Projekte

Polyamide sind in der industriellen Anwendung weit verbreitet. Ihre Anwendung im selektiven Lasersintern (SLS) von Polymerpulvern wird jedoch durch eine erhöhte Anfälligkeit für thermooxidative Alterung eingeschränkt, die zu einer Degradation der Materialeigenschaften führt. Die Besonderheit hierbei ist, dass das Pulver für längere Zeit den Temperaturen im Pulverbett, also knapp unterhalb der Schmelztemperatur, ausgesetzt ist. Typische Stabilisatoren sind jedoch für die deutlich höheren Temperaturen bei der Schmelzeverarbeitung ausgelegt. Ziel dieser Studie war es deshalb, die Wirksamkeit von Additiven zur Unterdrückung der Alterung speziell bei den Bedingungen im Pulverbett zu untersuchen. Die Untersuchung bewies, dass durch die gezielte Zugabe von primären und sekundären Antioxidantien signifikant die Alterung im Pulverbett verlangsamt wird. Dies steigert das Potential von Polyamiden (PA6 und PA12) als geeignetes Materialien für anspruchsvolle Additive Manufacturing Anwendungen.

Hochvolt-Energiespeicher in Leichtbauweise für elektrifizierte Sattelauflieger.

Hybrides Batteriesystem: hochstromfähige Zellen kombiniert mit Zellen, die eine besonders gute Energiedichte aufweisen.

Im Projekt »K3I-Cycling« leiten wir das Arbeitspaket „Recycling und Rezyklatherstellung“. Gemeinsam mit 16 Partnern entwickeln unsere Experten neue Methoden, um aus gemischten Leichtverpackungsabfällen hochwertige Kunststoffrezyklate zu gewinnen. Im Fokus stehen die praktische Herstellung und Bewertung von Rezyklaten im Labor- und Pilotmaßstab sowie die Entwicklung von Additivpaketen – darunter biobasierte Stabilisatoren – zur gezielten Verbesserung der Materialeigenschaften. Mit moderner Werkstoffanalytik und Machine Learning werden Polyolefin-Rezyklate nach Alterungszustand und Verunreinigungen klassifiziert und in Qualitätscluster eingeteilt. So entstehen belastbare Materialqualitätslevel, die in neue Normen und digitale Produktpässe einfließen können.

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.

Die Offshore-Windenergie zählt zu den wichtigsten erneuerbaren Energiequellen in Deutschland. Die maritimen Tragstrukturen von Windenergieanlagen sind dabei komplexen Umweltbeanspruchungen ausgesetzt, deren Auswirkungen auf die Ermüdungslebensdauer nach dem heutigen Stand der Technik nur eingeschränkt zuverlässig bewertet werden können. Vor diesem Hintergrund haben wir eine praxistaugliche und zugleich präzise Methode zur Lebensdauerprognose versagenskritischer Schweißverbindungen entwickelt. Dadurch lassen sich erhebliche Einsparpotenziale im Herstellungsprozess erschließen.

Wir bündeln in der »Schwingfestigkeitsdatenbank für thermoplastische Kunststoffe« über drei Jahrzehnte Erfahrung zu einem einzigartigen Fundament für Konstruktion, Materialauswahl und Lebensdauerprognose. Die Datenbank erschließt Zusammenhänge zwischen Material, Geometrie, äußeren Einflüssen und Belastung und macht sie unmittelbar für Entwicklung und Validierung nutzbar. Die Datenbasis umfasst mehr als 11.000 geprüfte Proben und 1.300 Wöhlerkurven. Abgedeckt sind technische Thermoplaste verschiedener Hersteller, unterschiedliche Additivierungsformulierungen, Konditionierungszustände, variierte Probekörper-Geometrien, Umwelteinflüsse und mechanische Belastungen. Einheitliche Versuchsdokumentation und -auswertung sorgen für hohe Vergleichbarkeit und direkte Übertragbarkeit in Simulations- und Auslegungsroutinen.

Im Zuge der zunehmenden Digitalisierung im Kontext der Industrie 4.0 wird eine hohe Integrationsdichte von Sensoren in Maschinen und Anlagen gefordert. Im Projekt DELIGHT entwickelt das Fraunhofer LBF eine industrielle Herstelltechnologie für Elastomersensoren, die in lasttragende Elastomerbauteile wie Maschinenlager oder Kupplungen integriert werden können. Die Sensoren basieren auf der patentierten kapazitiven DELTA-C®-Technologie und können sowohl statische als auch dynamische Kräfte messen. Damit können beispielsweise Maschinen überwacht, Überlasten detektiert und Wartungsintervalle verlängert werden.

Im Forschungsvorhaben »GJSlim« arbeiten wir an der Entwicklung eines übertragbaren Leichtbaukonzepts zur Nutzung erhöhter zyklischer Beanspruchbarkeiten für ultraleichte Strukturen aus Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) mit Wandstärken kleiner als 5 Millimeter. Die Ergebnisse ermöglichen eine Zusammenführung von wandstärkenabhängiger Gestalt- und Prozessoptimierung mit lokalen Bauteileigenschaften. Das im digitalen Zwilling erfasste explizite Wissen aus den Disziplinen Gießereitechnik, Strukturleichtbau und Betriebsfestigkeit ermöglicht das Leichtbaupotenzial dieser Werkstoffe weiter zu steigern sowie die CO2-Emissionen während Produktion und Nutzung deutlich zu senken.

Das Forschungsprojekt »Automatisierte und digitalisierte Kreislaufwirtschaftslösungen für elektrische Achsantriebssysteme, ReDriveS« ist gestartet: Die 25 Partner aus Industrie, Mittelstand und Wissenschaft, ergänzt durch assoziierte Partner aus Forschung und Wirtschaft, stehen für eines der nationalen Leuchtturmprojekte im BMWE-Fachprogramm »DNS der zukunftsfähigen Mobilität – Digital, Nachhaltig, Systemfähig«. Automatisierte Demontageprozesse, innovative Recyclingverfahren für Seltene-Erden-Magnete und der Einsatz digitaler Zwillinge sollen branchenübergreifende Grundlagen für eine nachhaltige Elektromobilität schaffen.