Multi-ancestry genome-wide association analyses improve resolution of genes and pathways influencing lung function and chronic obstructive pulmonary disease risk

Lung-function impairment underlies chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and predicts mortality. In the largest multi-ancestry genome-wide association meta-analysis of lung function to date, comprising 580,869 participants, we identified 1,020 independent association signals implicating 559 genes supported by ≥2 criteria from a systematic variant-to-gene mapping framework. These genes were enriched in 29 pathways. Individual variants showed heterogeneity across ancestries, age and smoking groups, and collectively as a genetic risk score showed strong association with COPD across ancestry groups. We undertook phenome-wide association studies for selected associated variants as well as trait and pathway-specific genetic risk scores to infer possible consequences of intervening in pathways underlying lung function. We highlight new putative causal variants, genes, proteins and pathways, including those targeted by existing drugs. These findings bring us closer to understanding the mechanisms underlying lung function and COPD, and should inform functional genomics experiments and potentially future COPD therapies

Material- und Werkstoffentwicklung am Fraunhofer IWU: Vortrag gehalten beim Workshop "Industrie trifft Forschung", Annaberg-Buchholz, 23.10.2019

Material- und Werkstoffentwicklungen spielen in nahezu jeder Branche und jeder Anwendung eine bedeutende Rolle. Der Votrag bietet einen kleinen Ausschnitt aus dem Produktportfolio des Fraunhofer IWU und im speziellen der Abteilung "Funktionsitegrierter Leichtbau". Neben Schwerpunktthemen Metallschaum, Hybridbauweisen und Pultrusion sind auch übergreifende Beispiele aufgeführt

Production technology for hybrid-lightweight-structures with aluminum foam core-sub-project within the cluster of excellence MERGE

Production technology for hybrid-lightweight-structures with aluminum foam core - Sub-project within the Cluster of Excellence MERGE MERGE is the one and only Federal Cluster of Excellence in the field of research and development of innovative key-technologies for lightweight structures in Germany. The main objective of the Cluster “Merge Technologies for Multifunctional Lightweight Structures” is to create lightweight and material-efficient components by merging currently separated production processes of different material groups. One focused topic is the development of lightweight-sandwich-composites made of metal foam and fiber-reinforced plastics (FRP). Because of their low density, high energy absorption capability, stiffness and strength and very good damping behavior metal foams are excellently suitable for lightweight structures. The combination of metal foam with sheet metal covers as sandwich structure is already used in manifold applications. In order to enhance the level of lightweight construction in metal sandwich structures, the substitution of metal cover sheets with fiber-plastic composites provides an effective approach. By adapting the thickness of core and FRP layers in combination with high performance fibers and load specific design customized structural properties are possible to be to be realized. One key aspect is the bonding of both components. To find an optimal combination many experiments have been carried out to investigate the influence of various parameters, e.g. the modification of the metal foam surface and thermoplastics or the use of adhesive-agents. The permanent bonding of the sandwich components is realized in a pressing process. Therefore, the sandwich components need to be preheated. To increase the energy efficiency, a technology will be developed using the process heat of the foaming instead of additional preheating. For achieving a high functional density, the injection molding processes can be used to implement thermoplastic elements, e.g. stiffening rips or mounting interfaces, into these sandwich structures based upon metal foam cores

Komplexumformung von Hybridstrukturen

Aktuell werden multifunktionale Baugruppen durch ein Multimaterialdesign lastoptimal ausgelegt. Gerade bei der Kombination faserverstärkter Kunststoffe (FVK) mit Metallen sind bei der Herstellung – aufgrund der heterogenen Werkstoffpartner – jedoch meist mehrere Prozessstufen notwendig. Im Projekt „Komplexumformung von Hybridstrukturen“ wird eine Technologie zum Umformen von FVK-Metall-Hybridbauteile neu entwickelt. Es wird angestrebt, die Verfahren Blechumformen, Fügen, FVK- Pressverfahren und Injektionsverfahren (z. B. Kunststoff-Spritzgießen) effizient miteinander zu kombinieren. Hauptziel des Projektes ist es, die FVK-Komponente technologisch gezielt in den Umformungsprozess der metallischen Komponente zu integrieren, um die Prozessstufentiefe von FVK-Hybridbauteilen zu verringern und den Integrationsgrad zu erhöhen. Die erzeugten partiellen Hinterschnitte ergeben einen formschlüssigen Verbund von Metall, Organoblech und Kunststoff

Triebkopfkabine aus Aluminiumschaumverbund

Schienenfahrzeuge sollen leicht, crashbeständig und dauerfest sein. Zudem sollen Sie allen Ansprüchen an den Brandschutz genügen. Eine aus Aluminiumschaumverbunden aufgebaute Triebkopfkabine erfüllt dieseanspruchsvollen Forderungen. Neben dem Aufbau hat das Projektteam gemeinsam Fertigungs konzepte für die Verbundwerkstoffe entwickelt

Technologie zur Herstellung hybrider Leichtbaustrukturen mit Aluminiumschaumkern: Vortag gehalten auf dem 7. Landshut - Ingolstädter Leichtbausymposium, "Fügen und Verbinden - Schlüsseltechnologien der Fertigung hybrider Leichtbaustrukturen", 24. Juni 2014, Ingolstadt

Aufgrund der immer höher werdenden Forderungen nach Leichtbau in vielen Bereichen, unter anderem im Maschinenbau, werden immer häufiger Leichtbaumaterialien wie Faserkunststoffverbunde und Metallschaum eingesetzt. Um Bauteile und Baugruppen mit Hilfe dieser Werkstoffe umzusetzen werden spezielle Fügetechniken benötigt. Eine Auswahl wird im Vortrag vorgestellt

Woven and knitted fabric reinforced aluminium foam for lightweight design

In der Praxis sind immer wieder neue Leichtbau-Werkstoffe gefordert. Dazu gehören Aluminiumschäume mit geringem spezifischen Gewicht und hoher Steifigkeit. Üblicherweise werden Halbzeuge wie Sandwiches und ausgeschäumte Profile gefertigt, die sich problemlos zu großen Baugruppen fügen lassen. Noch leichteres Konstruieren ist nur realisierbar, wenn man die Verbunde selbst in ihrer Masse reduziert oder reine Aluminiumschaumplatten einsetzt. Die Festigkeiten der Schaumplatten liegen jedoch weit unter denen von Sandwiches mit Stahldeckblechen, die außerdem zum Fügen der Teile durch Schweißen nötig sind. Die Schaumkernmasse ist kaum reduzierbar, bei den Stahldeckblechen kann es zu Eigenschafts- und Einsatzeinschränkungen gegenüber Sandwiches kommen. Effektiver ist die Nutzung von Gitterstrukturen aus Stahl, die analog zu GFK- bzw. CFK-Werkstoffen belastungsgerecht einarbeitbar sind. Drastische Gewichtsreduzierungen erscheinen möglich. Es werden bewehrte Schaumplatten mit Massen deutlich unter der von Sandwiches vorgestellt. Die mechanischen Kennwerte übertreffen die von Schaumplatten deutlich (neue Anwendungsfelder!). Mit flexiblen, drapierfähigen Metallgittern und -netzen wird die Bewehrung räumlich kompliziert geformter Teile möglich

Temperiertes Batterie-Package in profilbasierter Leichtbauweise: Vortrag gehalten auf dem Symposium "Werkstoffe und Konzepte für Fahrzeuge von morgen", 6. und 7. November 2018, Salzgitter

Die Anwendung innovativer Leichtbauwerkstoffe und -technologien spielt eine entscheidende Rolle für die Elektromobilität von morgen. Weniger Gewicht zu bewegen, bedeutet den Energieverbrauch zu reduzieren und damit die Leistungsfähigkeit elektrisch angetriebener Fahrzeuge zu steigern. Neben den hohen Anschaffungskosten und der noch im Ausbau befindlichen Ladeinfrastruktur ist die geringe Reichweite derzeit ein Hindernis für die Etablierung von Elektrofahrzeugen. Etablierte Leichtbauansätze sind zur Reichweitenerhöhung jedoch nicht ausreichend. Steigende Effizienz-, Sicherheits-, Bauraum- und Komfortanforderungen können nur über die Integration mehrerer Funktionen in innovative Materialsysteme serientauglich realisiert werden. Das Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik greift diese Thematik im Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg auf. Ziel der Forschungsarbeiten ist die Entwicklung eines Leichtbau-Batteriegehäuses für Elektrofahrzeuge, das mechanische und thermische Funktionen in einem innovativen Materialverbund vereint. Ein neuartiger Sandwichaufbau bestehend aus einer Aluminiumdecklage, einem Aluminiumschaumkern und einer konturgebenden, korrosionsbeständigen Decklage aus endlosfaserverstärktem Thermoplast ersetzt dabei die konventionelle Stahl-Schalenbauweise. Auch der Einsatz von Naturfasern wird untersucht, da diese hinsichtlich Dämpfungseigenschaften und Nachhaltigkeit ein hohes Potenzial aufweisen. In Verbindung mit dem Aluminiumschaumkern, der ein hohes Energieabsorptionsvermögen aufweist, werden die Batteriemodule vor Steinschlag und Intrusion geschützt. Über das stoffschlüssig mit dem Aluminiumschaum verbundene Aluminium-Deckblech wird die Anbindung der Batteriemodule mit speziellen Inserts sowie die Wärmeableitung in den Schaum realisiert. Durch Infiltration des geschlossen porigen Aluminiumschaumkerns mit Phasenwechselmaterial (PCM) können thermische Lastspitzen geglättet sowie überschüssige Wärmeenergie gespeichert werden. Das PCM verfügt im Bereich des Phasenwechsels fest-flüssig über eine hohe Wärmespeicherkapazität und ist somit in der Lage große Wärmemengen zu puffern. Durch den Schutz der Batteriezellen vor temporärer thermischer Überlastung wird die Lebensdauer der Batterien erhöht Für ein ganzheitliches Temperierungskonzept werden zudem eine regelbare Wärmeleitung durch autark schaltendes thermosensitives Formgedächtnismaterial sowie der Abtransport der Batteriewärme durch Einsatz von Wärmeleitrohren (Heatpipes) im Rahmen der Forschungsarbeit betrachtet. Weiterführende Forschungsarbeiten beschäftigen sich mit einem Leichtbau-Bauweisenkonzept für den Fahrzeugunterboden unter Verwendung pultrudierter Profile aus faserverstärktem Kunststoff. Neben einem enormen Leichtbaupotential, der Möglichkeit der belastungsgerechten Auslegung und nahezu unbegrenzter Geometrievielfalt können auch hier zusätzliche Funktionen, z.B. Sensoren und Aktoren, integriert werden