Auto/Motor

Rund 270.000 Menschen erleiden in Deutschland pro Jahr einen Schlaganfall.
Jeder fünfte Betroffene stirbt innerhalb der ersten Wochen an den Folgen.
Um einem Schlaganfall vorzubeugen, ist es wichtig, die Symptome frühzeitig
zu erkennen. Wie wäre es, wenn sich die drohende Herz-Kreislauf-Erkrankung
schon während der Autofahrt erfassen ließe? Daran forscht das Peter L.
Reichertz Institut für Medizinische Informatik (PLRI) der TU Braunschweig
und der Medizinischen Hochschule Hannover. Wie es möglich ist, aus dem
Fahrzeuginneren einen medizinisch-diagnostischen Raum zu machen, zeigen
die Forschenden ab 11. November auf der Medizintechnik-Fachmesse „Medica“
in Düsseldorf mit ihrem SmartCar.

Etwa 43 Minuten verbringen Menschen durchschnittlich pro Tag in einem
Fahrzeug. „Da liegt es nahe, auch medizinische Untersuchungen in unsere
tägliche Mobilität mit einzubinden“, sagt Professor Thomas Deserno vom
Peter L. Reichertz Institut für Medizinische Informatik (PLRI). „Die
Integration einer kontinuierlichen Gesundheitsüberwachung birgt großes
Potenzial, Krankheiten früher zu erkennen.“ Automotive Health, also die
Verknüpfung von Gesundheitsdiensten mit dem Auto, kann so beispielsweise
Diabetes, kritische Herzfrequenzen, sich anbahnende Herz-Kreislauf-
Erkrankungen oder Erschöpfung während der Fahrt erkennen. „Deshalb ist es
zwar neu und ungewöhnlich, ein Auto auf einer Medizintechnik-Messe
vorzustellen, aber auch nur folgerichtig, unser SmartCar als ein Produkt
für die Gesundheitsvorsorge zu präsentieren“, so Professor Deserno.
Gemeinsam mit dem Innovationen Institut aus Frankfurt/Main wird das PLRI
auf der „Medica“ in Düsseldorf das SmartCar vorstellen.

Sensoren im Lenkrad und Sicherheitsgurt

Doch wie genau funktioniert das Monitoring im Auto? Das SmartCar des PLRI
ist mit integrierten Sensoren für EKG, Herz- und Atemfrequenz
ausgestattet, die passiv und kontinuierlich die Gesundheit während der
Fahrt überwachen, ohne den Fahrenden zu beeinträchtigen. So sind im
Lenkrad Sensorsysteme integriert, die über die Hände ein EKG aufzeichnen.
Im Sicherheitsgurt werden die Herztöne erfasst. Eine Innenraumkamera nimmt
das Gesicht des Fahrenden ins Visier, um Herzschlagrate und Atemfrequenz
zu berechnen. Ein Temperatursensor im Autositz misst zusätzlich die
Körpertemperatur. Alle wichtigen Vitalparameter können so erfasst werden.
Die aufgenommenen Daten werden über eine Sensordatenfusion mit Hilfe eines
neuronalen Netzes zusammengeführt und analysiert.

Durch die Messungen über einen längeren Zeitraum kann ein individuelles
Profil der Patient*innen erstellt werden. Kleine, aber kontinuierliche
Änderungen in diesem persönlichen Gesundheitsprofil, wie zum Beispiel
häufigere oder längere Herzschlagunregelmäßigkeiten (Vorhofflimmern),
können so frühzeitig erkannt werden. Gut ein Drittel aller Schlaganfälle
werden durch Vorhofflimmern ausgelöst und könnten mit dem PLRI SmartCar
möglicherweise vermieden werden.

Der Vorteil der Messungen im Auto: Die Werte werden zu unterschiedlichen
Tageszeiten erhoben, die aber meist auch eine gewisse Regelmäßigkeit
aufweisen. Da ist zum Beispiel die Fahrt zur Arbeit und zurück oder auch
Einkaufsfahrten.

Das Auto als Diagnose-Raum

Geplant ist, am Abend der Fahrt eine Auswertung der Daten per E-Mail zu
erhalten und auf mögliche Auffälligkeiten hinzuweisen, die einen
Arztbesuch erforderlich machen. Die Autofahrer*innen sollen während der
Fahrt nicht durch ein Notfallsystem gestört oder abgelenkt werden.

„Uns geht es darum, tendenzielle Veränderungen und Auffälligkeiten
frühzeitig zu erkennen und damit präventiv zu wirken“, so Professor
Deserno. Ziel des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten
Projekts „Car as Diagnostic Space“ (CarDS) in Zusammenarbeit mit dem
Institut für Fahrzeugtechnik der TU Braunschweig ist es daher auch
herauszufinden, wie viel Prozent der Fahrzeit für eine zuverlässige
Herzfrequenzanalyse geeignet sind. Dadurch können die
Wissenschaftler*innen feststellen, ob es möglich ist, die Fahrzeit für
eine genaue Herzfrequenzanalyse zu nutzen.
Mit dem SmartCar zeigt das PLRI, wie die Gesundheitsüberwachung im Auto
das Risiko schwerer Herz-Kreislauf-Erkrankungen deutlich senken und
Fahrzeuge der Zukunft zu einem unverzichtbaren Bestandteil der präventiven
Gesundheitsförderung werden könnten.

Vortrag von Professor Thomas Deserno auf der “Medica” in Düsseldorf
„My car prevents strokes“
11. November, 12:25 Uhr
Halle 13 Stand E63

Der Stuttgarter Autobauer Mercedes-Benz eröffnet
in Kuppenheim am Montag seine erste Batterie-Recyclingfabrik. VDI-Direktor
Adrian Willig fordert mehr solcher Initiativen, um technologisch vorne zu
bleiben.

„Die Eröffnung der Batterie-Recyclingfabrik von Mercedes-Benz ist ein
wichtiger Meilenstein für die Kreislaufwirtschaft in Deutschland. Wir
brauchen deutlich mehr solcher nachhaltigen und lokalen Initiativen, damit
wir in Deutschland technologisch führend bleiben. Ein Wertstoffkreislauf
mit hoher Recyclingquote bei Batterien verringert die Abhängigkeit von
Rohstoffimporten und stärkt die Versorgungssicherheit. Das wirkt sich
positiv auf die Treibhausgasemissionen aus und bringt uns einen
entscheidenden Schritt in Richtung nachhaltige Mobilität.

Der VDI hat bereits in seiner Ökobilanzstudie aus 2023 betont, dass
E-Mobilität erst dann klimafreundlich ist, wenn die gesamte
Batterieproduktion und -verwertung ‚grün‘ wird. Recycling spielt dabei
eine zentrale Rolle. Jetzt wird es auf eine Skalierung auf einen
industriellen Maßstab ankommen.“

VDI als Gestalter der Zukunft
Mit unserer Community und unseren rund 130.000 Mitgliedern setzen wir, der
VDI e.V., Impulse für die Zukunft und bilden ein einzigartiges
multidisziplinäres Netzwerk, das richtungweisende Entwicklungen
mitgestaltet und prägt. Als bedeutender deutscher technischer Regelsetzer
bündeln wir Kompetenzen, um die Welt von morgen zu gestalten. und leisten
einen wichtigen Beitrag, um Fortschritt und Wohlstand zu sichern. Mit
Deutschlands größter Community für Ingenieurinnen und Ingenieure, unseren
Mitgliedern und unseren umfangreichen Angeboten, schaffen wir das Zuhause
aller technisch inspirierten Menschen. Dabei sind wir bundesweit, auf
regionaler und lokaler Ebene in Landesverbänden und Bezirksvereinen aktiv.
Das Fundament unserer täglichen Arbeit bilden unsere rund 10.000
ehrenamtlichen Expertinnen und Experten, die ihr Wissen und ihre
Erfahrungen einbringen.

Auf der internationalen Messe und Konferenz Hy-fcell, die am 8. und 9.
Oktober 2024 in Stuttgart stattfindet, zeigt das Fraunhofer-Institut für
Lasertechnik ILT den Expertinnen und Experten der Wasserstoff-Branche, wie
fortschrittliche Lasertechnologien dazu beitragen, den Weg für den
Durchbruch der Wasserstofftechnologie zu ebnen. Auf dem Stand 4E51 in
Halle 4 zeigt das Aachener Institut, welche Innovationen die steigende
Nachfrage nach Wasserstofftechnologie bedienen können und wie
Lasertechnologie die Effizienz erhöht, die Kosten senkt und die
Nachhaltigkeit der Brennstoffzellenproduktion verbessert.

Der Wasserstofftechnologie als Schlüssel für die Energiewende fehlt noch
ein entscheidender Schritt: ihre breite Anwendung. Vor allem die hohen
Kosten durch teure Materialien und aufwändige Fertigungsverfahren von
Brennstoffzellen und Elektrolyseuren bremsen den ersehnten Durchbruch.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT nimmt sich den
Herausforderungen an und arbeitet intensiv daran, kosteneffiziente und
skalierbare Lösungen zu entwickeln. Auf der Hy-fcell 2024 in Stuttgart
präsentiert das Aachener Institut in Halle 4, Stand 4E51 zukunftsweisende
Innovationen, die dazu beitragen, Produktionsverfahren erheblich
wirtschaftlicher und gleichzeitig nachhaltiger zu gestalten.

Laserbasierte Trocknung von Elektroden: Energieeffizienz, Geschwindigkeit
und Platzersparnis in der Brennstoffzellenproduktion

Mit der wachsenden Nachfrage nach Brennstoffzellen wird es immer
wichtiger, die Produktionsprozesse effizienter zu gestalten. Die Trocknung
der nass applizierten Elektrodenschichten für die Membran-Elektroden-
Einheit (MEA) in der Polymer-Elektrolyt-Membran (PEM)-Brennstoffzelle
bleibt dabei eine zentrale Herausforderung. Konventionell wird dieser
Prozess in großen Konvektionsöfen durchgeführt, die viel Energie
verbrauchen und beträchtlichen Platz in der Produktionshalle beanspruchen.

Das Fraunhofer ILT hat eine lasergestützte Trocknungstechnologie
entwickelt, die diese Probleme adressiert. Der Einsatz von Lasern, die die
Elektroden definiert belichten, verkürzt die Trocknungszeit von mehreren
Minuten auf wenige Sekunden. Diese drastische Reduktion der Trocknungszeit
ermöglicht eine deutliche Steigerung der Produktionsgeschwindigkeit,
insbesondere im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Darüber hinaus reduziert das
laserbasierte Verfahren den Energiebedarf im Vergleich zu herkömmlichen
gasbetriebenen Durchlauföfen. Zusätzlich benötigt das Lasersystem
wesentlich weniger Platz, was eine kompaktere und flexiblere
Produktionslinie ermöglicht.

»Die Entwicklung eines laserbasierten Rolle-zu-Rolle-Verfahrens für die
Produktion von Membran-Elektroden-Einheiten ist ein wichtiger Schritt, um
die Herstellungsprozesse von Brennstoffzellen effizienter zu gestalten.
Mit unserer lasergestützten Trocknungstechnologie setzen wir einen neuen
Standard, der nicht nur die Produktionsgeschwindigkeit erhöht, sondern
auch die Energieeffizienz und die Platznutzung optimiert«, erklärt
Manuella Guirgues von der Forschungsgruppe Dünnschichtverfahren am
Fraunhofer ILT.

Korrosionsschutzschichten für Bipolarplatten: Effizienzsteigerung und
Kostensenkung in der Brennstoffzellenfertigung

Insbesondere bei PEM-Brennstoffzellen, stellen die aggressiven chemischen
Bedingungen innerhalb der Brennstoffzelle die Produktion vor neue
Herausforderungen. Der Schutz der metallischen Bipolarplatten (BPP) vor
Korrosion ist nicht nur essenziell für die Lebensdauer der Zelle, sondern
auch für die Effizienz des gesamten Brennstoffzellen Stacks.

Die Beschichtung der BPP mittels chemischer oder physikalischer
Gasphasenabscheidung in Vakuumanlagen verursacht hohe Kosten und
verlangsamt die Produktion. Das Fraunhofer ILT arbeitet an einem
Verfahren, das eine Sprüh-Beschichtung mit einer Laserstrahlbearbeitung
kombiniert, um eine elektrisch leitfähige und korrosionsbeständige
Veredelung der metallischen Bipolarplatten zu erhalten – und das ohne
energieintensives Vakuumverfahren.

Dieser Ansatz ermöglicht nicht nur eine erhebliche Senkung der
Produktionskosten durch den Einsatz kostengünstiger Materialien, sondern
auch eine bessere Integration in kontinuierliche Fertigungsprozesse. Die
hohe Skalierbarkeit des Verfahrens trägt dazu bei, den wachsenden Markt
für PEM-Brennstoffzellen effizient zu bedienen.
Julius Funke von der Forschungsgruppe Hochtemperatur Funktionalisierung
betont: »Unsere laserbasierte Methode zur Herstellung von
Korrosionsschutzschichten bietet eine effiziente und kostengünstige
Alternative zu traditionellen Vakuumverfahren. Sie ermöglicht eine
schnellere Produktion und eine verbesserte Skalierbarkeit, was
entscheidend ist, um der steigenden Nachfrage nach PEM-Brennstoffzellen
gerecht zu werden.«

Optimierung der Brennstoffzellenproduktion durch Doppelstrahlschweißen und
Reparatur von Umformwerkzeugen

Ein anderer Ansatz, den Produktionsprozess an anderer Stelle zu
beschleunigen bietet das Doppelstrahlschweißen. Dieses Verfahren nutzt
zwei Laserstrahlen simultan, um die metallischen Bipolarplatten zu
verschweißen, was die Taktzeit um fast 50 Prozent reduziert, ohne die
Nahtqualität zu beeinträchtigen. Durch das Schweißen mit zwei Strahlen an
einer Stelle kann die Schmelzbaddynamik gezielt beeinflusst werden,
wodurch größere Schweißgeschwindigkeiten erreicht und typische Fehler wie
Humping vermieden werden. Dies ermöglicht eine schnellere und effizientere
Produktion, die den steigenden Anforderungen der Wasserstofftechnologie
gerecht wird.

Ein weiterer Aspekt in der Herstellung von metallischen BPP sind die
Standzeiten der verwendeten Werkzeugstähle. Die Werkzeuge sind aufgrund
ihrer hohen mechanischen Belastungen anfällig für Verschleiß. Ansatz ist,
kostenintensive Werkzeugstähle durch Baustähle zu ersetzen und diese mit
dem sogenannten Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (EHLA)
mit hochwertigen Verschleißschutzschichten zu versehen. Die beschichteten
Werkstücke zeigen, gegenüber konventionellen Werkzeugstählen, eine um über
einen Faktor 10 erhöhte Gleitreibverschleißfestigkeit. Das EHLA-Verfahren
erlaubt darüber hinaus, geschädigte Bereiche der Werkzeuge zu reparieren,
was eine Anpassung und Wiederverwendung der Werkzeuge ermöglicht. Durch
diese Technik wird die Lebensdauer der Werkzeuge signifikant verlängert,
was wiederum die Produktionskosten senkt und die Nachhaltigkeit in der
Fertigung steigert.

Das Fraunhofer ILT entwickelt einige Verfahren, um die Prozesskette zur
Herstellung von Brennstoffzellkomponenten effizienter zu gestalten. Dazu
gehört das Hochgeschwindigkeitsschneiden, mit dem die BPP präzise besäumt
und Medienzufuhrlöcher direkt geschnitten werden. Ein innovativer Ansatz
ist das laserbasierte Einbringen von Mikrostrukturen in die metallischen
BPP, die den elektrischen Kontaktwiderstand senken und das Wasser während
des Betriebs der Brennstoffzelle aus der Kontaktzone verdrängen. Auch das
Strukturieren und Schweißen von Compound-BPP und MEAs untersuchen die
Aachener intensiv, um die Fertigung von Brennstoffzellen weiter zu
automatisieren und produktiver zu gestalten.

Besuchen Sie uns auf der Hy-fcell 2024 am 8. und 9. Oktober in Stuttgart.
Sie finden uns in Halle 4, Stand 4E51. Lassen Sie sich von unseren
neuesten Entwicklungen inspirieren und diskutieren Sie mit unseren
Expertinnen und Experten über die Zukunft der Brennstoffzellenproduktion.