Presseinformationen

Umweltverträglicher und energieeffizienter sollen zukünftige Schiffsgenerationen auf den Weltmeeren unterwegs sein. Das Forschungsprojekt „SmartPS“ am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF leistet mit der Entwicklung eines intelligenten Antriebsstrangs einen wesentlichen Beitrag zum Gelingen dieser Forderung. Dazu zapfen die Darmstädter Wissenschaftler mit einem Energy Harvesting-Konzept bisher ungenutzte Energiequellen, wie beispielsweise Torsionsschwingungen, an. Die Sensorik ist Teil des rotierenden Systems und somit direkt an der Wirkstelle angebracht. Das Besondere: Belastungs- und Zustandsdaten aus dem Antriebsstrang liegen über drahtlose Datenübertragung direkt beim Nutzer vor, sobald der Antriebsstrang rotiert. Diese Informationen dienen einer bedarfsgerechten und kostengünstigeren Wartung, und sie können die Entwicklung neuer Antriebsgenerationen in Richtung einer leichteren Dimensionierung unterstützen. Die Sensorik ist dabei unabhängig von externen Energiequellen.

Der globale Wandel sowie die zunehmende Vernetzung und Digitalisierung stellen die deutsche Wirtschaft in Zukunft vor vielschichtige Herausforderungen. Insbesondere der Einsatz digitaler Methoden in der Produktionstechnik kann dazu beitragen, die Wertschöpfung im Hochindustriestandort Deutschland zu halten und den technischen Fortschritt zu sichern. Im kürzlich abgeschlossenen Projekt „Digitalisierung in der Prüftechnik“ haben sich Experten des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF mit der Fragestellung beschäftigt, wie der Entwicklungsweg von der Idee zum kundenspezifisch individualisierten Produkt maßgeblich beschleunigt werden kann. Im Bereich der Steuergeräteentwicklung nutzten die LBF-Wissenschaftler die Hardware-in-the-Loop-Methode, mit der sich eine durchgängige Eigenschaftsabsicherung im gesamten Wertschöpfungsprozess sicherstellen lässt. Dabei wird ein reales Produkt mit einem virtuellen Abbild – dem digitalen Zwilling – des kundenspezifischen Anwendungsszenarios gekoppelt. Mit diesem Vorgehen lassen sich auch komplexe und sicherheitskritische Kundenanforderungen effizient entwickeln und validieren. Doppelarbeiten, Redundanzen und Fehler bei der Technologieintegration werden vermieden. Das Fraunhofer LBF stellt diese neue Technologie auf der Hannover Messe vom 1. bis 5. April 2019 (Halle 2 Stand C22) vor.

Wenn es um das Wohl von Patienten geht, sind Mediziner auf die Unterstützung durch modernste Technik angewiesen. Die Zuverlässigkeit der eingesetzten Geräte und deren leistungsfähiges Zusammenspiel entscheiden mit über den Behandlungserfolg. Im Hinblick auf zukünftige Produkte entwickelt das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Zusammenarbeit mit der Firma Dräger ein Konzept, das die Zuverlässigkeit der Systeme weiter absichern soll und praktikabel im Alltag umgesetzt werden kann. Untersucht werden Kontrolldisplays, wie sie in Krankenhäusern zur Steuerung von Beatmungs- oder anderer Peripheriegeräte verwendet werden. Die Apparaturen stellen darüber hinaus auch Vitaldaten des Patienten oder Betriebsparameter des Geräts dar.

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.

In der Produktionstechnik gilt die additive Fertigung metallischer Strukturen als hochflexible und innovative Methode, die den Weg zu neuen Designansätzen öffnet. Allerdings kann das Verfahren bisher für zyklisch belastete Bauteile und Verbindungen wegen fehlender Auslegungsstandards kaum genutzt werden. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF widmet sich daher in mehreren Forschungsprojekten dem Selektiven Laserschmelzen (SLM), um diese Lücke zu füllen. Die Ergebnisse präsentiert das Fraunhofer LBF auf der DVM Tagung „Additiv gefertigte Bauteile und Strukturen“ in Berlin vom 07. bis 08. November 2018.

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.

Biomimetische Rumpfbeschichtung, Detektion von Schiffbrüchigen per Radar, innovative Roboter mit intelligenter Sensorführung für den Schiffsbau – das sind nur einige der vielfältigen Entwicklungen, die Fraunhofer-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf dem Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle B6, Standnummer 319, präsentieren.

Bei der Entwicklung neuer Kunststoffprodukte ist es sehr wertvoll, auf bereits vorliegende Informationen zurückgreifen zu können. Angesichts immer kürzerer Entwicklungszyklen gewinnen dabei Materialdatenbanken immens an Bedeutung. Auf dem Gebiet der Schwingfestigkeitscharakterisierung von Kunststoffen hat sich das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in den zurückliegenden 25 Jahren eine profunde Expertise erarbeitet und inzwischen über 6.000 geprüfte thermoplastische Proben in einer Datenbank gespeichert. Daraus lassen sich grundlegende Zusammenhänge wie beispielsweise die Einflüsse von Geometrie, Umwelt, Alterung, Belastungsart, lokaler Faserorientierung, Füllgehalt oder Materialtyp auf die Schwingfestigkeit ableiten. Das kann den Aufwand für die Charakterisierung von Werkstoffen deutlich reduzieren und die Entwicklungszeit verkürzen. Darüber hinaus kann man mit Hilfe einer solchen Datenbank Annahmen, die bei der statistischen Auswertung von Schwingfestigkeitsversuchen getroffen werden, validieren.