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Axialflussmaschinen (AFM) sind kompakt, effizient und zeichnen sich durch eine hohe Drehmomentdichte aus, setzen jedoch fast ausschließlich auf Seltenerdmagnete (SE-Magnete), was den Einsatz kostenintensiver, politisch abhängiger und zunehmend knapper werdender Ressourcen erfordert. Eine nachhaltige Alternative bietet die Radialfluss-Synchronreluktanzmaschine (RF-SynRM), die durch ihre Robustheit und Überlastfähigkeit überzeugt, jedoch Abstriche bei Bauraum und Drehmomentdichte machen muss. Daher wird in diesem Projekt das Konzept einer Axialfluss-Synchronreluktanzmaschine (AF-SynRM) zur seltenerdfreien Realisierung eines kompakten und effizienten Traktionsantriebs mit gleichzeitig hoher Drehmomentdichte detailliert erforscht. AFMs sind derzeit jedoch durch geringe Stückzahlen und unbekannte Fertigungsverfahren sowie durch besondere Anforderungen an Toleranzen und Designprozesse geprägt. Im Projekt wird deshalb eine integrierte Betrachtung folgender Schwerpunkte verfolgt:

• Multi-Domänen-Maschinendesign (IEW)

• Neuartige Fertigungsverfahren (FAPS)

• Datenbasierte Toleranzkettenoptimierung (PEM)

Die simulative Auslegung des Maschinendesigns sowie die Eignung der Fertigungsverfahren soll durch den Aufbau von Teildemonstratoren validiert werden. Die AF-SynRM verspricht wirtschaftliche Vorteile, insbesondere für KMU, da sie stabile Produktionskosten ermöglicht und die Abhängigkeit von volatilen SE-Magnetpreisen reduziert. Weiterhin verringert ein magnetfreier Motor die Materialkosten um bis zu 50 %, wodurch die Wettbewerbsfähigkeit von KMU gestärkt und die Markteintrittsbarrieren gesenkt werden. Zudem bieten sich ökologische Vorteile, da der Abbau von Seltenen Erden umweltschädlich ist. Der Druck nachhaltige Lösungen zu entwickeln, um CO₂-Emissionen zu reduzieren und gesetzliche Vorgaben zu erfüllen, wächst stetig. Frühzeitige Investitionen in magnetfreie Technologien sichern KMU einen Innovationsvorsprung und eröffnen Chancen in wachstumsstarken Märkten wie der Elektromobilität.

Bestehend aus 25 geförderten Partnern aus Industrie, Mittelstand und Wissenschaft – ergänzt durch assoziierte Partner aus Forschung und Wirtschaft – ist ReDriveS eines der nationalen Leuchtturmprojekte im BMWE-Fachprogramm „DNS der zukunftsfähigen Mobilität – Digital, Nachhaltig, Systemfähig“. ReDriveS hat ein Projektvolumen von mehr als 25 Mio. € bei über 16 Mio. € Gesamtförderung.

Das Vorhaben zielt darauf ab, ökonomisch tragfähige und ökologisch vorteilhafte Kreislaufwirtschaftslösungen für elektrische Achsantriebe zu entwickeln. Durch automatisierte Demontageprozesse, innovative Recyclingverfahren für Seltene-Erden-Magnete und den Einsatz digitaler Zwillinge werden branchenübergreifende Grundlagen für eine nachhaltige Elektromobilität geschaffen.

ReDriveS adressiert drei zentrale Leitthemen der Mobilitätswende: Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Systemfähigkeit.

Im Fokus stehen dabei:

• die Entwicklung automatisierter, robotergeführter Demontagesysteme für elektrische Achsantriebe,
• Recyclingprozesse für Seltene-Erden-Magnete (NdFeB) und andere strategische Materialien, sowie
• der Aufbau eines digitalen Ökosystems mit digitalen Zwillingen für herstellerübergreifende Datennutzung.

Das Projekt trägt maßgeblich zur Resilienz der Wertschöpfungskette in der Elektromobilität bei und leistet einen wichtigen Beitrag dazu, künftige Recyclingquoten zu erfüllen und den CO₂-Footprint von Elektrofahrzeugen in Deutschland und Europa zu reduzieren.

Koordiniert wird das Projekt von der Schaeffler AG. Das Projekt läuft über 36 Monate und wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) gefördert. Die Projektträgerschaft übernimmt die TÜV Rheinland Forschungs- und Innovationsmanagement GmbH.

Mit seiner Kombination aus Automatisierung, Digitalisierung und Kreislaufwirtschaft steht ReDriveS exemplarisch für die Transformation der deutschen Automobilindustrie hin zu nachhaltigen, datengetriebenen und ressourceneffizienten Produktionssystemen. Die Ergebnisse des Projekts sollen nach Abschluss in industrielle Anwendungen überführt und als Branchenlösung für OEMs, Zulieferer und Recycler nutzbar gemacht werden.

Beteiligt am Projekt ReDriveS sind unter anderem Schaeffler AG, AVL Software and Functions GmbH, Circu Li-Ion, EKS InTec GmbH, FEV, FFT Produktionssysteme, Fraunhofer IPA, Fraunhofer LBF, Hochschule Pforzheim, LPKF Laser & Electronics SE, Lehrstuhl FAPS der FAU Erlangen-Nürnberg, msg for automotive, Öko-Institut, Robert Bosch GmbH, The Battery Lifecycle Company GmbH (BLC), TU Bergakademie Freiberg, TU Clausthal – IEVB, TU Clausthal – IGMR, Volkswagen AG.

Mission Kernfusion Bayern
Kernfusion erreicht weltweit eine Phase, in der Forschungsergebnisse systematisch in Technologieentwicklung und Industrialisierung überführt werden müssen. Die physikalischen Grundlagen für selbsterhaltende Fusionsplasmen sind in internationalen Programmen breit untersucht. Deutschland verfügt hierfür über eine starke Ausgangsbasis, insbesondere durch langjährige Plasmaphysik Expertise und Großforschungsanlagen wie Wendelstein 7X. Parallel beschleunigt der Eintritt privat finanzierter Fusionsunternehmen den internationalen Wettbewerb und erhöht den Umsetzungsdruck.
Bayern schafft mit Initiativen wie Mission Kernfusion sowie der engen Verzahnung von universitärer Forschung, Industrie und Start ups gezielt Strukturen für Technologietransfer und Transformation. Die FAU bündelt Kompetenzen in Fertigungssystematik, Werkstoffentwicklung, Automatisierung, Energiesystemtechnik und digitaler Fabrikplanung. Siemens Energy und Framatome ergänzen dies durch Erfahrung in Energieumwandlung, nuklearer Sicherheit, Großanlagenengineering und Genehmigungsprozessen.
Damit entsteht ein leistungsfähiges Ökosystem, das wissenschaftliche Exzellenz mit industrieller Umsetzung verbindet. Der Schwerpunkt verschiebt sich von der reinen Machbarkeitsfrage hin zur Entwicklung eines zuverlässigen, wirtschaftlichen und genehmigungsfähigen Fusionskraftwerks.

Abbildung 1: Die komplexen Magnetspulen der Stellarator Fusionsreaktoren sind bewickelt mit empfindlichen Supraleitern unter Einhaltung enger Toleranzen.

Wirtschaftlichkeit und Skalierbarkeit

Die physikalische Machbarkeit ist weitgehend nachgewiesen, doch zentrale ingenieurtechnische Herausforderungen sind noch ungelöst. Für ein industriell funktionierendes Fusionskraftwerk braucht es belastbare Lösungen in u.A. folgenden Bereichen:

• extreme Wärmeflüsse und Transienten an Divertor und First Wall bei gleichzeitigem Neutronenbeschuss, inklusive zuverlässiger Kühlung
• neutronenfeste Werkstoffe und belastbare Lebensdauer Nachweise für Struktur und Funktionsmaterialien
• Tritium Brutblanket und geschlossener Brennstoffkreislauf mit sicherer Gewinnung, Bilanzierung und Handhabung
• supraleitende Hochfeldmagnete (Abbildung 1) mit Quenchschutz, Kryotechnik, Montage und reproduzierbarer Qualitätssicherung
• digitale, rückführbare Fabrikkonzepte und qualitätssichere Produktionsketten für Pilot- und spätere Serienfertigung
• sichere, effiziente Energieumwandlung und Netzintegration
• skalierbare Laser- und Pellet-Technologien im Fall trägheitsbasierter Konzepte

Parallel verkürzt sich der Zeitrahmen zur Realisierung eines ersten Kraftwerks, während staatliche Programme und private Initiativen häufig noch nicht ausreichend verzahnt sind. Zugleich steigt der ökonomische Druck durch weiter sinkende Kosten erneuerbarer Energien und Speicher. Der kritische Engpass liegt im Übergang von Forschung zu integrierter Umsetzung in Engineering, Fertigung und Betrieb. Ohne diese Durchgängigkeit drohen Wissensbrüche, Doppelarbeit und Verzögerungen auf dem Weg zum Kraftwerksziel.

Fusion Factory Bavaria

Die Fusion Factory Bavaria schließt die Lücke zwischen Forschung und industrieller Umsetzung, indem sie wissenschaftliche Ergebnisse in skalierbare Technologien überführt und zugleich Industrieanforderungen, Sicherheit, Betrieb und Wirtschaftlichkeit berücksichtigt. Sie fungiert als offenes Innovationsökosystem, in dem Forschungseinrichtungen, Industrie, Start-ups und öffentliche Partner gemeinsam Schlüsseltechnologien entwickeln, etwa automatisierte Magnetfertigung, neue Hochleistungswerkstoffe, robotergestützte Montage und Inspektionsprozesse, digitale Zwillinge und echtzeitfähige Regelungssysteme.

Das Kernprinzip „vom Kraftwerk her denken“: Betriebsparameter, Zulassung, Wartung und Fertigung werden von Beginn an in das Design integriert. Dadurch entsteht ein koevolutionärer Entwicklungsprozess zwischen Physik und Technik, der spätere Anpassungszyklen reduziert und den Weg zur industriellen Reife beschleunigt.

Die Fusion Factory Bavaria soll am FAU-Standort AufAEG in Nürnberg aufgebaut werden. Die dortige Forschungs- und Industrieumgebung ermöglicht direkte Verzahnung von Laborinfrastruktur, Pilotfertigung und regionalen Technologieträgern.

Das Modell basiert auf einer langfristigen öffentlich-privaten Partnerschaft mit Forschungsbeirat, gemeinsamer Infrastruktur und Verbundprojekten. Eine Anschubfinanzierung des Freistaats Bayern und Beiträge der Partner sichern den Start; ein spezialisierter Studiengang
unterstützt den Aufbau qualifizierten Personals.

Damit entsteht ein zentraler Standort für Transfer, Industrialisierung und technische Exzellenz. Fusion wird konsequent als integriertes Kraftwerks- und Produktionssystem gedacht, mit dem Ziel, die Entwicklung eines ersten industriell nutzbaren Fusionskraftwerks in Deutschland
beschleunigt und realistisch umzusetzen.

Heute und mit Ihrer Unterstützung

Aktuell sammeln wir Letters of Intent LOIs, um das Markt und Partnerinteresse am Vorhaben nachvollziehbar zu dokumentieren und potenzielle Industriepartner sowie Investoren gezielt anzusprechen. Die LOIs sind zudem eine wichtige Grundlage für die nächsten Abstimmungen und Verhandlungen mit Förderern und weiteren Stakeholdern. Wir freuen uns über Ihren LOI.

• Grobkonzept_Fusion-Factory.pdf
• LOI_Fusion-Factory.pdf
• Modell_Fusion-Factory.pdf

Weiterführende Links

• BMFTR – Aktionsplan für das weltweit erste Fusionskraftwerk in Deutschland
• BayStMWK – Mission Kernfusion

Ein wesentlicher Ansatz im Projekt E|Form ist es, die Fertigung von Elektromotoren mit Formspulentechnik zu automatisieren. Im Rahmen der Produktion von Antrieben für den schienengebundenen Verkehr sind auf Grund von geringen Stückzahlen viele händisch durchgeführte Arbeitsschritte gängiger Standard. Durch den Einsatz von Sensorik und Aktorik sowie speziell auf den Montageprozess ausgelegten Vorrichtungen soll ein insgesamt dreistufiges Montageumfeld geschaffen werden. Mit dessen Hilfe ist eine signifikante Reduktion der Montagezeit möglich, da die Hauptmontage der vorgewickelten Spulen nicht sequentiell und händisch, sondern allumfassend automatisiert erfolgt.

Das Forschungsprojekt FAR adressiert die Entwicklung von hochautomatisierten und serientauglichen Fertigungsprozessen zur Herstellung von Radnabenmotoren für elektrische Kfz und Nfz im Hinblick auf den Großserieneinsatz. Die Verbundpartner DeepDrive GmbH und der Lehrstuhl FAPS setzen hierzu auf die patentierte Motortechnologie von DeepDrive, um anhand dessen die einsetzbaren Fertigungsprozesse eines Radnabenantriebs zu untersuchen, zu bewerten, weiterzuentwickeln sowie auf Serienreife hin zu optimieren. Die hohe Effizienz der Motortechnologie von DeepDrive ermöglicht bei Elektrofahrzeugen eine Reichweitensteigerung von bis zu 20 % gegenüber heute verwendeten, zentralen Antriebslösungen. Gleichzeitig soll durch die ressourceneffiziente Bauweise und den Wegfall eines Getriebes erstmals erreicht werden, Radnabenantriebe kostengünstiger darzustellen als zentrale Antriebslösungen. Die entwickelten Fertigungsprozesse sind sowohl für Hochvolt- als auch Niedervoltanwendungen anwendbar und sollen zur Schaffung eines neuen Benchmarks in der Radnabentechnologie beitragen.

Obwohl das Anwendungsspektrum der Bildverarbeitung seit Jahren wächst, ist bis heute nur ein Teil der industriellen Sichtprüfungsaufgaben automatisiert. Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) bergen das Potential, künftig auch schwierige, bislang manuell durchgeführte Sichtprüfungsaufgaben zu automatisieren. Da klassische Deep-Learning-(DL)-Verfahren eine große Menge an Trainingsdaten erfordern, sind sie bei Prüfobjekten mit hoher Varianz und kleinen Losgrößen kaum anwendbar. Ferner sind gängige DL-Architekturen auf die Auswertung einzelner Bildperspektiven beschränkt, aufgrund ihres Blackbox-Charakters nur bedingt erklärbar und ohne Möglichkeit, bestehendes Fakten- und Regelwissen einzubeziehen. Demnach ist es das Ziel des vorliegenden Forschungsprojekts, den genannten Herausforderungen durch die Entwicklung einer hybriden, dateneffizienten KI-Lösung zu begegnen, welche es ermöglichen soll, künftig auch Montagebaugruppen mit hoher Variantenvielfalt automatisch zu inspizieren.

ProKI-Nürnberg ist eines von insgesamt acht deutschlandweit agierenden ProKI-Zentren des ProKI-Netzes. Das ProKI-Netz dient Unternehmen, insb. KMU, als zentrale Anlaufstelle für die Weiterbildung und Beratung rund um den Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Produktion. Der Fokus des Nürnberger ProKI-Zentrums liegt auf KI-Anwendungsfällen in der Fügetechnik, insbesondere im Bereich der Elektronikproduktion und des Elektromaschinenbaus.
Weitere Infos zu aktuellen Veranstaltungen und Ansprechpartnern finden sich unter: www.proki-nuernberg.de

Rund 100.000 Beschäftigte in der Europäischen Metropolregion Nürnberg (EMN) arbeiten bei Zulieferunternehmen der Fahrzeugindustrie. Viele der Arbeitsplätze sind vom Verbrenner abhängig und durch die Transformation der Branche gefährdet. Das Großprojekt transform_EMN mit einem Volumen von rund 6,6 Millionen Euro unterstützt Unternehmen unter anderem bei der Entwicklung neuer Geschäftsideen und dem notwendigen Technologietransfer.

Der Lehrstuhl FAPS übernimmt den Aufbau und Betrieb der Innovationsplattform „Transformationsgerechte Produktion – Sustainable and Digital Manufacturing“. Teilnehmende KMUs der Automotive- und Zulieferindustrie erhalten hierbei die Möglichkeit, Technologien für eine digitale, energieeffiziente und klimaschonende Produktion zu testen, diese gemeinsam mit WissenschaftlerInnen der beteiligten Forschungseinrichtung weiterzuentwickeln sowie gewonnene Produktionsfähigkeiten zu demonstrieren. Aus diesen Erfahrungen heraus entwickelt und verbreitet der Lehrstuhl vielfältige Qualifizierungsangebote und Beratungsmaßnahmen.

Im Kontext der Digitalisierung der Produktion erarbeitet der Lehrstuhl bedarfsgerechte Lösungen für die lokale Zulieferindustrie. Damit ein kosteneffizienter und niedrigschwelliger Einstieg gelingen kann, soll im besonderen Maße die Nutzung von Open-Source-Software und moderner Cloud-Technologien forciert werden. Inhaltlicher Fokus bildet einerseits die Ableitung geeigneter Datenmodelle, die Untersuchung modernster Kommunikationstechnologien sowie die Demonstration von Methoden der künstlichen Intelligenz. Im Rahmen der systematischen Intelligenzsteigerung erfolgt die Demonstration der gewonnenen Erkenntnisse an innovativen Fertigungsanlagen in der Praxis.

Die zweite Themenvertiefung ist die Umstellung auf eine nachhaltige und CO2-neutrale Produktion. Dabei spielt die Auslegung nachhaltiger und intelligenter Energieverteilungsarchitekturen für Produktionsstandorte sowie die Integration dezentraler, regenerativer Erzeuger und Speicher sowohl aus Hardwareperspektive als auch die intelligente Kopplung und Überführung in ein Industrie 4.0-gerechtes Energiemanagement eine wesentliche Rolle. Als besonderes Lösungskonzept sind effiziente Gleichstromnetze zu nennen.

Steigende Preise und Verfügbarkeitsunsicherheiten von Industrierohstoffen gefährden die Produktion innovativer Produkte und damit die Klimaziele der Europäischen Union. Von einer besonders großen Bedeutung sind dabei die schwer ersetzbaren sogenannten Seltenen Erden (Rare Earth Elements, REE), welche beispielsweise in der Produktion von Halbleitern oder Permanentmagneten und damit unter anderem in der Fertigung von Elektromotoren eingesetzt werden. Der Import dieser Metalle erfolgt überwiegend aus der VR China, was angesichts vergangener und aktueller Exportrestriktionen ein Risiko für die Versorgungssicherheit der europäischen Industrie darstellt. Die Reduktion der Importabhängigkeit im Bereich der Seltenen Erden, beispielsweise durch die Schaffung eines innereuropäischen Recyclingkreislaufs, ist somit im großen Interesse der Europäischen Union. Forschungsprojekte haben bereits gezeigt, dass ein geschlossener Recyclingprozess im Bereich der auf Seltenen Erden basierenden Dauermagnete prinzipiell umsetzbar ist.

Im Rahmen des durch die EU geförderten Forschungsprojekts REEPRODUCE soll durch 15 Forschungs- und Technologieeinrichtungen aus acht europäischen Ländern unter der Beteiligung des FAPS die wirtschaftliche Separierung von hartmagnetischen Bestandteilen ausgehend von verschiedenen End-of-Life (EoL) Produkten ermöglicht werden. Das mit einer Summe von 10,1 Millionen Euro geförderte Projekt aus dem Horizon Europe Programm, welches von SINTEF (Norwegen) geleitet wird, soll weiterhin die Einsatzfähigkeit von Recyclingtechniken in einem industriellen Maßstab zeigen und den umwelttechnischen Einfluss des Recyclings von REE untersuchen. Damit wird die gesamte Wertschöpfungskette ausgehend von EoL-Produkten bis zur Herstellung neuer Permanentmagnete abgedeckt. Das Projekt trägt dazu bei die ambitionierten Klimaziele der EU bis 2030 erreichen, während die Konkurrenzfähigkeit des europäischen Industrierohstoffsektors gestärkt wird.

Unter Einsatz fortgeschrittener Sensorik, Aktorik und Methoden der Künstlichen Intelligenz (KI) werden Roboter immer mehr zu lernenden Systemen, die mit dem Menschen interagieren, Entscheidungen treffen und immer komplexer werdende Aufgaben übernehmen. Infolgedessen eröffnen sich neue Einsatzpotentiale, die über die klassischen Anwendungsgebiete von Industrierobotern hinausgehen. Gerade die Herstellung von elektrischen Maschinen, egal ob Elektromotoren, Generatoren oder Transformatoren, ist aufgrund formlabiler Materialien und Bauteile nach wie vor von manuellen Montagetätigkeiten geprägt. Aufgrund des hohen hiesigen Lohnniveaus werden Prozesse, die die Handhabung formlabiler Isolations- und Drahtmaterialien bedingen, zusehends ins Ausland verlegt. Dieser Trend ist insbesondere bei mittelständischen Produzenten, die einen Großteil ihres Umsatzes mit der Herstellung kundenspezifischer Maschinen in kleinen bis mittleren Stückzahlen erzielen, feststellbar. Ziel des Forschungsprojekts ProDRIMo ist es daher, innovative Systemlösungen zur roboterbasierten Montage von formlabilen Isolations- und Drahtmaterialien zu erforschen und dadurch zur Automatisierung bislang manueller Prozesse in der Herstellung elektrischer Maschinen beizutragen. Die maßgeblichen technologischen Befähiger stellen neuartige taktile und optische Sensoren, performante Hardware, mechatronische Endeffektoren sowie KI-gestützte Methoden zur Perzeption und Regelung dar. Stellvertretend für sämtliche Hersteller elektrischer Maschinen werden die erforschten Systemmodule anhand zweier konkreter Anwendungsbeispiele erprobt und perspektivisch auch auf weitere Bereiche der Elektroindustrie transferiert.