Projekte

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.

Im Rahmen von »RE-IMPACT« haben wir ein zerstörungsfreies Prüfverfahren basierend auf der Elektromechanischen Impedanz (EMI)-Methode entwickelt mit dem strukturelle Veränderungen frühzeitig erkannt und die Materialqualität kontinuierlich überwacht werden kann.

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.

Am Ende einer erfolgreichen Produktentwicklung steht der Nachweis der Produkteignung. Ein oft aufwändiger Aspekt ist dabei der experimentelle Nachweis der Lebensdauer unter Betriebsbedingungen. Im Fraunhofer LBF wurden methodische Kompetenzen der Lebensdauerbewertung mit Technologien der Schwingungstechnik zusammengeführt und weiterentwickelt.

Die additive Fertigung stößt derzeit in vielen Bereichen des Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbaus auf ein stetig wachsendes Interesse. Um die Zuverlässigkeit derartig gefertigter Bauteile besser gestalten zu können, hat das Fraunhofer LBF mit den AM FATIGUE LABS ein neues Laboratorium für realitätsnahe Simulationen entwickelt, mit welchen sich verlässliche Bemessungskennwerte zur Auslegung solcher, additiv gefertigter Bauteile ermitteln lassen.

Die entwickelte Methode ermöglicht die präzise Ermittlung des biaxialen Verhaltens von Elastomeren bei extremen Temperaturen. Beim Aufblasen einer kreisförmig eingespannten Elastomerplatte kann bei homogenen Werkstoffen, mittels der seitlichen Aufnahme mit einer einzelnen Kamera die Dehnung der Blase über eine automatische Auswertesoftware erfasst werden.

Kunststoffe für Kabelmäntel müssen hohen Anforderungen über einen langen Zeitraum gerecht werden. Die notwendigen Eigenschaften wie beispielsweise der Flammschutz des Kunststoffs werden durch Additive gezielt eingestellt. Durch das Inkrafttreten der Norm hEN 50575:2017 wurden die verschärften Brandschutzauflagen, je nach Zusammensetzung der Kabelformulierung, erst durch den Zusatz von Schichtsilikate erreicht. Diese verringern allerdings maßgeblich die Langzeitstabilität des Kabelmantels - eine Problemstellung, die von den WissenschaftlerInnen des Fraunhofer LBF im Rahmen des Projektes NanoFlame (IGF-Vorhaben-Nr. 20725 N) angegangen wurde.

Identifikation und Optimierung von Schweißparametern zum Reparaturschweißen von Bauteilen aus Gusseisen mit Kugelgrafit mit Einstellung eines definierten Gefüges zur Gewährleistung vergleichbarer statischer und zyklischer Festigkeitskennwerte von Schweißzone, Wärmeeinflusszone und Grundmaterial.

Der praktische Nutzen und Vorteil eines Komponentenlebensdauerversuches wird maßgeblich durch die realitätsnahe Umsetzung aller relevanten Komponentenbelastungen entsprechend den realen Betriebsbelastungen bestimmt. Komponenten von Pumpen unterliegen sowohl einer mechanischen als auch einer hydraulischen Belastung. Die lokalen Dehnungsmaxima an entsprechenden Elastomerbauteilen resultieren dabei in der Regel aus der Überlagerung beider Belastungsarten. Für die Lebensdauer von Komponenten spielen gerade diese maximalen Dehnungen eine entscheidende Rolle. Die synchrone Umsetzung beider Belastungen dient zur Absicherung der Lebensdauer und erhöht die Produktqualität.

Innovativ designen, sicher auslegen, zuverlässig testen: Versuchstechniken & Auslegungsmethoden

Kunststoffe sind aus der Elektrotechnik und Elektronik nicht mehr wegzudenken. Mit ihrer leichten Formbarkeit und ihren herausragenden Isolationseigenschaften haben sie diese Bereiche geradezu revolutioniert. Hierbei kommen sowohl Elastomere (Kabelisolierungen), Thermoplaste (Gehäuse, Schaltschränke etc.) als auch Duromere (Leiterplattenmaterialien, Hochspannungsisolatoren) zum Einsatz. Gerade z. B. als Rückseitenmaterial für Solarzellen ist eine extrem geringe elektrische Leitfähigkeit sehr wichtig, um Kriechströme und Langzeitkorrosion zu vermeiden. In anderen Bereichen kann diese geringe Leitfähigkeit allerdings auch zum Problem werden, da sie elektrostatische Aufladung ermöglicht, und somit zu Problemen durch elektrische Entladung (ESD, Funkenbildung) sowie Staubanziehung, Zusammenhaften oder Wegspringen von Teilen etc. führt. In diesem Fall ist eine geringe, aber merkliche elektrische Leitfähigkeit erwünscht. In anderen Fällen ist sogar eine gute elektrische Leitfähigkeit erforderlich, z. B. für Bipolarplatten von Brennstoffzellen oder leitfähige Textilfasern. Obwohl es einige intrinsisch leitfähige Polymere gibt, wird in den meisten Fällen ein kohlenstoffbasierter Füllstoff (Ruß, Carbon Nanotubes, Graphit) eingesetzt. In allen Fällen ist es erforderlich, den Kunststoff bzw. das Compound hinsichtlich der elektrischen Eigenschaften zu charakterisieren. Die Experten im Fraunhofer LBF nutzen dazu individuell ausgewählte Messmethoden.

Mit Methodenbaukasten schnell an Ziel: Zuverlässige und sichere Wasserstoffanwendungen für die Industrie.

Bewertung unkonventioneller Prozesstechnologien für Aluminiumknetlegierungen der 7xxx-Serie: Im Rahmen des Teilprojekts am Fraunhofer LBF wurden diverse Fertigungseinflüsse auf das zyklische Material- sowie das Schädigungsverhalten der Aluminiumlegierung EN AW-7075 vom Kurzzeit- bis zum Langzeitfestigkeitsbereich untersucht.

Kunststofftypische Eigenschaften durch Blending verbessern, ohne die Wärmeleitfähigkeiten zu reduzieren. Wärmeleitfähige Polyamid 6 Blends mit hoher Fließfähigkeit.

Produkte zielgerichtet auslegen und die Zuverlässigkeit von Systemen erhöhen: Methodik zur experimentellen Lebensdaueruntersuchung thermooxidativ gealteter Elastomerbauteile

Bei der Verwendung von Gusseisen mit Kugelgraphit (GJS) für Großgussbauteile mit hohen Wandstärken können insbesondere bei mischkristallverfestigten GJS-Güten unerwünschte Graphitdegenerationen im Werkstoffgefüge auftreten. In der Praxis geht die Detektion gewisser Graphitdegenerationen, z.B. durch zfP-Verfahren, meist mit dem Ausschuss des entsprechenden Bauteils einher, da degenerierter Graphit die Werkstoffbeanspruchbarkeit i.d.R. verringert. Zur besseren Klassifizierung verschiedener Graphitentartungen sowie zur Ermittlung ihrer Einflüsse auf die Schwingfestigkeit wurden im Forschungsprojekt »DeGra« GJS-Werkstoffe mit vorliegenden Entartungen untersucht. Hierbei wurden Erkenntnisse aus quasi-statischen und zyklischen Untersuchungen mit Erkenntnissen aus der digitalen Bildauswertung metallographischer Schliffbilder korreliert. Dies ermöglicht die Bewertung der mechanischen Eigenschaften bei häufig lokal vorliegenden Entartungen im Bauteil zur Verringerung von Ausschuss und Schrott.

Effiziente und schadstoffarme Hybridkonzepte für Nutzfahrzeuge: mehr Reichweite, niedrigere Gesamtbetriebskosten, Compressed Natural Gas, Validierung im realen Betrieb

Im Entwicklungsprozess für neue Räder werden die strukturdynamischen Eigenschaften bei den Zulieferern anhand von numerischen Modellen abgeschätzt. Zur Validierung dieser Eigenschaften fordern die Automobilhersteller experimentelle Nachweise dieser Eigenschaften. Dazu müssen die ersten neue gefertigten Räder nach speziellen Vorgaben der OEM mit Methoden der experimentellen Strukturdynamik untersucht werden. Auf Basis langjähriger Erfahrung sind dem Fraunhofer LBF diese Methoden und auch Vorgaben der OEM bekannt. Radherstellern, denen entsprechende Kompetenzen fehlen bieten wir die Durchführung der geforderten Experimente und also die Erbringung der Nachweise an. Gerne unterstützen Radhersteller auch beim Kompetenzaufbau bzgl. der experimentellen Strukturdynamik.

3D gedruckte Bauteile finden zunehmend auch in strukturellen Anwendungen Einsatz. In diesem Zusammenhang ist es relevant die mechanischen Eigenschaften detailliert beschreiben zu können, sowie für die Auslegung passende Methoden bereitzustellen. Im Projekt AddiSim werden diese Aspekte für selektiv lasergesinterten (SLS) PA12 Bauteile untersucht. Dabei liegt ein Hauptaugenmerk in der Beschreibung des Einflusses der Positionierung und der Orientierung der Bauteile im Druckraum. In unterschiedlichen Ausrichtungen gedruckte, aber baugleiche Teile besitzen sehr unterschiedliche mechanische Eigenschaften.

Im Projekt SET Level arbeitet das Fraunhofer LBF mit Partnern aus Wirtschaft und Wissenschaft an einer effizienten Simulationstechnologie. Diese soll flexibel für unterschiedliche Anwendungen und Stufen in der Fahrzeugentwicklung einsetzbar sein, einen nennenswerten Anteil der benötigten Fahrtests in die Simulation verlagern und damit Freigabe- und Zulassungsverfahren absichern und verkürzen.

Das Forschungsprojekt »ORka3D« - Optimierung des Ressourceneinsatzes bei Schweißkonstruktionen durch die automatisierte in-line Lebensdauerbewertung auf Basis von 3D-Scans - hat zum Ziel, ein automatisiertes Verfahren zur Auswertung der Schweißnahtqualität und der damit verknüpften Ermüdungsfestigkeit zu entwickeln. Dadurch kann die Qualitätskontrolle vereinfacht und verbessert werden, da mögliche Schwachstellen direkt nach der Fertigung identifiziert und behoben werden können. Das Projekt zielt darauf ab, eine konstante Produktqualität zu gewährleisten und gleichzeitig Kosten zu senken.

Elastomerschäden schnell und einfach identifizieren: Durch die vielfältigen Schadensbilder an Elastomerbauteilen ist eine Rückführung auf die Schadensursache nicht immer leicht. Das Fraunhofer-interne Projekt »KI-basierte Schadensanalyse von technischen Elastomeren – KISTE« erörtert die Möglichkeiten, Schadensfälle anhand von künstlicher Intelligenz objektiv zu bewerten. Der entstehende Prozess am Beispiel einfacher Bauteile ist auf kundenspezifische Anwendungen übertragbar.

Technologien zur schnellen Anpassung an wechselnde Anforderungen bei betriebsbedingten Veränderungen strukturdynamischer Eigenschaften von mechanischen Systeme z.B. für Intralogistiksysteme, Werkzeugmaschinen, Fahrzeuge

DNAguss steht für durchgängige numerische Auslegung entlang der Prozesskette von Gussbauteilen und ist ein innovatives Forschungsprojekt, das sich auf die Optimierung der Konstruktion von Gussbauteilen am Beispiel des Werkstoffs EN-GJS-400-18-LT konzentriert. Das Ziel des Projekts ist es, alle Softwaretools, die während des Konstruktionsprozesses von Gussbauteilen verwendet werden, in einer einzigen Softwarekette zusammenzufassen, um die Gießbarkeit, den Leichtbau und die zerstörungsfreie Prüfbarkeit bei sichergestellter Betriebsfestigkeit zu optimieren.