Im Forschungsprojekt »viaMeta« kooperieren Hersteller, Zulieferer und Forschungseinrichtungen, um das Leichtbaupotenzial zukünftiger Fahrzeuge zu erschließen. Die Produktion und der Betrieb von Fahrzeugen spielen eine entscheidende Rolle bei der Bewältigung der globalen Herausforderung, den Klimawandel einzudämmen. Die strukturdynamische Optimierung von Leichtbaustrukturen stellt eine zentrale Herausforderung für das materialsparende Design dar. Konventionelle Maßnahmen zur Schwingungsminderung, wie Dämmbeläge, Entkopplungselemente oder Tilger, stehen im Widerspruch zum Ziel des Leichtbaus und können die erforderlichen Frequenzbereiche, insbesondere bei elektrischen Antriebssystemen, oft nicht ausreichend abdecken.

Vibroakustische Metamaterialien gegen den Klimawandel

Vibroakustische Metamaterialien bieten eine innovative Möglichkeit, Schwingungen in schlanken Strukturen zu kontrollieren. Durch periodisch angeordnete Resonatoren können spezielle Bauteileigenschaften erreicht werden. Innerhalb eines gezielt adressierbaren Stoppbandbereichs wird die Ausbreitung von Schwingungen im Material effektiv und breitbandig reduziert.

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekts »viaMeta« haben die Mercedes-Benz AG, BOGE Elastmetall GmbH, Novicos GmbH, das Institut für Kraftfahrzeuge (ika) der RWTH Aachen und das Fraunhofer LBF basierend auf Forschungsergebnissen zu den Gestaltungsprinzipien der Metamaterialien konkrete, industriell herstellbare Lösungen für Fahrzeugbauteile entwickelt. Durch neue Maßnahmen im Bereich der Triebstrangintegration wurde die Schallabstrahlung aus dem Aggregat in die Luft sowie die Übertragung von Vibrationen über die Motorlager und den Motortragrahmen in die Karosserie wirksam beeinflusst.

Ziel erreicht: Von der Grundlagenforschung zum praktischen Einsatz 

Das gerade abgeschlossene Projekt »viaMeta« hat nicht nur konkrete und effektive Lösungen für seriennahe Fahrzeugbauteile geliefert, sondern auch praxistaugliche virtuelle Entwurfsmethoden für vibroakustische Metamaterialien, einschließlich KI-basierter Ansätze, erbracht sowie skalierbare industrietaugliche Herstellungsprozesse und den Nachweis der Wirksamkeit dieser Maßnahmen im Fahrzeug gezeigt. Dadurch wird die Brücke von der Grundlagenforschung zum praktischen Einsatz vibroakustischer Metamaterialien in zukünftigen Fahrzeugen geschlossen.

Die Forschungsergebnisse des Projekts werden bei der Abschlussveranstaltung am 17. April 2024 am Fraunhofer LBF in Darmstadt der interessierten Öffentlichkeit präsentiert. Im Rahmen dieser Veranstaltung besteht auch die Möglichkeit zur Diskussion mit Experten aus Industrie und Forschung.

Informationen und Anmeldung zur Veranstaltung: viaMeta Abschlussveranstaltung – Fraunhofer LBF

Informationen zum Projekt:  https://viameta.org/

Das Motto »Mach dir einen Kopf!« der 59. Wettbewerbsrunde soll alle interessierten Kinder und Jugendlichen ermuntern, zu forschen, zu erfinden und zu experimentieren. Dabei gilt es zu zeigen, wie aus kleinen Ideen große Forschungsprojekte werden. Der Wettbewerb ist als Teil der Nachwuchsförderung unersetzbar. Im Jahr 1965 gegründet, ist »Jugend forscht« heute auf europäischer Ebene der größte Wettbewerb in der Wissenschaft für Jugendliche, ausgeschrieben von der Stiftung Jugend forscht e. V., ausgetragen auf drei Ebenen.

Die drei Darmstädter Fraunhofer-Institute IGD, LBF und SIT sind seit mehr als 15 Jahren Paten des Regionalwettbewerbs Hessen-Süd. Der Wettbewerb 2024 wird in den Räumen des Fraunhofer LBF ausgetragen. Dort treten aus 12 Schulen 38 junge Forscherinnen und Forscher mit insgesamt 27 Projekten in den beiden Sparten »Schüler experimentieren« (10 bis 14 Jahre) und »Jugend forscht« (15 bis 21 Jahre) an. Jedes Projekt ist dabei einem von sechs Fächern zugeordnet: Biologie, Chemie, Geo- und Raumwissenschaften, Mathematik/ Informatik, Physik und Technik. In diesem Jahr geht es unter anderem um den dynamischen Energieverlust von Gebäuden oder mehr Nachhaltigkeit in der Apotheke. Wettbewerbsleiter ist erneut Dr. Mathias Schott (Gymnasium Michelstadt). 

Die Gewinner im Regionalwettbewerb Hessen-Süd qualifizieren sich für den Landeswettbewerb Hessen, der für die Sparte »Schüler experimentieren« am 15. und 16. März 2024 bei der Universität Kassel und für die Sparte »Jugend forscht« vom 20. bis 21. März bei der Firma Merck in Darmstadt stattfinden wird. Die Sieger messen sich dann später im Bundeswettbewerb.

Kontakte für Fragen zum Regionalwettbewerb Hessen-Süd: 

Heiko Hahnenwald, Fraunhofer LBF, Tel. 06151 705-8330 und Stefan Daun, Fraunhofer IGD, Tel. 06151 155 575

Einladung zur öffentlichen Präsentation

Wer sich für die Projekte der kreativen jungen Köpfe interessiert, kann zur öffentlichen Präsentation am 15. Februar 2024 zwischen 14.00 Uhr und 16:00 Uhr in das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF nach Kranichstein, Bartningstr. 47, kommen. Anmeldung erforderlich: https://s.fhg.de/anmeldung-jugendforscht-besucher

Programm am 15. Februar 2024

09:00 Uhr: Begutachtung der Projekte durch Jury und Presse (nicht öffentlich!)
14:00 – 16:00 Uhr: Öffentliche Präsentation der Projekte für alle Interessierten (bitte anmelden!)
16:00 – 18:00 Uhr: Feierstunde mit Siegerehrung (nicht öffentlich)

Weitere Informationen: www.jugend-forscht-hessen-sued.de

Die drei Darmstädter Fraunhofer-Institute
 für Graphische Datenverarbeitung IGD,
 für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF und
 für Sichere Informationstechnologie SIT
 engagieren sich seit 2008 als Paten des Regionalwettbewerbs Hessen-Süd.

Anmeldung zu öffentlchen Präsentation (kostenfrei)

 Eine bisher weniger beachtete Eigenschaft von Metallkissen ist deren elektrische Leitfähigkeit. Diese variiert mit dem Deformationszustand, der die Anzahl und Pressung der Kontaktflächen im Inneren des Drahtgeflechts beeinflusst. Die Messung der Leitfähigkeit beziehungsweise des elektrischen Widerstands erlaubt einen Rückschluss auf die Verformung des Lagerelements und die darin herrschenden Kräfte. Auf Basis dieser Idee hat ein disziplinübergreifendes Team am Fraunhofer LBF ein neuartiges Sensorkonzept entwickelt, wo Metallkissen neben ihrer traditionellen Rolle als strukturelle Elemente auch eine Schwingungsanalyse und Feststellung von statischen und dynamischen Lagerkräften ermöglichen. Die erfolgreich erwirkte Patentierung unterstreicht die Einzigartigkeit dieses innovativen Konzepts der Funktionsintegration.

Intelligentes Metallkissen detektiert effizient und präzise Schäden

Die prototypische Umsetzung wurde von statischen und dynamischen Charakterisierungen verschiedener Metallkissen begleitet. Dank der großen Erfahrung in der Sensorentwicklung und experimentellen Analyse von Lagerkomponenten und mithilfe umfangreicher Messtechnik konnten die Darmstädter Forschenden den sensorischen Effekt systematisch untersuchen und optimieren. Eine einfache Auswerteelektronik reicht aus, um Schwingungen mit Frequenzen bis 50 Hz akkurat aufzulösen. Ebenso lässt sich die mit der stark progressiven mechanischen Hysterese verwandte nicht-lineare Sensorkennline in sehr guter Korrelation mathematisch beschreiben, wobei sowohl Weg als auch Kraft als Messgrößen dargestellt werden können.

Die Anwendungsmöglichkeiten des Sensorkonzepts erstrecken sich über verschiedene Branchen mit Bezug zur Schwingungstechnik. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass bestehende Systeme auf Metallkissenbasis kostengünstig und bauraumneutral mit der Sensortechnologie ergänzt werden können, was zu einer effizienten Nutzung vorhandener Ressourcen und einfach umzusetzenden Digitalisierung führt. Die Funktionsintegration erlaubt dem hohen Bedarf an strukturdynamischen Daten, die wertvolle Aussagen über Maschinenzustände und Prozesse ermöglichen, mit praktischen Mitteln gerecht zu werden. Weiterhin erkennt die präzise Messung von Lasten und die Detektion von Misuse-Situationen potenzielle Schäden ganzer Systeme als auch des Metallkissens selbst frühzeitig und hilft, diese zu vermieden.

Die Steigerung der Akzeptanz von Wasserstoff durch seinen sicheren und zuverlässigen Einsatz ist eine zentrale Herausforderung für die emissionsfreie Mobilität und die Versorgungsinfrastruktur. Fachleute aus Wirtschaft und Industrie der Region Rhein-Main legen ihre Sicht auf die wesentlichen Voraussetzungen bei der Etablierung von Wasserstoff als zukünftigen regenerativen Energieträger dar und beleuchten die Kreislauffähigkeit der verwendeten Materialien zur Reduzierung des »Carbon Footprints«.

In diesem Kontext lädt das Fraunhofer-Leistungzentrum GreenMat4H₂ zu seinem 10. Wasserstoffstammtisch am 30. Januar in das Fraunhofer IWKS nach Hanau ein.

Podiumsdiskussion

Besonderes Highlight des Jubiläumsstammtisches ist eine Podiumsdiskussion mit Vertretenden aus Wissenschaft und Industrie. Prof. Dr. Stefan Maas (Universität Luxemburg), Philipp Walter (Heraeus Deutschland GmbH & Co. KG ), Silke Wagner (Freudenberg FST GmbH), Prof. Tobias Melz (Fraunhofer LBF), Sandro Szabo (Hessen Trade & Invest GmbHI)​ diskutieren über die Herausforderungen zu »Kritischen Materialien in der Wassestoffwirtschaft« und wie Hessen von anderen lernen kann. Fachvortäge, eine Posterausstellung und eine Führung durch das Technikum des Leistungszentrums-Wasserstoff in Hanau geben weitere Einblicke.

Es stehen auch Expertinenn und Experten für Presseinterviews zur Verfügung.

Mehr Informationen und Anmeldung (kostenfrei)
10. Wasserstoff-Stammtisch (leistungszentrum-wasserstoff-hessen.de)
Leistungszentrum Green Materials for Hydrogen – GreenMat4H₂

Im Leistungszentrum-Wasserstoff Hessen »GreenMat4H₂« bündeln Fraunhofer IWKS und Fraunhofer LBF ihre Kompetenzen, um Konzepte für eine nachhaltige, geopolitisch unabhängige, effiziente und sichere Wasserstoffwirtschaft zu erarbeiten. Berücksichtigt wird der gesamte Lebenszyklus von Produkten und Systemen einer Wasserstoffökonomie, von der Erzeugung, über Speicherung und Transport bis hin zur Nutzung und Wiederverwertung. Dabei fokussiert das Fraunhofer LBF auf die Zuverlässigkeit und Betriebsfestigkeit von mit Wasserstoff beaufschlagten Systemen; das Fraunhofer IWKS auf die Zirkularität und Rezyklierbarkeit von Komponenten.

Im Rhein-Main-Gebiet und darüber hinaus hat sich das Leistungszentrum-Wasserstoff Hessen als Kompetenzzentrum und Austauschplattform für die Akteure der Wasserstoffwirtschaft etabliert.

Die Fraunhofer-Einrichtung für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS entwickelt zirkuläre Materialien und materialwissenschaftliche Technologien für eine ultimativ nachhaltige, abfallfreie Kreislaufwirtschaft. In enger Verzahnung mit Hochschulen, anderen Fraunhofer Instituten und Industriepartnern forscht die Einrichtung an der Substitution kritischer Rohstoffe durch nachhaltigere Alternativen und erarbeitet Lösungen zur intelligenten Regeneration zukunftsweisender Materialien sowie zu deren energieeffizienter Rückgewinnung als nachhaltige Präkursoren für die Produktion. Als Teil der Fraunhofer Gesellschaft verfolgt das Fraunhofer IWKS das Ziel, Forschungserkenntnisse für Industrieunternehmen anwendbar zu machen. Gemeinsam mit seinen Partnern leistet es so einen wertvollen Beitrag zu einer Transformation der Industrie und einem gesunden Planeten. www.iwks.fraunhofer.de 

Das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF lädt zum sechsten Praxisforum Kunststoffrezyklate am 13. und 14. März 2024 nach Darmstadt ein. Die Fachtagung in englischer Sprache bietet den Teilnehmenden den Austausch im internationalen Kreis und bringt Kunststofferzeuger, -verarbeiter, sowie Recycler und Anwender zusammen.

Internationaler Austausch in der Kunststoffbranche

Vorträge von ausgewählten nationalen und internationalen Expertinnen und Experten aus Forschung und Industrie wie der Coperion GmbH, BYK-Chemie GmbH, Audi AG, Hyundai Motor Deutschland GmbH, Miele & Cie. KG, SULO Deutschland GmbH, TecPart Verband Technische Kunststoff-Produkte e.V., cirplus GmbH, ifeu GmbH, trinamiX GmbH, PolyIQ GmbH, SI Group und Trinseo geben Einblicke in Marktentwicklungen, Forschungsansätze und technische Lösungen.

Neben den fachlichen Inhalten ist die Veranstaltung eine etablierte Plattform für den informellen Austausch zwischen den Teilnehmenden und bietet ausgezeichnete Möglichkeiten zum Netzwerken. 

Veranstaltungsort für das sechste Praxisforum Kunststoffrezyklate 2024 ist das Welcome Hotel in Darmstadt. Das Hotel ist zentral gelegen, verfügt über eine Tiefgarage und kann gut mit öffentlichen Verkehrsmitteln erreicht werden.

Übergabe der Tagungsleitung

Professor Rudolf Pfaendner gibt nach fünf erfolgreichen Veranstaltungen die Tagungsleitung an Dr. Elke Metzsch-Zilligen und Dr. Christian Beinert weiter. »Ich freue mich, dieses Team als neue Tagungsdoppelspitze begrüßen zu dürfen«. Beide sind Experten auf ihren jeweiligen Fachgebieten Kunststoffadditive bzw. Kunststoffformgebung und werden die Tagung mit neuen Ideen bereichern.

Neues exklusives Zusatzformat: #LBFDeepDive

Neben den bewährten Veranstaltungselementen bietet das #LBFDeepDive am Vortag des Praxisforums einem exklusiven Teilnehmerkreis erstmals die Möglichkeit einen ganzen Tag Einblicke in die Forschungsaktivitäten des Fraunhofer LBF zum Thema Kunststoff-Rezyklate zu erhalten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler geben hier vertiefende Einblicke in ihre Forschungsarbeiten, z. B. welche Potenziale zur Reduktion von Emissionen und Gerüche vorhanden sind, wie Unternehmen erfolgreiche Rezyklate durch Additive und durch Nachstabilisierung erhalten oder welche Möglichkeiten und Grenzen im Kontext der Rezyklat-Analytik (Verunreinigungen, Zusammensetzung, Rheologie, …) zu beachten sind.

Konkrete Erfahrungsberichte über innovative Ansätze und fachliche Diskussionen zwischen den Teilnehmenden aus Industrie und Wissenschaft stehen im Mittelpunkt.

Schnittstelle Wissenschaft und Wirtschaft

Das Fraunhofer LBF als anwendungsorientierte Forschungseinrichtung und neutraler Ansprechpartner bildet die Schnittstelle zwischen Wissenschaft und Wirtschaft und hat speziell im Themenumfeld Rezyklate eine führende Rolle in der Forschungslandschaft inne. Mit der Durchführung zahlreicher Technologietagungen und Industriearbeitskreise nimmt das Darmstädter Forschungsinstitut seit vielen Jahren einen festen Platz in der Kunststoffbranche ein und hat als erfahrener und etablierter Partner die Federführung der Veranstaltung 2022 von dem Hanser Verlag übernommen. Der Hanser Verlag unterstützt die Tagung weiterhin ideell.

Programm und Anmeldemöglichkeit: 

Programm DE

https://www.kunststoffrezyklate.de/de/programm-2024.html?utm_source=programm-de-dritte

Program EN

https://www.kunststoffrezyklate.de/en/program-2024.html?utm_source=program-en-dritte

Besondere Konditionen für die Teilnahme von Fachredaktionen und Fachverbänden zwecks Berichterstattung ist möglich – bitte gerne melden!

Damit Maschinenbau und Mobilität noch wirtschaftlicher werden, müssen die dort eingesetzten Komponenten effizienter hergestellt und leichter gestaltet werden. Treiber sind nicht nur strengerer Emissionsregeln, sondern auch das wachsende Bewusstsein für Umwelt und Nachhaltigkeit in der Gesellschaft. 

Aktuelle Fraunhofer-Forschungslösungen für den nachhaltigen Leichtbau sind beispielsweise eigenschaftsoptimierte, besonders leichte Strukturlösungen für den funktionsintegrierten, intelligenten Leichtbau – immer unter Berücksichtigung von Zuverlässigkeit, Nachhaltigkeit und Bezahlbarkeit der technischen Produktlösung. 

Auf der bedeutenden Messe für die technische Zulieferindustrie in Skandinavien demonstriert das Fraunhofer LBF mit dem »nachhaltigen Batteriegehäuse für E-Bikes« das Potenzial für die Serienfertigung und die »Autotür« zeigt exemplarisch, wie industrielle Anwendungen von vibroakustischen Metamaterialen profitieren.

Leicht und mobil mit naturfaserverstärkten Kunststoffen 

Um individuell auf Kundenwünsche einzugehen und der gesellschaftlichen und politischen Verantwortung nachzukommen, haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem Fraunhofer LBF in Zusammenarbeit mit der Ansmann AG das Forschungsprojekt »BioBattery« zur Entwicklung von naturfaserverstärkten Kunststoffen für den Einsatz in Li-Ionen Batteriegehäusen durchgeführt. Die naturfaserverstärkten Kunststoffe zeichnen sich durch ihre geringe Dichte, gute mechanische Eigenschaften, geringe Neigung zum Splittern sowie die vergleichsweisen geringen Kosten aus. 

Am Fraunhofer LBF wurden mit einem neuen Verfahren unterschiedliche Naturfasergewebe mit Kunststoffschmelze, bei gleichzeitiger Reduktion der Kontaktzeit, imprägniert und anforderungsgerecht modifiziert. Basierend auf einem angepassten Bauteil-Design des Batteriegehäuses, zur Erfüllung der zahlreichen Normen, wurden mittels eines innovativen Spritzgussverfahrens lokale Naturfaserverstärkungen in das Gehäuse eingebracht.

Das resultierende Gehäuse überzeugt, im Vergleich zum ursprünglichen Gehäuse, durch eine Gewichtsreduktion von 30 Prozent, bei gleichzeitiger Steigerung der Steifigkeit um 15 Prozent und adressiert gleichzeitig den zentralen Leitgedanken einer effizienten und umweltschonenden Ressourcennutzung unter Vermeidung von Treibhausgasen.

Mehr Informationen zum Projekt: BIOBATTERY – Biobasierte Kunststoffe für Leichtbaulösungen – Fraunhofer LBF

Vibroakustische Metamaterialien: Mehr Komfort für die Mobilität

Bei leichten Konstruktionen treten oft Schwingungsprobleme auf, welche die Lebensqualität und den Komfort im Alltag maßgeblich beeinflussen. Konventionelle Ansätze zur Schwingungs- und Lärmreduktion stoßen oft an ihre Grenzen. Im Fraunhofer LBF werden Anwendungen mit vibroakustischen Metamaterialien für das optimierte strukturdynamische Verhalten entwickelt. Vibroakustische Metamaterialien (VAMM) stellen eine neuartige Maßnahme zur Schwingungsminderung dar und haben Vorteile in der Beeinflussung des Schwingungsverhaltens gegenüber konventionellen Maßnahmen. Sie kommen als Schwingungsminderungsmaßnahme in den verschiedensten Branchen zum Einsatz, beispielsweise im Maschinen- und Fahrzeugbau oder in der Raumfahrt. VAMM mindern störenden Körper- oder Luftschall und helfen, Gerätschaften zu stabilisieren und Komfort zu steigern. 

VAMM handelt es sich um Strukturen mit speziell, meist periodisch, angeordneten strukturdynamischen und/oder akustischen Resonatoren. Die hohe Wirksamkeit von VAMM beruht auf der gezielten Auslegung und Anordnung der Einheitszellen im Verbund und der damit stattfindenden Interaktion der Einheitszellen untereinander.

Mehr Informationen: Vibroakustische Metamaterialien zur Schwingungs- und Lärmminderung – Fraunhofer LBF

Hohe Bauteilkomplexität bei niedrigen Produktionskosten
Gussstrukturen punkten mit einer hohen Bauteilkomplexität bei niedrigen Produktionskosten und sind daher für die Serienfertigung von funktionsintegrierten Leichtbaustrukturen prädestiniert. Insbesondere Gusseisen mit Kugelgraphit GJS weist für den Leichtbau eine optimale Kombination aus einstellbarer Festigkeit, Duktilität und Steifigkeit auf. Nach aktuellem Stand der Technik finden jedoch lokal unterschiedliche Materialeigenschaften von Bauteilen aus GJS, bspw. aufgrund unterschiedlicher Bauteilwandstärke, keine bzw. nur sehr eingeschränkt Berücksichtigung in der Bauteilauslegung.

Daher fördert das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) in dem Projekt »GJSlim« die Realisierung besonders dünner GJS-Strukturen mit Wandstärken kleiner als 5 Millimeter und die Ermittlung von technologischen Größeneinflüssen für die Bauteilbemessung sowie den Aufbau eines Gesamtkonzeptes für höchste Werkstoff- und Strukturausnutzung bei GJS mit Hilfe eines Digitalen Zwillings. Die dafür erforderlichen unterschiedlichen Kompetenzen der Disziplinen Gießereitechnik, Strukturleichtbau und Betriebsfestigkeit spiegeln sich in der Zusammensetzung des Konsortiums wider.

Lange Lebensdauer und hohes Leichtbaupotenzial
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Fraunhofer LBF verfügen über langjährige Erfahrungen in der Integration von Beanspruchungssimulation, der Ermittlung sowie Abschätzung des zyklischen Werkstoffverhalten und der Gießprozesssimulation für den Lebensdauernachweis. In »GJSlim« ermitteln sie zyklische Materialeigenschaften für die Ableitung von Erkenntnissen zum technologischen, spannungsmechanischen und statistischen Größeneinfluss von dünnwandigem Gusseisen mit Kugelgraphit.

Die Forschenden nutzen simulierte Gefügezustände, gleichen diese mit experimentell ermittelten Erkenntnissen ab und zeigen damit die Einflüsse von Gefügekennwerten und der Erstarrungszeit auf lokale zyklische Bauteilbeanspruchbarkeiten auf. Erst mit einer optimierten Lebensdauerabschätzung, welche durch ein zu entwickelndes Bemessungskonzept durchgeführt werden kann, wird die Umsetzung von sicheren und zuverlässigen Ultraleichtbaustrukturen möglich.

Das Forschungsvorhaben wird gefördert durch das BMWK aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP Leichtbau). Mehr Informationen zum Forschungsvorhaben »Entwicklung eines übertragbaren Leichtbaukonzepts zur Nutzung erhöhter zyklischer Beanspruchbarkeiten dünnwandiger GJS-Strukturen mit Hilfe eines Digitalen Zwillings – GJSlim«: GJSlim – RWTH AACHEN UNIVERSITY Institut für Strukturmechanik und Leichtbau – Deutsch (rwth-aachen.de)

Lastenfahrräder gehören mittlerweile selbstverständlich in unser urbanes Verkehrsbild. Und es werden immer mehr. In Zeiten des Klimawandels ist dies eine wichtige Entwicklung, die dazu führt, dass unterschiedlichste Fahrradkonzepte angeboten werden. Wenn in Produkten bewegliche Massen zum Einsatz kommen, ist leicht zu bauen besonders relevant und effizient. Wird Masse reduziert, verringert sich der erforderliche Energieaufwand – das schont unsere Umwelt. Und immer, wenn Menschen mit diesen beweglichen Massen interagieren, ist die Zuverlässigkeit und die Betriebssicherheit von großer Bedeutung.

Die Mitglieder des Radlogistikverbands Deutschland, der Interessenvertretung für emissionsfreie und stadtverträgliche Logistik mit Lastenrädern und Anhängern, trafen sich vom 19. bis 20. September zur jährlichen Radlogistik-Konferenz und informierten sich auch im Fraunhofer LBF über Innovationen für die Radmobilität.

Neue Entwicklungen für vielseitigen Einsatz

Am Beispiel Lastenfahrrad hat ein Forscherteam des LBF, welches aus Mitarbeitenden aller drei Bereiche (Betriebsfestigkeit, Adaptronik und Kunststoffe) besteht, basierend auf ihrem langjährigen Know-how nachhaltige, leichte und sichere Lösungen entwickelt, die skalierbar für diverse zukünftige Mobilitätsträger sind. In der Radlogistik praktisch einsetzbar sind beispielsweise eine sensorgesteuerte Nutzlastüberwachung, Transportboxen aus nachwachsenden Rohstoffen, die kühlen oder wärmen, biobasierte Beschichtungen als transparenter Kratzschutz für Regenschilde oder Leichtbaufelgen für windschnittiges Vorankommen.

Details zum Leichtbaurahmen und einem neuen Batteriesystem

Ein Team aus Forschenden unterschiedlicher Disziplinen hat im Projekt »L-LBF« am Fraunhofer LBF in Darmstadt-Kranichstein, basierend auf eigens durchgeführten Fahrbetriebsmessungen sowie Ausgangsdaten über Masse und Geometrie des gewählten kommerziellen Lastenrades, CAD-Modelle erstellt und davon FE-Modelle abgeleitet. Diese wurden für die Entwicklung des neuen Leichtbaurahmens verwendet. Der Clou dabei ist nicht nur die Massereduzierung um knapp 40 Prozent im Vergleich zum Ausgangslastenrad, sondern auch, dass in das Herzstück des Rahmens, einem zentralen Hohlprofilträger aus hochfester Aluminiumlegierung, ein ebenfalls in diesem Projekt entwickeltes Batteriesystem (Tubular Energy System TES) diebstahlsicher und witterungsbeständig ohne zusätzliches Gehäuse integriert wird. Das Batteriesystem weist die doppelte Speicherkapazität zum regulär verwendeten Akkusystem auf. 

»Wir erforschen seit 85 Jahren die Leichtbaupotenziale von Fahrzeugen und ihren Komponenten. Davon kann die Radlogistik profitieren. Die hier entwickelten Lösungen und Technologien werden in vielen Mobilitätsträgern Anwendung finden«, erklärt Dr. Saskia Biehl, die das »L-LBF«-Projekt am Fraunhofer LBF leitet, »darüber hinaus bieten die umgesetzten Features hohes Potenzial für viele Anwendungen in unterschiedlichen Branchen, wie Maschinenbau, Medizin oder auch Urban Air Mobility.«

Mehr zum Lasten-Leichtbaufahrrad

Der »Hidden Champion« in Kranichstein                                                                         

Das Fraunhofer LBF – eines von drei Fraunhofer-Instituten in Darmstadt – ist bei der Darmstädter Bevölkerung nicht überall bekannt. Das mag daran liegen, dass die Forscherinnen und Forscher oft »in geheimer Mission« unterwegs sind. Sie dürfen nur selten über ihre Projekte reden. Oft handelt es sich um vertrauliche Forschung für Industrieunternehmen oder um die Entwicklung neuer Produkte, z. B. Autofelgen, oder geheime Gutachten, wie vor Jahren bei dem Bahnunglück in Eschede.

Forschung, die Lärm mindert und Produkte haltbarer macht

Dabei befassen sich die rund 300 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter seit 85 Jahren durchaus mit Themen, von denen auch die Darmstädter einen Nutzen haben. So sind Schwingungen und deren Beeinflussung mit »smarten« Systemen ein wichtiges Themenfeld am Standort Kranichstein. Denn aus Schwingungen entstehen Geräusche oder Lärmemissionen und diese beeinflussen die Stabilität und Belastbarkeit von vielen Produkten und Konstruktionen oder machen sogar krank. Werden diese Schwingungen intelligent gesteuert, verbessert das die Produkteigenschaften bzw. schont Mensch und Umwelt. Beispiele aus dem Alltag sind Sägeblätter, Handgriffe oder Bohrmaschinen, die weniger »wackeln«, angenehmere Resonanzen in Automobilen oder Lärmschutzwände für Autobahnen.

Kunststoffe und weniger Emissionen in der Mobilität

Neben den großen auch internationalen Forschungsthemen wie »Clean Aviation« – Emissionsreduktion in der Luftfahrt – engagieren sich die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in regionalen Projekten, von denen ansässige Unternehmen profitieren. Sie beteiligen sich im Mittelstands-Digitalzentrum, im Netzwerk Elektromobilität und sogar in der Kunstszene. Ein Forscherteam aus dem Kunststoff-Standort des Fraunhofer LBF entwickelt nahe des Herrngartens zusammen mit dem Konzeptkünstler Branko Smon für Darmstadt eine Skulptur zum Thema Recycling, um mit den Darmstädtern in einen interaktiven Austausch zu treten.

Ganz konkret profitieren die Anwohner am Standort Kranichstein von dem Forschungsprojekt »LAMA«. Dank ihm stehen seit 2019 auf dem Gelände des Forschungsinstituts vier öffentliche Ladestationen für Elektrofahrzeuge zur Verfügung. Auch zu den öffentlichen »Wasserstoff-Stammtischen« werden die Bürgerinnen und Bürger regelmäßig eingeladen.

»Wir sind in Darmstadt gut vernetzt und unsere Forschungsaktivitäten, beispielsweise zu neuen Metamaterialien für leichte, sichere Strukturen in der Raumfahrt, haben einen engen Bezug zum Standort«, erklärt Institutsleiter Prof. Dr. Melz. Auf einem Rundgang informierte er Darmstadts Oberbürgermeister Benz über einige wichtige Forschungsprojekte. »Das Fraunhofer LBF in Darmstadt ist ein weiterer Beleg für die außerordentliche wissenschaftliche Kompetenz, über die wir in Darmstadt verfügen. Besonders beeindruckt hat mich, wie intensiv das LBF an der Neuentwicklung von industriellen Produkten forscht. Das ist Spitzenforschung am Puls der Zeit für die Gesellschaft«, so Hanno Benz.