„Hochleistungsmaterialien für effiziente und umweltfreundliche Antriebssysteme – HoMAS“

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert Innovationen im Rahmen der Materialforschung. Neue Werkstoffe helfen, die Material- und Energieeffizienz zu steigern und die Lebensqualität zu verbessern. Das BMBF-Förderprogramm „Vom Material zur Innovation“ verfolgt die Stärkung der industriellen Wettbewerbsfähigkeit durch werkstoffbasierte Produkt- und Verfahrensinnovationen unter Berücksichtigung des gesellschaftlichen Bedarfs an Werkstoffentwicklungen sowie den Ausbau einer umfassenden industriellen und institutionellen Material- und Fertigungskompetenz.

Immer kürzere Innovationszyklen, die auch durch neue Technologien bedingt sind, verändern die traditionelle Struktur der Produktion und der Wirtschaft insgesamt. So steht die Entwicklung von industriellen Hochleistungsmaterialien für modernste Antriebssysteme vor einer großen Herausforderung. Energieeffiziente, ressourcenschonende Antriebssysteme für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, Flugzeugen, im Schienenverkehr aber auch im Turbinen- und Maschinenbau erfordern neue Werkstoffe, weil die bestehenden Systemkomponenten den künftigen Anforderungen aufgrund erweiterter Belastungsgrenzen, z. B. hinsichtlich Temperatur, Druckfestigkeit, Lebens- und Belastungszyklen etc. nicht ausreichend gerecht werden können.

Neue Hochleistungsmaterialien sind damit unverzichtbare Wegbereiter beim Erreichen des Ziels einer nachhaltigen Ressourcen-, Energie- und Umweltpolitik. Durchbrüche in der Realisierung innovativer Antriebssysteme gelingen nur durch den Einsatz wirtschaftlich herstellbarer, korrosionsbeständiger sowie Langzeit- und temperaturstabiler Materialien.

Die sich stetig ändernden neuen Anforderungen mit Blick auf Prozessparameter, die deutlich höhere Beanspruchungen nach sich ziehen, haben Auswirkungen auf das Werkstoffverhalten, auf die sich einstellenden Schädigungsmechanismen und damit auf die Lebensdauer der Bauteile. Gerade im Motoren- oder Turbinenbereich und in anderen hochbelasteten Antriebskomponenten ist der unabdingbare Einsatz modernster Technologien von der Verfügbarkeit von Hochleistungswerkstoffen abhängig.

Ziel der Maßnahme HoMAS ist es daher, Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zu fördern, die durch innovative Werkstoffansätze zu einer signifikanten Steigerung der Wirkungsgrade und der Lebensdauer von Antriebssystemen führen und zu einer Verminderung des Schadstoffausstoßes beitragen.

1. Gegenstand der Förderung

Gegenstand der Förderung sind Forschungs- und Entwicklungsaufwendungen im Rahmen von Verbundprojekten, die Materialentwicklungen für Innovationen in Antriebssystemen adressieren. Die Vorhaben sollen dabei die gesamte Wertschöpfungskette von der Materialherstellung über die Verarbeitung bis zur Anwendung abdecken. Vorzugsweise sollte branchenübergreifende Forschung betrieben werden, um einen besseren Erfahrungsaustausch bzw. Wissenstransfer zu erreichen und Dopplungen zu vermeiden.

Im Mittelpunkt dieser Fördermaßnahme stehen Forschungen für neue oder entscheidend verbesserte Werkstoffe, die aufgrund erweiterter Belastungsgrenzen (u. a. thermisch, mechanisch, korrosiv oder chemisch) Steigerungen der Leistungsdichten und des Wirkungsgrads von Bauteilen in Antriebssystemen ermöglichen. Sie sollen zu einer deutlichen Erhöhung von Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebensdauer kritischer Komponenten beitragen.

Die Fördermaßnahme adressiert auf dieser Basis die Schwerpunkte Hochleistungswerkstoffe für Antriebssysteme in Motoren, Turbinen und im Maschinenbau.

Die Problemlösung muß sowohl die materialseitige Problematik umfassen, als auch die Materialverarbeitung und die Einbindung in die Herstellungsverfahren der Antriebssysteme berücksichtigen, das heißt, es sollte in der Regel das Gesamtsystem betrachtet werden.

Es wird von den Antragstellern erwartet, dass im Zuge der Verwertung der Projektergebnisse praxisnahe Lösungen gefunden bzw. Wege für eine Umsetzung ihrer Forschungsergebnisse in die Praxis aufgezeigt werden. Dies beinhaltet auch eine Analyse des Marktpotentials, welche im Antrag nachgewiesen oder Bestandteil des Projekts sein soll. Entscheidend für die Zielvorstellung des jeweiligen Projekts ist eine für die erfolgreiche Markterschließung geeignete Vorgehensweise. Im Rahmen der vorzulegenden Verwertungspläne sollen die Antragsteller ihre Konzepte für die Markterschließung darlegen.

2. Hochleistungswerkstoffe für Antriebssysteme

Heutige Motoren und Turbinen sind in den letzten Jahren von enormen Fortschritten gekennzeichnet und deutlich effizienter geworden. Die Materialforschung hat dazu entscheidende Beiträge geleistet. Antriebe auf Verbrennungsbasis werden mittelfristig weiterhin wichtige Antriebstechnologien bleiben. Dabei zeigen sich Hybridantriebe als eine wichtige Brückentechnologie auf dem Weg hin zur Elektromobilität. Zukünftige Mobilität ist geprägt durch weitere Entwicklungen neuer Verbrennungskonzepte zur Erhöhung der Leistungsdichte von Motoren (Downsizing), die Ein­führung von Hybridantrieben der zweiten Generation und die Entwicklung hocheffizienter Antriebe für Elektromobile. Die Verfügbarkeit von Hochleistungswerkstoffen ist für diese Entwicklungsziele dringend notwendig. Materialien, aus denen Antriebsaggregate und Komponenten des Abgasstrangs hergestellt werden, gehören zu den am höchsten belasteten Werkstoffen überhaupt. Offene Materialfragen betreffen nicht nur Hybridfahrzeuge oder Antriebstechnologien für die Elektromobilität, sondern z. B. auch dieselelektrische Antriebe in Transportmitteln für Schiffe oder Schienenfahrzeuge.

Von hoher Bedeutung sind aber auch spezielle Getriebe für den Einsatz im Maschinenbau, die sich besonders durch eine hohe Lebensdauer, eine geringe Geräuschentwicklung und natürlich eine hohe Effizienz auszeichnen. Zu be­wältigen sind diese Herausforderungen in weiten Teilen nur noch mit dem Einsatz neuer Hochleistungswerkstoffe. In vielen Antriebssystemen sind Hochleistungswerkstoffe mit deutlich höherer Wechsellastfestigkeit gefragt – aber auch Werkstoffe, die hohen Korrosionseinwirkungen standhalten.

Es werden Forschungs- und Entwicklungsaspekte gefördert, die zu einer deutlichen Erhöhung von Zuverlässigkeit, Sicherheit und Lebensdauer kritischer Komponenten führen. Im Fokus der Förderung zum Themenfeld Hochleistungswerkstoffe für Antriebssysteme stehen daher folgende Schwerpunkte:

v Entwicklung von Hochleistungswerkstoffen zur Steigerung der Wirkungsgrade und damit der Energieeffizienz von Maschinen und Motoren,
v Entwicklung von Hochleistungswerkstoffen mit deutlich höheren Wechsellastfestigkeiten,
v Entwicklung von korrosionsresistenten, hochbelastbaren Materialien,
v Erhöhung der Belastungsgrenzen von Leichtbauwerkstoffen für alle Antriebssysteme,
v Entwicklung von leistungsstärkeren Magnetmaterialien für Antriebssysteme.

3. Hochleistungswerkstoffe aus keramischen Faserverbundwerkstoffen für Turbinenanwendungen

Die Umwandlung von Gas in Antriebsenergie einer Turbine ist um so effizienter, je höher die Temperatur des Prozeßgases ist. Die begrenzten Temperaturfestigkeiten der heutigen Gasturbinenwerkstoffe auf metallischer Basis erfordern aufwendige Kühlsysteme, die den thermischen Wirkungsgrad der modernsten Gasturbinen auf etwa 40 % begrenzen. Durch den Einsatz hochtemperaturstabiler keramischer Verbundwerkstoffe wird eine deutlich verbesserte Effizienz der Gasturbinen erwartet. Gleiches gilt auch für Antriebssysteme wie Flugzeugturbinen, bei denen durch den Einsatz verbesserter keramischer Verbundwerkstoffe eine deutliche Reduzierung des Verbrauchs sowie des Gewichts zu erwarten ist. Neben der hohen Temperaturbeständigkeit ist die niedrige Dichte ein weiterer wesentlicher Vorteil der Faserverbundkeramiken im Vergleich zu Metallen.

Um die Entwicklung von faserverstärkten und schadenstoleranten Keramiken in Deutschland weiter voranzubringen, wird innerhalb dieser Bekanntmachung ein besonderer Schwerpunkt auf diese Werkstoffklasse gelegt. Im Mittelpunkt der Förderung stehen Verbundvorhaben, die von der Faserherstellung über die notwendigen Faserverbund-Herstellungstechnologien ein Demonstrationsbauteil als Entwicklungsziel nachweisen.

Folgende Schwerpunkte sind Gegenstand der Förderung:

v Herstellung und Verarbeitung der keramischen Fasern sowie Entwicklung von Schutzschichten und Matrixsystemen,
v Keramik gerechte, konstruktive Gestaltung der Metall-Keramik-Anbindung,
v Einstellung der richtungsabhängigen Eigenschaften der Werkstoffe für eine verbesserte Bauteilauslegung,
v Weiterentwicklung von vorhandenen keramischen Verbundwerkstoffen zur Verbesserung der Hochtemperaturfestigkeit und Langzeitbeständigkeit,
v simulationsbasiertes Werkstoff- und Bauteildesign.
v Die Projektvorschläge sollen Aussagen zur angestrebten Steigerung der Wirkungsgrade und/oder Verringerung der Emissionen treffen und das Thema Kosteneffektivität verfolgen. Besonders berücksichtigt werden Vorschläge, die im Verbund entlang einer geschlossenen Wertschöpfungskette mehrere der genannten Schwerpunkte adressieren und ein anwendungsnahes Demonstrationsbauteil am Ende der Projektlaufzeit vorweisen können.

4. Zuwendungsempfänger

Antragsberechtigt sind Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft (mit Niederlassung in Deutschland), Hochschulen oder außeruniversitäre Forschungseinrichtungen. Forschungseinrichtungen, die gemeinsam von Bund und / oder Ländern grundfinanziert werden, kann neben ihrer institutionellen Förderung nur unter bestimmten Voraussetzungen eine Projektförderung für ihre zusätzlichen projektbedingten Ausgaben beziehungsweise Kosten bewilligt werden.

5. Zuwendungsvoraussetzungen

Förderfähig im Rahmen dieser Richtlinien sind grundlegende, anwendungsorientierte Forschungsarbeiten des vorwettbewerblichen Bereichs, die durch ein hohes wissenschaftlich-technisches Risiko gekennzeichnet sind. Voraussetzung für die Förderung ist grundsätzlich das Zusammenwirken von mehreren unabhängigen Partnern zur Lösung von gemeinsamen Forschungsaufgaben in Verbundprojekten, die den Stand der Technik deutlich übertreffen. Es sollen interdisziplinäre Forschungsansätze und ganzheitliche Lösungen unter Einbeziehung der entsprechenden Fachdisziplinen umgesetzt werden. Die Vorhaben sollen Innovationsprozesse anstoßen und eine Laufzeit von drei Jahren möglichst nicht überschreiten.

Das BMBF fördert diese kooperativen vorwettbewerblichen Forschungsvorhaben zur Stärkung der Entwicklung und Produktion. Dadurch sollen Unternehmen besser in die Lage versetzt werden, auf Veränderungen rasch zu reagieren und den erforderlichen Wandel aktiv mitzugestalten. Es werden ausschließlich Verbundprojekte gefördert, an denen Partner mitarbeiten, welche die Produkte, Dienstleistungen, Produktionsverfahren, Materialien und Produktionssysteme in Deutschland entwickeln und ohne weitere Förderung rasch zu einer breiten Anwendung bringen.

Verbünde ausschließlich zwischen Hochschulen und außeruniversitären Forschungseinrichtungen sind nicht zugelassen. Einzelvorhaben sind nicht zulässig.

Die Konsortialführerschaft sollte ein Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft, bevorzugt ein Materialhersteller, Systemintegrator oder Maschinenhersteller bzw. Anwender übernehmen. Mindestens sollte im Antrag und Arbeitsplan nachgewiesen werden, dass die Beteiligung der Industrieunternehmen wesentlich für die erfolgreiche Projektdurchführung und Verwertung der Projektergebnisse ist. Bevorzugt ausgewählt werden Konsortien, die entlang der Wertschöpfungskette agieren und deren Fokus auf besonders innovativen, interdisziplinären und ganzheitlichen Lösungsansätzen liegt.

Von den Zuwendungsempfängern wird erwartet, dass für die Sicherstellung der Verwertung der Projektergebnisse praxisnahe Lösungen gefunden bzw. Wege für die Umsetzung der Forschungsergebnisse in die industrielle An­wendung aufgezeigt werden. Mit den vorzulegenden Verwertungsplänen sind Konzepte für die Markterschließung darzulegen.

Es können grundsätzlich auch internationale Kooperationen im Rahmen der verschiedenen Abkommen zur wissenschaftlich-technischen Zusammenarbeit gebildet werden. Die Zusammenarbeit wird unterstützt, wenn ein eindeutiger Mehrwert durch die gemeinsame Bearbeitung von Fragestellungen erreicht wird, von dem nicht nur einzelne Unter­nehmen, sondern ganze Branchen bzw. Forschungsfelder profitieren können.

Die Partner eines Verbundprojekts regeln ihre Zusammenarbeit in einer schriftlichen Kooperationsvereinbarung. Vor der Förderentscheidung über ein Verbundprojekt muß eine grundsätzliche Übereinkunft über bestimmte vom BMBF vorgegebene Kriterien nachgewiesen werden.

6. Art und Umfang, Höhe der Zuwendung

Die Zuwendungen werden im Wege der Projektförderung als nicht rückzahlbare Zuschüsse gewährt. Bemessungsgrundlage für Zuwendungen an Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten, die in der Regel – je nach Anwendungsnähe des Vorhabens – bis zu 50 % anteilfinanziert werden können. Nach BMBF-Grundsätzen wird eine angemessene Eigenbeteiligung – grundsätzlich mindestens 50 % der entstehenden zuwendungsfähigen Kosten – vorausgesetzt.

Bemessungsgrundlage für Hochschulen, Forschungs- und Wissenschaftseinrichtungen und vergleichbare Institutionen sind die zuwendungsfähigen projektbezogenen Ausgaben (bei Helmholtz-Zentren und der Fraunhofer-Gesellschaft – FhG – die zuwendungsfähigen projektbezogenen Kosten), die individuell bis zu 100 % gefördert werden können.

Bei Forschungsvorhaben an Hochschulen wird zusätzlich zu den zuwendungsfähigen Ausgaben eine Projektpauschale in Höhe von 20 % gewährt.

Es wird erwartet, dass sich Unternehmen der gewerblichen Wirtschaft entsprechend ihrer Leistungsfähigkeit an den Aufwendungen der Hochschulen und öffentlich finanzierten Forschungseinrichtungen angemessen beteiligen, sofern Letztere als Verbundpartner mitwirken. Als angemessen gilt in der Regel, wenn in Summe über den Verbund eine Eigenbeteiligung der Verbundpartner in Höhe von mindestens 50 % an den Gesamtkosten/-ausgaben des Verbundprojekts erreicht wird. Dazu ist gegebenenfalls eine Kompensation zwischen den Partnern erforderlich, sodass eine Verbundförderquote von maximal 50 % (zuzüglich gegebenenfalls zu gewährender Boni für KMU sowie gegebenenfalls in den Aufwendungen von Hochschulen enthaltener Projektpauschalen) erreicht wird. Falls im Einzelfall die Arbeiten nur mit einer geringeren Industriebeteiligung durchgeführt werden können, ist die daraus resultierende höhere Verbundförderquote gesondert zu begründen.

Deilmann Business Consulting ist langjährig auf die Fördermittelberatung von KMU spezialisiert. Wir haben bereits zahlreiche Projekte mit Finanzierungsförderungen und Zuschüssen erfolgreich begleitet. Durch unsere bundesweit sehr gute Vernetzung mit den Förderinstitutionen und unsere Erfahrung in den Beantragungsprozessen zeichnen wir uns durch eine professionelle Analyse, eine ausgefeilte Konzeption und eine erfolgreiche Antragstellung in der Förderberatung aus.