Projekte

Zur Reduzierung des Fahrzeuggewichtes und des Kraftstoffverbrauchs werden im Automobil zunehmend Kunststoffkomponenten verbaut, unter anderem auch im Motorraum. Neben Motorabdeckungen, Kabeln oder Kabelverbindungen werden auch lasttragende Teile aus Metall, wie z.B. die Motorhalterung, durch Kunststoffteile ersetzt. Da hierfür eine hohe Temperaturbeständigkeit erforderlich ist, hat sich für solche Anwendungen Polyamid 6.6 (mit Glasfaseranteil) etabliert. Da es sich hierbei praktisch um eine Außenanwendung handelt, sind die Polyamidbauteile neben der erhöhten Temperatur auch unterschiedlichen Luftfeuchten ausgesetzt, was bei Polyamid bekanntermaßen zu hydrolytisch bedingter Schädigung führt. Der Einfluss der Umgebungsfeuchte und des resultierenden Wassergehaltes in den Kunststoffteilen wurde bisher aber weder in Prüfverfahren zur Lebensdauerbestimmung von Kunststoffen noch in den Modellen zur Lebensdauervorhersage ausreichend berücksichtigt.

Wir untersuchen den Einfluss von Schweißprozessen und Nachbehandlungsverfahren auf die Betriebsfestigkeit. Wir wenden bewährte Bewertungskonzepte an und entwicklen neue Methoden zu Lebensdauerabschätzung.

Das Reibschweißen ist eine Fügetechnik mit der sich Bauteile schnell und effizient fügen lassen. Es können dabei auch Werkstoffkombinationen gefügt werden, die mit konventionellen Scheißverfahren nicht zuverlässig gefügt werden können. Zu Projektbeginn existierten jedoch noch keine Bewertungskonzepte, mit der die Schwingfestigkeit reibgeschweißter Bauteile abgeschätzt werden konnten. Eine Anwendung der Bewertungskonzepte für lichtbogengeschweißte Verbindungen war nicht zielführend, da die versagenskritischen Kerben gänzlich unterschiedliche Charakteristika aufweisen. Nach Abschluss des Projekts steht nun eine Bewertungsmethodik zur Verfügung, mit der eine zuverlässige Bemessung möglich ist.

Im Rahmen des Leitprojektes Elektrokalorische Wärmepumpe ElKaWe entwickelt die Fraunhofer-Gesellschaft eine Wärmepumpe, welche ohne klimaschädliches Kältemittel oder Kompressor auskommt und sich den elektrokalorischen Effekt zu Nutzen macht. Um die Langzeitstabilität einer Wärmepumpe im Betrieb zu gewährleisten, finden seitens Fraunhofer LBF analytische und experimentelle Untersuchungen zur Zuverlässigkeit hochbeanspruchte Bauteile, wie das eigenentwickelte Federmembranventil, statt.

Predictive Maintenance und Online-Monitoring im Fahrzeugbau erfordern eine genaue Charakterisierung von den zu überwachenden Komponenten. Zusammen mit BMW hat das Fraunhofer LBF eine neue Methodik zur vereinfachten Erprobung und Charakterisierung von strukturintegrierten Hochvoltspeichern entwickelt. Hierbei wird ein Teil der Karosserie mit integriertem Hochvoltspeicher auf einem multiaxialen Schwingtisch getestet. Lagerungen mit einstellbarer Steifigkeit bilden die Steifigkeit der übrigen Karosserie nach und ermöglichen es schnell unterschiedliche Szenarien zu testen.

Herausforderungen auf dem Weg zur Wasserstoffwirtschaft: Maßgeschneiderte Analyse- und Versuchskonzepte für die Entwicklung von mit Wasserstoff beaufschlagten Produkte.

In diesem Projekt hat das LBF während der Corona-Pandemie 3D-gedruckte Komponenten für kostengünstige Beatmungsgeräte von den Gewinnern der »Give a Breath-Challenge«, eine gemeinsame Initiative der Fraunhofer-Gesellschaft und der Munich RE, auf ihre Systemzuverlässigkeit untersucht und Möglichkeiten zur Optimierung aufgezeigt.

Kunststoffbauteile sind im Betrieb wechselnden Umwelteinflüssen und komplexen Belastungskollektiven ausgesetzt. Für eine belastbare Lebensdauerabschätzung ist es erforderlich, Alterungs- und Versagensmechanismen besser zu verstehen, Schädigungen frühzeitig zu erkennen und hieraus Alterungs- und Versagensmodelle abzuleiten. Für Industriepartner werden auf die jeweilige Anwendung zugeschnittene Prüfmethoden und Prüfprotokolle entwickelt.

Die in diesem Projekt entwickelten Methoden gestatten es, zukünftig die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Antriebsstrang-Komponenten effizienter zu bewerten und damit eine zeit- und kostenoptimierte Entwicklung zu unterstützen.

Im Projekt DMD4Future wurde eine strukturierte Basis geschaffen, um sämtliche Daten und Prozesse der Kunststoffbauteilauslegung in einer sogenannten Ontologie abzubilden und Wirkzusammenhänge zu beschreiben. Dies ermöglicht im nächsten Schritt über bspw. maschinelles Lernen die Identifikation von neuen Wechselwirkungen und die Ableitung von neuen Leichtbaupotenzialen.