Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Kaum etwas beschäftigt die Automobilindustrie mehr als die Suche nach kostengünstigen Leichtbaulösungen. Mit der elektromagnetischen Puls-Technologie (EMPT) steht ein neuartiges Fügeverfahren bereit, um Stahl- und Aluminiumlegierungen zu verbinden. Anderen Verfahren, beispielsweise dem Kleben, ist diese Methode insbesondere beim nötigen Zeitaufwand weit überlegen. In einem Vorhaben der industriellen Gemeinschaftsforschung konnte das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF zeigen, dass auch die Schwingfestigkeit dieser Verbindungen hohen Ansprüchen genügt. In den in Darmstadt unternommenen Schwingfestigkeitsversuchen stellte sich die eigentliche Fügezone als keine besondere Schwachstelle heraus. Vielmehr weisen die Verbindungen Festigkeiten auf, die auch mit herkömmlichen Schweißverfahren erreicht werden. Zudem entwickelten die Darmstädter Wissenschaftler ein Bewertungskonzept, das eine zuverlässige Auslegung zyklisch beanspruchter EMPT-Verbindungen ermöglicht.

Beständig nimmt die Elektromobilität in Deutschland Fahrt auf. In Zeiten anstehender Fahrverbote für Dieselfahrzeuge werden batterieelektrische Fahrzeuge (BEV) insbesondere im urbanen Umfeld für Käufer immer interessanter. Gesteigerte Batteriekapazitäten machen zwar zunehmend längere Distanzen möglich, jedoch schwankt deren Reichweite vor allem bei niedrigen Umgebungstemperaturen. Innerhalb des EU-Projekts OPTEMUS (Optimised Energy Management and Use) wurden deshalb eine Vielzahl effizienzsteigernder Technologien entwickelt und miteinander verknüpft, um so insbesondere die Reichweitenschwankung des Elektrofahrzeugs Fiat 500e zu reduzieren. Dazu gehört eine thermisch speicherfähige Traktionsbatterie, die das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF maßgeblich mit entworfen hat. Im Mittelpunkt steht ein neuartiges Faserverbund-Sandwich-Batteriegehäuse, welches die in einem Phasenwechselmaterial-Verbundsystem (PCM-Verbund) gespeicherte Wärmeenergie zur Umgebung thermisch abschirmt.

Eine zukunftsfähige Produktentwicklung ist ohne Digitalisierung kaum noch denkbar. Auf dem Weg dorthin lautet ein wichtiger Schritt: »Den Prüfstand in den Rechner holen«. Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF ist dies bei der Entwicklung eines mechatronischen Wankstabilisators in Zusammenarbeit mit der Schaeffler Technologies AG & Co. KG gelungen, indem sie einen digitalen Zwilling eines servohydraulischen Prüfstandes erstellt haben. Der digitale Zwilling bildet insbesondere die physikalischen Grenzen des Prüfsystems mit einer Genauigkeit ab, die es ermöglicht, die Machbarkeit eines Versuchs virtuell zu bewerten. Durch die standardmäßige Einbindung einer virtuellen Prüfung mit Hilfe des digitalen Zwillings im Vorfeld der experimentellen Prüfung lassen sich wesentliche Effizienzsteigerungen erzielen. Die Ergebnisse des Projektes stellt das Fraunhofer LBF auf der 45. Tagung des DVM-Arbeitskreises Betriebsfestigkeit am 26. und 27. September 2018 in Renningen vor.

Immer mehr Güter werden auf Europas Straßen transportiert. Deshalb fordern Politik, Spediteure und Bürger effizientere Lastkraftwagen. Im EU-Forschungsprojekt TRANFORMERS (Configurable and Adaptable Trucks and Trailers for Optimal Transport) hat sich ein internationales Konsortium dieser Aufgabe angenommen und zwei Lösungen erarbeitet: Die Hybridisierung des Antriebs und die Anpassung der Anhängerarchitektur. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat im Rahmen der Zusammenarbeit eine Sensorik zur Ladevolumenmessung sowie ein Batteriegehäuse zur Versorgung eines elektrischen Hilfsantriebes im Trailer entwickelt. Die TRANSFORMERS-Trailer ermöglichen eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs um bis zu 25 Prozent, insbesondere für palettierte Waren. Erreicht wird dies durch die missionsspezifische Anpassung der Struktur, einen im Auflieger verbauten elektrischen Hilfsantrieb, eine anpassbare Beladungskapazität sowie eine ganzheitlich optimierte Aerodynamik. Für Betreiber verringern sich die Kraftstoffkosten pro Tonnen-Kilometer, der CO2-Ausstoß sinkt, und die Staugefahr an Steigungen und im Stadtverkehr nimmt ab. Im August 2018 hat die EU das Projekt TRANSFORMERS als Success Story eingestuft.