Presseinformationen

Kunststoffe haben Stress mit ihrer Umwelt: Wechselnde Temperaturen, Sonnenstrahlung, Feuchte, chemische Substanzen und mechanische Belastungen setzen ihnen zu und verändern die Materialeigenschaften. Um die Risiken beim Einsatz neuer Materialien oder bei geänderten Betriebsbedingungen zu minimieren, sind belastbare Aussagen zur Lebensdauer erforderlich. Voraussetzung hierfür sind neben Prüfmethoden, die Schädigungen frühzeitig zu erkennen, geeignete Alterungs- und Versagensmodelle sowie anwendungsrelevante Schadenskriterien. Um die Material- und Bauteilentwicklung zu beschleunigen, ist es zudem von Vorteil, die Dauer der Prüfzyklen, der Klimalagerung oder der Laborbewitterung zu verkürzen. Forscherteams aus dem Bereich Kunststoffe des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF entwickeln maßgeschneiderte Prüfmethoden und koppeln diese mit Modellierungssoftware zur Lebensdauervorhersage für komplexe Einsatzszenarien. Das Resultat sind kürzere Entwicklungszeiten und ein verringertes Ausfallrisiko im späteren Einsatz.

Alltägliche Belastungen von Haushaltsgeräten oder Produkten im Elektronik- und Mobilitätsbereich führen zu Schwingungen und Vibrationen, die deren Haltbarkeit und Einsatzsicherheit maßgeblich beeinflussen. Wie Produktentwickler und Berechnungsingenieure solche kurzfaserverstärkten Verbundwerkstoffe zuverlässiger, sicherer und effizienter auslegen können, erklären Experten aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF einfach und verständlich am 16. März 2021 in einem kostenfreien Online-Seminar.

Der Leichtbau ist insbesondere aus der Mobilitätsbranche nicht mehr wegzudenken. Im Zuge der Mischbauweise mit Leichtmetallen und Faser-Kunststoff-Verbunden rücken nun hybride Klebverbindungen in den Fokus. Aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der Materialien kann es dort bei großen Temperaturdifferenzen zu hohen Eigenspannungen und somit zum Versagen im Klebstoff kommen. Vor allem bei Verbindungen unter hohen strukturellen Lasten lassen sich diese Eigenspannungen nur bedingt durch die Wahl des Klebstoffs ausgleichen. Daher ist es notwendig, die Gestaltungsparameter der Verbindung und der Fügepartner gesamtheitlich zu betrachten. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF untersucht dies gemeinsam mit Partnern in dem im Frühjahr 2020 gestarteten Forschungsprojekt GOHybrid.

Die Teilevielfalt gegossener Bauteile reicht von kleinen Komponenten mit weniger als einem Gramm für Medizintechnik und Elektronikindustrie bis zu mehreren hundert Tonnen schweren Walzen und Pressenständern. Leichtbau, Nachhaltigkeit, Sicherheit und Kosteneffizienz sind die Attribute gegossener Produkte und Produktion. Doch es gibt neue Herausforderungen. Beispielsweise sorgt der Druck der Internationalisierung von Warenströmen für fallende Preise, und auch der Wunsch nach mehr Digitalisierung fordert Gießer und Anwender, neue Wege zu gehen. Gießereifachverbände empfehlen den am Entwicklungsprozess Beteiligten aus Industrie und Forschung stärker vernetzt zu agieren, voneinander zu lernen und damit zukunftsfähig zu bleiben. Der neue virtuelle Kongress »InCeight Casting C8«, 2. bis 3. März 2021, bietet mit fundierten Fachvorträgen, Workshops und Podiumsdiskussion diesen interdisziplinären Wissens- und Interessenaustausch.

Zunehmend schärfere gesetzliche Emissionsgrenzwerte drängen die Automobilindustrie zu innovativen Leichtbaulösungen. In diesem Kontext gewinnt die Schwingfestigkeit von gefügten Feinblechverbindungen, insbesondere an Multimaterialverbindungen, an Bedeutung. Im Rahmen des von der EU geförderten Forschungsprojektes »ALLIANCE« hat der Automobilhersteller Opel Automobile GmbH zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und dem Fachgebiet SAM der Technische Universität Darmstadt innovative numerische Methoden auf Basis von Schwingfestigkeitsversuchen von Scherzug- und Schälzugproben zur Lebensdauerabschätzung für Multi-Material-Fügetechniken entwickelt. Die Validierung der Methode erfolgte durch die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer LBF mit Schwingfestigkeitsversuche an bauteilähnlichen Tellerproben mit der Materialpaarung Stahl-Aluminium.

Kommt es bei Kunststoffbauteilen in der Produktion oder im Betrieb zu Schadensfällen, ist schnelle Hilfe gefragt. Im schlimmsten Fall führen Schäden zu Produktionsstillstand in Unternehmen oder Regressforderungen. Daher müssen Ursachen für auftretende Schäden kurzfristig identifiziert und Lösungskonzepte in kürzester Zeit bereitgestellt werden. Hier bietet das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF umfangreiche Unterstützung an. In der »Taskforce Troubleshooting« wird ab sofort die Kompetenz in der Schadensanalytik für Kunststoffbauteile am Fraunhofer LBF gebündelt. Interessenten aus allen Bereichen der Kunststoff-Analytik können sich zum praxisbezogenen Austausch mit den Fraunhofer-Experten für Veranstaltungen Anfang 2021 anmelden.

Die Covid19-Pandemie macht es deutlich: Infektionsverläufe können sich nach anfangs mildem Verlauf plötzlich verschlechtern. Im Projekt M³Infekt entwickeln Fraunhofer Forschende aus zehn Instituten mit klinischen Partnern ein dezentrales multimodales Sensorsystem Das soll ein schnelles Eingreifen bei plötzlichen Zustandsverschlechterungen von Infektionskrankheiten ermöglichen. Das Fraunhofer LBF trägt mit seiner Expertise in Funktionsintegration und Energy Harvesting Systemen zu der Implementierung von energieautarken Sensortechnologien bei, die elektrische Energie für den Betrieb aus Körperbewegungen gewinnen. Dabei entstehen Wearables, die einen hohen Tragekomfort gewährleisten und elektrische Energie für verschiedene Sensortechnologien zur Verfügung stellen. Durch den Verzicht auf Batterien als Energiespeicher sind Prozesse des Aufladens oder Austausches nicht notwendig. Somit soll ein energieautarkes, kontinuierliches Monitoring von Vitalparameter durchgeführt werden, die eine effiziente Erkennung von Zustandsverschlechterungen bei Infektionskrankheiten ermöglicht.

Mit Anfang des kommenden Jahres bauen wir unsere Expertise in der Elastomertechnologie aus und freuen uns Herrn Ali Golriz als neuen Gruppenleiter begrüßen zu dürfen. Herr Golriz studierte bis 2009 an der Technischen Universität Darmstadt in der Gruppe von Prof. Matthias Rehahn auf dem Gebiet der makromolekularen Chemie. Als wissentliche Hilfskraft unterstützte er das vormals Deutsche Kunststoffinstitut (DKI), wohin er bis heute eine enge Verbindung hält. Seine Diplomarbeit, die er in Kooperation mit Merck KGaA fertigte, befasste sich mit Kern-Schale-Partikeln als Kratzfestadditive für Klarlacke basierend auf Emulsionspolymerisation.

Sie haben das Potential, einen Paradigmenwechsel im Umgang mit Materialien einzuleiten: Werkstoffe, deren Struktur so aufgebaut ist, dass sich ihre Eigenschaften gezielt kontrollieren und reversibel ändern lassen. Das Fraunhofer-Forschungscluster Programmierbare Materialien, an dem auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF beteiligt sind, entwickelt diese innovativen Werkstoffe. Sie ersetzen technische Systeme aus vielen Bauteilen und Materialien durch ein einzelnes, lokal konfiguriertes Material. Damit lassen sich komplexe und lokal unterschiedliche Effekte implementieren, die völlig neuartige Bauteilfunktionen erlauben. Das Spektrum der denkbaren Anwendungsmöglichkeiten ist enorm. Daher ist es das Ziel des Fraunhofer LBF, dieses innovative Thema mit Unterstützung der Industrie weiter vorantreiben. Mehr Informationen gibt der virtuelle Workshop »Programmierbare Dämpfung« am 17. November 2020.

Funktionsintegrierter und kosteneffizienter Leichtbau für die Elektromobilität: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben ein Leichtbau-Batteriepack entwickelt, das ausschließlich Faser-Kunststoff-Verbunde verwendet. So konnte das Gewicht gegenüber Aluminiumgehäusen um 40 Prozent gesenkt werden. Diese Bauweise reduziert nicht nur die bewegte Masse des E-Mobils, sondern erhöht dank zusätzlich integrierter Funktionen dessen Reichweite und Dynamik. Weil das Batteriepack in einem eigens entwickelten hocheffizienten Verfahren gefertigt wird und über einen spezifischen Strukturaufbau verfügt, lässt es sich sehr günstig produzieren. Mehr Informationen zum Projekt gibt es auf den Fraunhofer Solutions Days, Mobilitätswirtschaft, am 29.10.2020.