Presseinformationen

In der Raumfahrtindustrie wird jedes Bauteil gründlich optimiert, um einen wirtschaftlich günstigen Betrieb zu gewährleisten. Zukünftige Trägerraketen-Konzepte werden noch leichter und zuverlässiger sein. Damit diese ehrgeizigen Anforderungen erreicht werden, ist die Entwicklung neuer Materialien und multifunktionaler Strukturen sowie innovativer Fertigungstechnologien unerlässlich. Im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF wurde die Umsetzung der vibroakustischen Metamaterialien-Technologie für eine zylindrische Leichtbaustruktur aus Verbundwerkstoff untersucht. Diese stellt die Oberstufe einer konzeptionellen Ariane 6-Trägerrakete dar. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben konzeptionelle und numerische Entwurfsstrategien entwickelt und experimentell validiert. Es traten Schwingungsreduktionen von bis zu 30 Dezibel (dB) im Frequenzbereich zwischen 150 Hertz (Hz) und 200 Hertz auf. Mehr dazu auf der Messe »Space Tech Expo Europe«, Bremen, 16. bis 18. November 2021, Fraunhofer-Stand N 40.

Die Corona-Pandemie ist ein Treiber für die Verwendung von UV-C-basierten Desinfektionsgeräten. Diese sind eine wirkungsvolle und sinnvolle Ergänzung zu anderen Desinfektionsmaßnahmen. Wie lange, aber bestrahlte Kunststoffe in Bahnen, Flugzeugen oder Supermärkten der hochenergetischen UV-C-Behandlung standhalten, ist bislang nicht genau untersucht. Optik und Schutzfunktion der Kunststoffprodukte können beeinträchtigt werden, wenn die UV-C-Beanspruchung höher ist als die Wirkung von Absorbern und Stabilisatoren in den Materialien. Ein neues Verbundvorhaben des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF soll die Wirksamkeit verfügbarer UV-Stabilisatoren gegen UV-C-Strahlung testen und frühzeitig wirksame(re) Additivkombinationen entwickeln.

Die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger stellt sehr hohe Anforderungen an die Sicherheitstechnik und Betriebsfestigkeit von Bauteilen, da bereits geringe Wasserstoff-Anteile mit Umgebungsluft zu einer Versprödung von Werkstoffen führen können. Damit steigen die Anforderungen an Werkstoffe und Bauteile, die korrosiven Umgebungsbedingungen, wie Wasserstoff, biogenen oder synthetischen Kraftstoffen, ausgesetzt sind. Mittels individueller und variabler Analysekonzepte werden am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF beispielsweise Untersuchungen unter Druckwasserstoff durchgeführt. Damit können relevante Schädigungsmechanismen identifiziert und Kennwerte zur Modellbildung und zur Ableitung von geeigneten Bemessungskonzepten für wasserstoff-beaufschlagte Bauteile ermittelt werden. Die neuesten Ergebnisse im Kontext Wasserstoff stellt das Fraunhofer LBF auf der internationalen Fachmesse »f-cell« vom 14. bis 15. September in Stuttgart vor.

Mobilität muss wettbewerbsfähig sein, nachhaltig und sicher. Leichtbau spielt dabei eine große Rolle. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit erforschen seit über 80 Jahren die Leichtbaupotenziale von Fahrzeugen und ihren Komponenten. Auf der »IAA Mobility« in München, 7. bis 12. September, präsentieren sie völlig neue Ansätze des nachhaltigen, zuverlässigen Leichtbaus für klimafreundliche Mobilität. Mit dem »Lasten-LeichtBauFahrrad« (L-LBF) und dem »Batteriegehäuse im Schachbrettdesign« wurden nachhaltige Werkstoffe, eine leichte Rahmenkonstruktion, höhere Batteriekapazität, effiziente Fertigungsverfahren und weitere funktionsintegrierte Lösungen realisiert.

Wie werden Kunststoffe nachhaltiger, ihr Recycling effizienter, ihr Aufbau biobasierter? Die Beherrschung von Unsicherheiten entlang der Wertschöpfungskette steht im Fokus der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF. Sie arbeiten an technologischen Lösungen für die effiziente Gestaltung, Bewertung und Modellierung von Prozessen in der Produktentwicklung. Forschungsergebnisse, wie etwa funktionsintegrierte Leichtbaukomponenten, steigern die Wettbewerbsfähigkeit industrieller Produkte. Aktuelle Ergebnisse präsentiert das Darmstädter Forschungsinstitut auf dem digitalen, 5. Hessischen Innovationkongress, 1. und 2. September 2021.

Experten aus dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF wollen die Hochspannungs-Kriechstromfestigkeit flammgeschützter technischer Thermoplaste weiter erforschen. In diesem Zusammenhang sucht das Darmstädter Forschungsinstitut interessierte Projektpartner entlang der Wertschöpfungskette, die sich im Rahmen eines industriellen Verbundprojektes engagieren. Das Ziel ist, umfangreiche Kenntnisse zu Wirkweisen flammgeschützter technischer Thermoplasten hinsichtlich ihrer Hochspannungs-Kriechstromfestigkeit zu entwickeln und zu vermitteln. Das neue Projekt soll den Teilnehmern effiziente Lösungen für die gesamte Wertschöpfungskette bieten sowie zielgenaue und effiziente Material- und Produktentwicklungen ermöglichen.

Die Ergebnisse der numerischen Simulation von Elastomerkomponenten weichen oft deutlich vom realen Verhalten der Bauteile ab. Ein möglicher Grund ist, dass nur Daten aus unidirektionalen Zugversuchen berücksichtigt werden. Forschende im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben bekannte Prüfvorschriften für den biaxialen Zugversuch verbessert. Die implementierte optische 3D-Vermessung des Probekörpers unter der Belastung ermöglicht die präzise Erfassung der Materialeigenschaften. Die Daten aus dem neuen Verfahren verbessern die Materialmodellierung und bilden damit die Grundlage für die erhöhte Konstruktionsqualität von Elastomerbauteilen.

Hydrostatische Zug- und Druckversuche sind von entscheidender Bedeutung zur Modellierung der Materialeigenschaften von harten Schäumen. Die Daten aus diesen Tests sind unerlässlich, um das Materialversagen in der Anwendung auszuschließen. Forscher am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben innovative Prüfverfahren und verbesserte Methoden für die sichere Auslegung von Hartschaumbauteilen entwickelt.

Auch auf Darmstadts Straßen sind immer mehr Elektroautos unterwegs. Lademöglichkeiten für diese Fahrzeuge fallen dagegen nicht besonders auf. Es fehlt, wie vielerorts auch, an ausreichender Ladeinfrastruktur. In Kranichstein gibt es ab sofort vier neue Ladesäulen auf dem Gelände des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF. Dank des Fraunhofer-Verbundprojekts »LamA – Laden am Arbeitsplatz« stehen dort Mitarbeitenden und Dritten vier AC-Ladenpunkte (22 kW) zur Verfügung. Die Registrierung und die Abrechnung laufen über einen externen Betreiber.

Bei der zuverlässigen Auslegung von Produkten und Systemen lässt sich die Grenze zwischen der Betriebsfestigkeit und der strukturdynamischen Beanspruchung nicht immer eindeutig definieren. Die Frequenzbereiche, in denen klassische betriebsfestigkeitsrelevante Belastungen einwirken, führen oftmals aufgrund der Wechselwirkung mit den strukturdynamischen Eigenschaften zu weiteren Beanspruchungen. Diese haben ebenfalls eine Ermüdung und ein Bauteilversagen zur Folge oder beeinflussen den Komfort und die Nutzbarkeit eines Systems stark. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit haben innovative Ansätze entwickelt, die eine gekoppelte, übergeordnete numerisch als auch experimentelle Betrachtung der Gesamtsystembeanspruchungen möglich machen.