Projekte des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)

Saugbagger werden in wesentlichen in Bereichen eingesetzt, bei denen kleinere Baustrukturen sehr präzise freigelegt werden müssen. Beispielsweise soll ein defekter Absperrschieber einer Wasserversorgungsleitung, die unter einem Gehweg verläuft, gewechselt werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass Gas-, Telefon-  oder Stromleitungen nicht durch den Saugprozess beschädigt werden und dass Personen im Umfeld des Saugfahrzeugs nicht zu Schaden kommen. Um einen solchen Grabprozess zu automatisieren, ist neben der exakten Ansteuerung des Saugers und dem Planen und Abfahren bestimmter Bahnen vor allem die Situationserkennung essentiell. Im Rahmen des Promotionsverfahrens sollen innovative KI Methoden untersucht und testweise auf die Saugbagger-Aufgabe angewendet werden. Es soll gezeigt werden, ob es möglich ist, ausgehend von Bild- und Abstandsdaten ein Neuronales Netz so zu trainieren, dass der Saugprozess direkt von dem Netz gesteuert wird. Ein solches Konzept könnte auf eine Vielzahl ähnlicher Anwendungen übertragen werden und würde die Prozessqualität bei gleichzeitiger Reduktion der Kosten steigern. 

Der Klimawandel bringt viele Herausforderungen mit sich, und auch die Wein- und Sektproduktion bleibt davon nicht unberührt. Extreme Wetterbedingungen beeinflussen die Zusammensetzung der Trauben und damit auch die Gärung während der Wein- und Sektproduktion. Kleine, familiengeführte Weingüter aus Rheinland-Pfalz, das Rückgrat der regionalen Weinwirtschaft, stehen dabei vor großen Herausforderungen. Im Gegensatz zu größeren Betrieben fehlen ihnen oft die technischen und finanziellen Mittel, um sich an die neuen Bedingungen anzupassen. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts soll untersucht werden, wie sich der Klimawandel auf die Zusammensetzung der Trauben auswirkt und wie Winzer ihre Gärprozesse anpassen können, um weiterhin qualitativ hochwertige Weine und Sekte herzustellen. Dieses Projekt sichert nicht nur die Zukunft kleiner Weinbaubetriebe, sondern trägt auch zum Erhalt der kulturellen Landschaft und der regionalen Vielfalt in Rheinland-Pfalz bei. Gleichzeitig wird die Öffentlichkeit für die Auswirkungen des Klimawandels auf den Weinbau sensibilisiert.

Der Gesamtendenergieverbrauch in Deutschland ist ganz wesentlich durch Heizen und die Warmwasserbereitung in Gebäuden beeinflusst. So lag im Jahre 2022 der Endener-gieverbrauch der privaten Haushalte bei 28,6 % des Gesamtenergieverbrauchs und ist damit höher als der Verbrauch des gesamten Industriesektors. Um die von der Bun- desregierung geforderte Klimaneutralität bis 2045 zu erreichen, muss der Energiever- brauch von Gebäuden erheblich reduziert werden. Dazu sind fortschrittliche Energie- versorgungssysteme notwendig, die erneuerbare Energien nutzen. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden innovative Verfahren auf thermo- elektrischer und elektromechanischer Basis erforscht, um Gebäude hocheffizient mit Energie versorgen zu können. Zusätzlich zur Erforschung der verschiedenen Verfahren zur Energieversorgung wird mithilfe KI-gestützter Computersysteme eine Optimierung von energetischen Gesamtgebäudesystemen untersucht. Ziel ist, durch eine sinnvolle Kombination der jeweiligen thermoelektrischen und elektromechanischen Systeme eine hohe Energieeffizienz und Klimaneutralität zu erreichen 

Ziel des Forschungsprojektes ist es, herauszufinden, wie sich Befestigungsmittel im Holz-Beton-Verbundbau verhalten, wenn es brennt. Der Holz-Beton-Verbundbau ist ein innovatives Bauverfahren, das die Vorteile von Holz und Beton kombiniert, um tragfähige und nachhaltige Gebäude zu schaffen. Dabei soll der Beton im Brandfall verhindern, dass das Holz dem Feuer ungeschützt ausgesetzt ist. Die Befestigungsmittel dienen zur Verbindung der beiden Werk-stoffe Beton und Holz. 

Das Projekt will theoretische und praktische Informationen sammeln, um die Sicherheit und Leistung von Befestigungen im Holz-Beton-Bau bei Bränden zu verbessern. Die Ergebnisse sollen dazu beitragen, neue und sicherere Verbindungsmöglichkeiten zu entwickeln, um ein breiteres Spektrum an Anwendungsmöglichkeiten zu ermöglichen. Außerdem wird das Projekt dazu beitragen, Regeln und Standards für den Brandschutz im Holzbau zu erstellen.

Im vorliegenden Projekt ist das übergeordnete Ziel die Entwicklung eines ultraschlanken Bauteils aus Beton. Es können dadurch Ressourcen und Gewicht eingespart und so die Umwelt geschont werden. Beton ist als meistverwendeter Baustoff in der Welt unumgänglich, bewirkt aber hohe Treibhausgasemissionen. An anderen Stellen wird explizit an der Substitution der emissionsbewirkenden Stoffe gearbeitet. Ansatz dieses Projektes ist die Reduktion der generell benötigten Betonmenge, durch den Einsatz effektiver Methoden. So werden hochfeste Betone gewählt, die gleichzeitig durch eine Vorspannung geringere Materialmengen benötigen. 

Zum Abtrag von Zugkräften im Beton ist die Einbindung von Stahl erforderlich, die zum Schutz vor Korrosion Mindestüberdeckungsmaße und so „totes“ Material benötigt. Im hier vorliegenden Projekt erfolgt der Lastabtrag der Zugkräfte über Carbontapes, die die integrierte Bewehrung im Beton ersetzen. Nur so kann eine deutliche Materialreduktion erfolgen. Gleichwohl können die Erkenntnisse aus der Entwicklung der Carbontapes auch an anderer Stelle, wie beispielweise beim Bauen im Bestand, angewandt werden. 

Die Analyse und Entwicklung der Materialien erfolgen durch die Anwendung von computertomographischen Methoden und Photogrammmetrie. Dadurch kann insbesondere das Verbundverhalten der Carbontapes genau erfasst werden.

In Zeiten des Klimawandels und des Nachhaltigkeitsgedankens muss auch der Bausektor seinen Beitrag leisten. Die bei der Betonherstellung freiwerdende CO2-Menge stellt hierbei die größte Herausforderung dar, weshalb an der Verwendung von alternativen Bausystemen und Baustoffen geforscht wird. Der Baustoff Lehm ist durch sein weltweites Vorkommen, seine einfache Verwendung und den geringen Energiebedarf bei der Verarbeitung hervorragend geeignet, um ressourcenschonende und wiederverwendbare Bauteile herzustellen. Aus diesen Gründen führt die RPTU am Standort Kaiserslautern Untersuchungen an Wänden aus Stampflehmelementen durch. Ziel der Forschung ist die Entwicklung von großformatigen Wandelementen, welche einfach zu transportieren sind und die eine simple Montage sowie Demontage ermöglichen. Durch den Abbau und die Wiederverwendung (Reuse) entfällt die Entsorgung von Bauschutt. Des Weiteren ist Lehm auch wesentlich unproblematischer zu recyclen als Beton. Alles in allem stellt der Lehmbau somit eine nachhaltige Alternative zum Betonbau dar.

Autonome Roboter, die selbstständig arbeiten haben großes Potenzial, zum Beispiel auf Baustellen, in der Landwirtschaft oder im Katastrophenschutz. Bisher ist es jedoch schwierig, verschiedene Maschinen miteinander zu vernetzen, besonders wenn sie von unterschiedlichen Herstellern stammen. Ein zentrales Problem beim Einsatz gemischter Robotersysteme ist bisher das Fehlen einheitlicher Standards: Maschinen unterschiedlicher Hersteller sprechen oft nicht dieselbe „Sprache“, was eine direkte Zusammenarbeit erschwert oder unmöglich macht. Das führt oft zu teuren Anpassungen und aufwendiger Programmierung. 

Genau an diesen Herausforderungen setzt das Projekt an der RPTU an. Entwickelt wird eine sogenannte Middleware, eine technische Vermittlungsplattform, die wie ein Dolmetscher zwischen den Maschinen funktioniert. Diese Middleware soll nicht nur dafür sorgen, dass Roboter einheitlich miteinander kommunizieren können, sondern auch, dass ausgetauschte Daten richtig verstanden und interpretiert werden. Gleichzeitig wird daran gearbeitet, dass sich Roboter dynamisch an die jeweilige Situation anpassen und ihre Aufgaben und ihr Verhalten flexibel ändern, je nachdem, was im Gesamtsystem gerade gebraucht wird. Besonders wichtig ist dabei, dass das System praxistauglich ist. Deshalb werden die entwickelten Technologien in realen Szenarien getestet, etwa mit autonomen Baufahrzeugen auf unebenem Gelände oder in kooperativen Einsätzen im Katastrophenschutz. 

Ziel ist es, dass diese Maschinen direkt miteinander kommunizieren und gemeinsam Aufgaben erledigen können, ohne dass dafür jedes Mal aufwändig nachgerüstet werden muss. In ersten Tests soll gezeigt werden, wie gut das System in realistischen Einsatzbereichen funktioniert zum Beispiel auf Baustellen oder in Notfallsituationen. Langfristig soll daraus eine Grundlage für neue Produkte und Dienstleistungen entstehen, von denen besonders kleine und mittelständische Unternehmen in der Region profitieren können.

Die industrielle Herstellung von Enzymen – z. B. für Tierfutter, Waschmittel oder die Papierindustrie – erfolgt häufig mithilfe von Pilzen. Diese mikroskopisch kleinen Lebewesen produzieren wichtige Enzyme, wenn man ihnen im Bioreaktor eine genau kontrollierte Umgebung bietet. Doch der Weg zur optimalen Produktion ist komplex. Schon kleine Unterschiede im Nährstoffangebot, im Sauerstoffgehalt oder in der Bewegung im Reaktor können dazu führen, dass die Pilzzellen anders wachsen. Statt sich fein verteilt auszubreiten, bilden sie dann dichte, kugelartige Strukturen. Diese Formveränderung beeinflusst, wie gut die Pilze Enzyme herstellen – mitunter kann die Produktion stark abnehmen.
Hier setzt ein neues Forschungsprojekt an. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der RPTU Kaiserslautern-Landau, des Fraunhofer ITWM und der BASF SE wollen gemeinsam herausfinden, wie sich die Enzymproduktion durch eine clevere Kombination aus Biotechnologie und Künstlicher Intelligenz gezielt verbessern lässt. Ziel ist es, Pilze wie den weit verbreiteten Aspergillus so zu kultivieren, dass sie zuverlässig und in großer Menge Enzyme herstellen – und das auch in industriellem Maßstab. Kern des Projekts ist eine neue Methode, bei der Daten aus dem Bioreaktor in Echtzeit erfasst und mithilfe moderner KI-Modelle analysiert werden. So lässt sich direkt erkennen, wie sich z. B. der Sauerstoffgehalt oder die Rührgeschwindigkeit auf das Pilzwachstum und die Enzymproduktion auswirken – und die Bedingungen können automatisch angepasst werden. Das spart Zeit und Ressourcen und erleichtert den Übergang von der Forschung in die industrielle Praxis.

Die Grauen Emissionen durch das Errichten von Gebäuden tragen einen relevanten Anteil zu den globalen Treibhausgasemissionen bei. Zudem beansprucht das Bauwesen erhebliche Massen an Ressourcen, und verursacht zugleich etwa die Hälfte des national anfallenden Abfalls. Zur Erreichung der Klimaziele muss sich der Bausektor daher grundlegend wandeln. 

Holz-Beton-Verbunddecken (HBV-Decken) bieten sich zur Reduktion der Grauen Emissionen an, da der Baustoff Holz im Wachstum Kohlenstoff bindet. Indem die Zugzone im Beton durch Brettschichtholz-Rippen ersetzt wird, kommt eine leichte Deckenkonstruktion mit dünnem Betonspiegel zustande. Am Lebensende werden die Materialien gegenwärtig sortenrein getrennt. Die Betonplatte wird aufgebrochen und kann als Füllgut dienen und Altholz wird thermisch verwertet, also verbrannt. Indem zukünftig Bauteile als solche wiederverwendet werden, können nicht nur Ressourcen geschont und Abfall vermieden werden, sondern auch die erheblichen Treibhausgasemissionen für die Herstellung neuer Bauteile verhindert werden. Außerdem bleibt der aus der Atmosphäre gebundene Kohlenstoff gespeichert, wenn die Holzrippen nicht der Verbrennung zugeführt werden. So können Bauteile neben ihrer Funktion im Tragwerk als CO2-Speicher statt alsVerursacher genutzt werden. 

Damit eine HBV-Decke reversibel ausgelegt werden kann, wird an der RPTU an einem präzise vorgefertigten, mehrteiligen „Stecksystem“ für die trockene Verzahnung von Holz- und Betonquerschnitt geforscht. Ohne die bislang vorgeschriebene Verwendung im Beton vergossener Schrauben ist diese Verbindung am Ende der Nutzungszeit einfach zu lösen. Um die Wiederverwendbarkeit von Holz- und Betonquerschnitt zu gewährleisten, muss die Trockenfügung optimiert werden, damit sie dem charakteristischen Verformungsverhalten der Werkstoffkombination gezielt entgegenwirken kann..

Im Pflanzenbau – von Lebensmitteln bis zu Zimmerpflanzen – werden Pflanzenschutzmittel (PSM) eingesetzt, um Pflanzen gesund zu halten. Wenn diese Mittel aber falsch angewendet werden, können sie der Umwelt schaden, z. B. wenn sie ins Grundwasser gelangen.

In diesem Forschungsprojekt wird untersucht, wie man PSM direkt mithilfe eines mobilen Roboters in das Innere der Pflanze spritzen kann. Dadurch lässt sich die PSM-Menge deutlich verringern, was signifikant zum Umweltschutz beitragen würde.

Der Roboter führt dazu drei Arbeitsschritte aus: Bohren, Injizieren und Versiegeln. Dafür wird zunächst ein spezieller Roboterarm entwickelt und darauf aufbauend die Umwelterkennung. Es werden Regelkonzepte erarbeitet die mittels KI eine Steuerung des Roboterarms ermöglichen soll. Ziel ist es, herauszufinden, wie zuverlässig der Roboter diese Aufgabe übernimmt und ob er den bisherigen, oft mühsamen, Handarbeitsprozess ersetzen kann.

Zur Erfüllung ehrgeiziger Klimaziele Deutschlands, die bis 2030 eine deutliche Reduktion der CO2-Emissionen im Landwirtschafts- und Verkehrssektor vorsehen, ist der weitgehende Ersatz herkömmlicher fossiler Brennstoffe durch regenerative Energieträger erforderlich. Eine vielversprechende Lösung für Nutzfahrzeuganwendungen ist der Einsatz regenerativer Kraft-stoffe wie Wasserstoff. Wasserstoffmotoren bieten viele Vorteile für energieintensive Anwen-dungen wie schwere Nutzfahrzeuge und mobile Arbeitsmaschinen mit typischerweise langen Einsatzdauern unter ggf. extremen Bedingungen. Diese benötigen robuste Energiesysteme mit hoher Speicherdichte sowie schneller Energiezufuhrmöglichkeit und müssen örtlich wie zeitlich flexibel einsetzbar sein. Diese Anforderungen können mit einem gut speicherbaren Kraftstoff wie Wasserstoff sehr gut erfüllt werden. Neben der Klimaneutralität ermöglichen Wasserstoffmotoren zudem einen nahezu emissionsfreien Betrieb, was dazu beitragen kann, die Luftqualität zu verbessern. Entscheidend für die angestrebte Emissionsneutralität ist die weitgehende Vermeidung der Bildung von Stickstoffoxiden (NOx). Ziel des Forschungsprojekts ist deshalb die Entwicklung eines innovativen Systems, welches es ermöglicht, Wasser direkt aus dem Abgas eines Wasserstoffmotors zurückzugewinnen. Dieses Wasser kann dann zur Verbrennungskühlung durch erneute Einspritzung in den Motor genutzt werden, wodurch die Bildung von NOx während der Verbrennung minimiert wird. Herkömmliche Konzepte sehen eine externe Nachfüllung von (destilliertem) Wasser vor, was große Wassertanks und regel-mäßige Nachfüllintervalle erfordert. Durch die Rückgewinnung von Wasser an Bord des Fahr-zeugs soll der Bedarf an nachzufüllendem Wasser deutlich reduziert bzw. idealerweise voll-ständig vermieden werden. Im auf drei Jahre angelegten Projekt soll das Konzept mit Hilfe modernster Simulationsmethoden virtuell entwickelt und zu optimiert werden. Am Ende soll ein Prototyp zeigen, wie diese innovative Technologie praktisch umgesetzt werden kann.

Additiv gefertigte Bauteile weisen nach der Herstellung oft Oberflächen auf, die für den industriellen Einsatz noch nicht ausreichen. Im Projekt HybridAM werden Verfahren entwickelt, die Qualität und Lebensdauer der Bauteile verbessern und gleichzeitig energie- und ressourcenschonend arbeiten. Im Fokus stehen Bauteile, die durch Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen (HS DED-LB) gefertigt werden, ein flexibles Verfahren mit hoher Effizienz. Für die Nachbearbeitung der Bauteile werden verschiedene Methoden zu sogenannten hybriden Prozessketten kombiniert, um ihre Vorteile optimal zu nutzen. Wesentlich ist, dass die Ansätze auf konventionellen Werkzeugmaschinen umgesetzt werden können, wie sie in vielen kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) bereits vorhanden sind. Auf Grundlage der Projektergebnisse entsteht ein digitales Modell, das die Auswahl der optimalen Prozesskette für unterschiedliche Anwendungen ermöglicht und die additive Fertigung technisch, wirtschaftlich und ökologisch nachhaltig voranbringen kann.

Das Projekt AURORA-6G entwickelt innovative Technologien, um Produktivität und Flexibilität in der industriellen Produktion deutlich zu steigern. Im Mittelpunkt stehen intelligente 6G-Netze, autonome Roboter und ein semantisches Framework, das eine schnelle und einfache Integration von Komponenten in bestehende Systeme ermöglicht.

Das sogenannte AURORA-Framework schafft die Grundlage für neue Geschäftsmodelle wie „as-a-Service“-Konzepte in Produktion und Intralogistik. Durch standardisierte, flexible Schnittstellen und sogenannte „Skills“ können Roboter effizienter gesteuert, schneller eingerichtet und bei Bedarf auch aus der Ferne überwacht werden.

Die technologische Basis bildet die 6G-Vernetzung, die eine direkte und leistungsfähige Kommunikation zwischen Maschinen, Fahrzeugen und Robotern ermöglicht. Ergänzt wird dies durch Edge Computing zur Entlastung der Systeme sowie durch XR-Technologien, die Bedienung und Überwachung erleichtern. Die Anbindung an digitale Zwillinge unterstützt zudem Planung, Simulation und Optimierung von Produktions- und Logistikprozessen.

In Rheinland-Pfalz spielt das produzierende Gewerbe eine zentrale Rolle für Beschäftigung und Wertschöpfung. Angesichts wachsender Herausforderungen wie globalem Wettbewerbsdruck, steigenden Kosten und gestörten Lieferketten sind Innovationen – insbesondere im Bereich der Künstlichen Intelligenz (KI) – entscheidend für die Wettbewerbsfähigkeit, vor allem für kleine und mittlere Unternehmen (KMU).

Trotz großer Potenziale wird KI in der industriellen Praxis bislang noch zu wenig genutzt. Hauptgrund ist die Lücke zwischen Forschung und Anwendung, da viele KI-Ansätze nicht auf die komplexen Bedingungen realer Produktionsdaten ausgelegt sind.

Ziel ist daher eine stärkere Praxisorientierung der KI-Forschung: Die Entwicklung und Erprobung konkreter Anwendungen in der Produktion, eine gezielte Ausrichtung auf die Bedürfnisse von KMU sowie ein beschleunigter Wissens- und Technologietransfer sollen dazu beitragen, KI-Lösungen schneller und einfacher in die industrielle Praxis zu überführen.

Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) stehen vor der Herausforderung, bei wachsender Produktvielfalt ihre Produktionsprozesse effizienter und flexibler zu gestalten. Besonders in der robotergestützten Fertigung ist der Aufwand hoch, da Produktvarianten oft noch manuell programmiert werden müssen.

Das Projekt setzt hier an und will den Einstieg in moderne Technologien wie Künstliche Intelligenz, kollaborierende Roboter und digitale Steuerungssysteme erleichtern. Ziel ist es, Produktionsprozesse teilautomatisiert zu optimieren, ohne den Menschen aus dem Zentrum zu verdrängen.

Kern des Vorhabens ist ein Modell, das Unternehmen schrittweise an neue Automatisierungslösungen heranführt. Mithilfe historischer Produktionsdaten werden Vorschläge zur Prozessgestaltung gemacht, die anschließend von Fachkräften angepasst werden. Ergänzt wird dies durch eine flexible Software-Infrastruktur auf Basis offener Standards, die eine einfache Integration bestehender Systeme ermöglicht.

Durch die enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern sollen praxisnahe Lösungen entstehen, die KMU konkrete Wege in Richtung Digitalisierung und zukunftsfähiger Automatisierung aufzeigen.