiffer.

Es besteht eine große Kluft zwischen Forschungsrobotern und den in der Industrie angewandten Automatisierungssystemen. Grund dafür sind hochpreisige und im industriellen Umfeld wenig robuste Komponenten sowie der aufwendige und teure Technologietransfer in funktionierende Systeme. Mit dem »rob@work3« haben die Forscher des Fraunhofer IPA einen vielseitigen mobilen Roboter entwickelt, der alle »state of the art«-Technologien der Servicerobotik in einem beinhaltet. Dadurch lassen sich der Entwicklungsaufwand für Serviceroboter-Anwendungen sowie die Zeit bis zur Marktreife drastisch senken, ohne dabei auf die erforderliche Robustheit und Laufzeit für die industrielle Anwendung zu verzichten. Einsetzbar ist »rob@work3« u. a. in den Bereichen Montage, Fertigung und Intralogistik.

Die Automatisierte Entgratung – ein flexibles System für effiziente Turbinenfertigung ist von Manuel Drust, Alexander Kuss und Thomas Dietz entwickelt worden.

Schneller und gleichmäßiger entgratet: Kennzeichnend für die Produktion im Großmaschinenbau sind sehr individuelle Bauteile. Daher spielen hier die Automatisierung und die Adaption von Lageungenauigkeiten im Prozess eine bedeutende Rolle. Aufgrund fehlender Alternativen wurde die Entgratung von Turbinenteilen bisher manuell durchgeführt. Am Fraunhofer IPA haben Forscher ein flexibles roboterbasiertes System entwickelt, um diesen Prozess zu automatisieren. Zum einen lassen sich durch die vollautomatische Programmerstellung insbesondere Durchlaufzeiten reduzieren und Kosten senken. Zum anderen wird die Positionstreue des robotergeführten Werkzeugs am Bauteil verbessert und damit die Qualität bei der Entgratung erhöht. Übertragbar ist das Verfahren auch auf ähnliche Prozesse, wie z. B. auf das Schweißen oder Kleben.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Christoph Schaeffer, MBA
Telefon +49 711 970-1212
christoph.schaeffer@ipa.fraunhofer.de