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Schwingungen optimieren: Programmierbare Materialien sind die Zukunft der Werkstoffe
Sie haben das Potential, einen Paradigmenwechsel im Umgang mit Materialien einzuleiten: Werkstoffe, deren Struktur so aufgebaut ist, dass sich ihre Eigenschaften gezielt kontrollieren und reversibel ändern lassen. Das Fraunhofer-Forschungscluster Programmierbare Materialien, an dem auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF beteiligt sind, entwickelt diese innovativen Werkstoffe. Sie ersetzen technische Systeme aus vielen Bauteilen und Materialien durch ein einzelnes, lokal konfiguriertes Material. Damit lassen sich komplexe und lokal unterschiedliche Effekte implementieren, die völlig neuartige Bauteilfunktionen erlauben. Das Spektrum der denkbaren Anwendungsmöglichkeiten ist enorm. Daher ist es das Ziel des Fraunhofer LBF, dieses innovative Thema mit Unterstützung der Industrie weiter vorantreiben. Mehr Informationen gibt der virtuelle Workshop »Programmierbare…
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Wenig Gewicht und günstig zu produzieren: Leichtbau-Batteriepack bringt E-Mobilität voran
Funktionsintegrierter und kosteneffizienter Leichtbau für die Elektromobilität: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF haben ein Leichtbau-Batteriepack entwickelt, das ausschließlich Faser-Kunststoff-Verbunde verwendet. So konnte das Gewicht gegenüber Aluminiumgehäusen um 40 Prozent gesenkt werden. Diese Bauweise reduziert nicht nur die bewegte Masse des E-Mobils, sondern erhöht dank zusätzlich integrierter Funktionen dessen Reichweite und Dynamik. Weil das Batteriepack in einem eigens entwickelten hocheffizienten Verfahren gefertigt wird und über einen spezifischen Strukturaufbau verfügt, lässt es sich sehr günstig produzieren. Mehr Informationen zum Projekt gibt es auf den Fraunhofer Solutions Days, Mobilitätswirtschaft, am 29.10.2020. Batteriepacks für Elektrofahrzeuge sind aufgrund der hohen Menge benötigter Batteriezellen aktuell sehr schwer, wenn die geforderten hohen…
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Leistungsstarkes Lastenfahrrad – neu gedacht und leichtgemacht
In nur drei Monaten hat ein Team junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit am Beispiel eines Lastenfahrrades gezeigt, dass diverse und sehr erhebliche zusätzliche Leichtbaupotenziale in diesen klimafreundlichen urbanen Vehikeln stecken, die von unseren Straßen nicht mehr wegzudenken sind. Ziel war, neue Möglichkeiten zu finden, die sichere Nutzung elektrisch unterstützter Lastenfahrräder zu verbessern und die Reichweite der Fahrzeuge zu erhöhen. So wurden zum Beispiel am Vorderwagen eines Zweispurlastenrades durch eine neue Rahmenkonstruktion ein Drittel des Gewichts eingespart. Abgesehen von dieser „Erleichterung“, wurde die Batterie neu gedacht, die Kapazität erhöht und sogar das Gehäuse durch die direkte Integration in den Rahmen eingespart. Anlässlich der virtuellen »Fraunhofer Solutions…
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Weniger Emissionen im Schwerverkehr: Elektrisch angetriebener LKW-Trailer spart 20 Prozent CO2 ein
Drittgrößter Verursacher von CO2-Emissionen in Deutschland ist der Verkehr, und einen gewichtigen Anteil daran haben LKW. Das Europäische Parlament und die Europäische Kommission haben daher verbindliche Ziele für die CO2-Minderung von schweren Nutzfahrzeugen festgelegt. Speziell für den Langstrecken-Gütertransport sind batterieelektrische Fahrzeuge aufgrund der hohen Massen und Kosten für die Batterien allerdings schwierig umzusetzen. Weitere Möglichkeiten der Emissionsminderung bieten neue Antriebskonzepte für Nutzfahrzeug-Anhänger, wie das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in einem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi geförderten Verbundforschungsprojekt zeigen konnte. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entwickelten einen besonders leichten Hochvolt-Energiespeicher für einen elektrisch angetriebenen Sattelauflieger. Durch den elektrischen Antrieb des Trailers konnten sie den Verbrauch des Gesamtfahrzeugs auch…
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Mehr als Fasern im Blick: Fraunhofer LBF entwickelt anwendungsnahe Methoden zur Simulation von Kunststoffbauteilen
Zahlreiche Faktoren beeinflussen das Material- und Bauteilverhalten von Kunststoffen. Das hat Auswirkungen auf die praktische Bauteilauslegung: Dort spielt nicht nur die Faserorientierung eine wichtige Rolle, sondern auch das Materialverhalten, das sich aus dem Kontakt mit Medien oder aus überlagerten Lastfällen ergibt. Bislang gibt es hierfür keine etablierten Methoden. Zudem ist es nicht unmittelbar ersichtlich, welche Aspekte in der Auslegung berücksichtigt werden müssen, um Bauteile korrekt auszulegen. Diesen Herausforderungen begegnet das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit gemeinsam mit Industrieberatern mit der Entwicklung kundenspezifischer Methoden. Ziel ist, bestehende Strukturen und verfügbare Tools zu nutzen und die Methoden bestmöglich in Firmenstrukturen einzugliedern. Das Darmstädter Institut begleitet seine Partner von der Simulation und Materialmodellierung…
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Additive Fertigung: Neues Laboratorium kann Beanspruchungen von Bauteilen realitätsnah simulieren
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 steuern zu können, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF mit den „AM FATIGUE LABS“ ein neues Laboratorium eingerichtet. Darin werden Methoden entwickelt, die Beanspruchungen für additiv gefertigte Bauteile simulieren, die wiederum als Grundlage für Bemessungsempfehlungen dienen. Mit diesen realitätsnahen Simulationen lassen sich zutreffende Bemessungskennwerte zur Auslegung solcher Bauteile ermitteln. Sie gewährleisten außerdem eine verlässliche Designvalidierung, indem sie den Einfluss sämtlicher relevanter Prozessparameter, der Betriebsbeanspruchungen sowie, je nach Anwendungsfall, Umwelteinflüsse berücksichtigen. Dabei steigern eigens entwickelte Belastungssimulatoren die Präzision und Reproduzierbarkeit der Messungen. Dies ermöglicht…
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Keimen geht es an den Kragen: Fraunhofer LBF entwickelt optimierte Kunststoffoberflächen für die UV-Desinfektion
Viele Oberflächen mit potenziell hoher Keimbelastung, beispielsweise im Supermarkt, können nicht chemisch desinfiziert werden. Eine Lösung ist energiereiche UV-Strahlung mit einer Wellenlänge von 100-280 Nanometern, (UV-C), die unter Anderem Corona-Viren abtötet. Allerdings kann sie auch die organischen Makromoleküle in Kunststoffen zerstören und dabei zu Materialschäden führen. Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF hat nun ein Projekt gestartet, in dem Verfahren mit dem Ziel entwickelt werden sollen, die Kunststoffalterung durch UV-Strahlen besser zu verstehen, den Zerfall zu verhindern und die UV-C-Desinfektion künftig routinemäßig und großflächig anwenden zu können. UV-C-Strahlung zerstört die DNA von Mikroorganismen wie Viren, Bakterien, Hefen und Pilzen. Deshalb wird sie heute beispielsweise zur Oberflächenentkeimung in Operationssälen oder…
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Intelligente Bremsbeläge diagnostizieren sich selbst: Sicher unterwegs mit integrierten Sensoren
Wer sich auf seine Bremsen verlassen kann, fühlt sich sicher im Autoverkehr. Noch angenehmer wäre es, die Bremsbeläge würden laufend melden, wie fit sie noch sind. Wie es gelingen kann, entsprechend intelligente Reibbeläge zu realisieren, haben Experten des Mittelstand 4.0-Kompetenzzentrums Darmstadt vom Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF gemeinsam mit der LF GmbH & Co KG aus Leverkusen erforscht. In einem Umsetzungsprojekt integrierten sie Sensoren in Bremsbeläge, um auf Basis einer nachgeordneten Datenverarbeitung Informationen über den Betriebszustand zu gewinnen und den Belägen die Fähigkeit zur Eigendiagnose zu ermöglichen. Dank dieser Integration lassen sich Daten aus dem Inneren des Reibbelags über die Schichtdicke und den Verschleißzustand bestimmen. Langfristig soll es möglich…
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Chromatografie auf neuem Level: Fraunhofer LBF entwickelt moderne Analytik für Polyolefincompounds
In einem eigenen chromatografischen Team erarbeitet das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF laufend neue Methoden zum molekularen Fingerprinting von Polyolefincompounds, die auch in der Routineanalytik eingesetzt werden können. Jüngster technologischer Fortschritt ist ein Chromatograf, den das Forscherteam in Zusammenarbeit mit der Firma PolymerChar entwickelt hat. Er ist mit jeweils einem neu entwickelten Infrarot (IR)- und UV-Detektor ausgerüstet und deckt damit das gesamte Spektrum der Schwingungsspektroskopie ab. Daraus ergeben sich vollkommen neue Perspektiven für die Untersuchung von Polyolefinen, Olefincopolymeren und deren Compounds. Sicherheitsrelevante Bauteile werden zunehmend aus Kunststoffen gefertigt. Angetrieben wird diese Entwicklung – insbesondere bei Polyolefinen – durch eine große Variabilität des Eigenschaftsprofils und die preisliche Attraktivität gegenüber traditionellen…
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Component Design: Competitive Advantage through Stress Analysis
Components are subject to multi-axial loadings. The typical design approach is based on material specific modelling and suitable tests to identify the parameters of the model. The tests are costly and time consuming. Scientists at the Fraunhofer Institute for Structural Durability and System Reliability LBF have suggested a basic approach to select the necessary tests for reliable modelling. Using proposed stress analysis, the available stress states in the components under loadings can be sorted and the volumes of the components under tension and compression can be taken into account. The decision on the necessary tests is taken depending on the relation of the tension and compression loaded volumes. This method…
