Presseinformationen

Bei fast allen Entwicklungen im Maschinenbau steht heute der effiziente Leichtbau an oberster Stelle. Vor allem in der Mobilität sorgt bereits eine geringe Masseneinsparung für einen erheblich reduzierten Treibstoffverbrauch und CO2-Ausstoß. Aber wie langlebig sind solche Leichtbaulösungen im aktiven Gebrauch tatsächlich? Dieser Frage gehen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt, des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden und der Kunststofftechnik Paderborn in einem kürzlich gestarteten Kooperationsprojekt nach. Im Fokus stehen dabei Infrarotschweißverfahren von Kunststoffen. Das Forscherteam erwartet von den Ergebnissen des Projekts eine Kostenersparnis von 20 Prozent bei einzelnen Bauteilen aus der Automobilindustrie.

Kohlenstoff im Kreislauf führen, somit Plastikmüll und Emissionen vermeiden: Das ist das Ziel im Projekt »Waste4Future«. Die Fraunhofer-Institute und -Einrichtungen IMWS, IZFP, IWKS, IOSB, FHR, LBF und IVV bündeln darin ihre Kompetenzen, um ein entropiebasiertes Bewertungsmodell für kohlenstoffhaltige Abfallströme und neue Technologien für Sensorierung, Sortierung sowie das werkstoffliche und chemische Recycling zu entwickeln. »Waste4Future« bahnt den Weg für eine Kohlenstoff-Kreislaufwirtschaft, in der aus Kunststoffabfällen wertvolle neue Basismoleküle gewonnen und Emissionen weitgehend vermieden werden: Der Abfall von heute wird zur Ressource von morgen und reduziert somit zugleich die Abhängigkeit der Industrie von importierten primären Kohlenstoffressourcen wie Erdöl und Erdgas.

Wasserstoff gilt als einer der Grundpfeiler für eine klimaneutrale, nachhaltige Energie und Mobilität der Zukunft. Ein wichtiges Ziel dabei ist die Versorgung mit grünem Wasserstoff, der aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen wird. Dabei werden für die Erzeugung von grünem Wasserstoff oft keine «grünen» Materialien verwendet. Das soll sich jetzt ändern. Ein neues Leistungszentrum in Hessen unter Federführung der Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS und dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF setzt sich zum Ziel, «grüne» Materiallösungen für die Wasserstoffwirtschaft zu entwickeln und die Zuverlässigkeit von Wasserstoff-beaufschlagten Systemen sicherzustellen. Initiiert wurde das Leistungszentrum «GreenMat4H2 – Green Materials for Hydrogen» durch einen Beschluss des Vorstands der Fraunhofer-Gesellschaft.

Kunststoffabfälle und ein unsachgemäßer Umgang mit ihnen führen zu globalen Umweltproblemen. Besonders Verpackungskunststoffe sind problematisch, wenn sie nicht wieder einem weiteren Nutzungskreislauf zugeführt werden. Im abgeschlossenen Forschungsvorhaben »UpcyclePET« hat das Fraunhofer LBF zusammen mit der EASICOMP GmbH, einem Experten für langglasfaserverstärkte Thermoplasten, einen neuen Werkstoff auf Basis gebrauchter Getränkeflaschen aus PET (Polyethylenterephthalat) entwickelt. Dieser neue und nachhaltige Werkstoff weist mechanische Eigenschaften auf, die denen von kurzglasfaserverstärkten Neuware-Kunststoffen, wie kurzglasfaserverstärkte Polyester oder Polyamide, ähneln. Das aus dem neuen Werkstoff hergestellte Demonstrator-Bauteil zeichnet sich darüber hinaus durch eine geringe Schwindung und besonders hohe Maßhaltigkeit aus. Zudem weist der Werkstoff einen deutlich verbesserten CO2-Fußabdruck auf, wie der Projektpartner Öko-Institut in einer orientierenden Lebenszyklusanalyse ermittelt hat. Mit diesen Eigenschaften ausgestattet, haben die neuen Werkstoffe ein hohes Potential, vor allem bei größeren Bauteilen in technischen Anwendungen, wie zum Beispiel in Automobilen, in Möbeln oder im Baubereich, eingesetzt zu werden.

Am Ende ihrer Nutzungsphase werden Kunststoffe in Deutschland in der Mehrzahl immer noch verbrannt. Obgleich der Bedarf an gesteigerter stofflicher Verwertung inzwischen von Industrie und Gesellschaft gleichermaßen formuliert wird, ist ihr Anteil als wertschöpfende Alternative zur thermischen Verwertung nach wie vor zu gering. Forschende im Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit untersuchen, wie das Potenzial, das insbesondere Kunststoffe aus dem Gelben Sack bieten, besser ausgenutzt werden kann. Ein virtuelles Seminar findet am 22. April 2021 statt. Ziel ist: Mehr Abfälle recyceln, CO2 einsparen, Rohstoffe schonen.

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.

Branchenübergreifende Forschungsaktivitäten ihrer Institute organisiert die Fraunhofer-Gesellschaft seit Jahresbeginn in neuer Form. Wirtschaft und Industrie sollen so noch besser unterstützt werden. Die bisherige »Fraunhofer-Allianz Leichtbau« setzt ihre Arbeit daher als »Fraunhofer Forschungsfeld Leichtbau« in bewährter Weise fort. Im Jahr 2021 stehen Technologien zur Funktionsintegration und zur Digitalisierung im Mittelpunkt der Forschung – ein wichtiger Beitrag, um die Klimaziele zu erreichen.

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.