Post on 21-Jul-2016
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4
ISSN 1864-0958
www.lbf.fraunhofer.de Jahresbericht Annual report 2014
V I B R A T I O N T E C H N O L O G Y, L I G H T W E I G H T C O N S T R U C T I O N , R E L I A B I L I T Y, P O LY M E R T E C H N O L O G Y
Dr. Hartmut Baumgart (Vorsitzender)
Adam Opel AG, Rüsselsheim
Dr.-Ing. Gerold Bremer
Volkswagen AG, Wolfsburg
Dr.-Ing. Mathias Glasmacher
Diehl Stiftung & Co. KG, Nürnberg
Dr. Arbogast M. Grunau
Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Herzogenaurach
Dr.-Ing. Frank Höller
Carl Zeiss AG, Oberkochen
Dr.-Ing. Ferdinand Hollmann
Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bonn
Dr. Stefan Kienzle
Daimler AG, Ulm
Dr. Patrick Kim
Bayerische Motorenwerke AG, München
Dr.-Ing. Peter Klose
Klose Engineering GbR, Hardthausen
Dr. Ulrike Mattig
Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst, Wiesbaden
Dr.-Ing. Andreas Müller
Dr. h.c. F. Porsche AG, Weissach
Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
Hermann Riehl
Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn
Dr.-Ing. Oliver Schlicht
Audi AG, Ingolstadt
Edgar Westermair
Bayerische Motorenwerke AG, München
Dr. Hans-Joachim Wieland, FOSTA Forschungsvereinigung
Stahlanwendung e. V., Düsseldorf
Die Institutsleitung des Fraunhofer LBF dankt den Kuratoren im Namen aller Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter für ihr Engagement sowie für die fruchtbare und konstruktive Zusammenarbeit!
Das Kuratorium setzt sich aus Vertretern der Wissenschaft, Wirtschaft und öffentlichen Hand zusammen. Die Mitglieder stehen dem Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft und der Institutsleitung beratend zur Seite.
Kuratorium.Board of Trustees.
Vielen Dank für Ihr Vertrauen!Thank you for your trust!
Wir danken allen Kunden und Partnern, die uns für den Jahresbericht 2014 ihr Logo zur Verfügung gestellt haben und allen, die in Projekten mit uns kooperiert haben.
4 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Inhalt
EINBL ICKE
6 Vorwort der Institutsleitung.
10 ProfilFraunhoferLBF.
FORSCHUNG MIT SYSTEM!
14 MitLeidenschaftamMarkt.
16 Leistungsfelder.
24 Geschäftsfelder.
26 Forschungsbereiche.
34 DasLBFManagementteam.
LE ISTUNG MIT SYSTEM
Schwingungstechnik
38 AktiveKupplungzurSchwingungsminderung inSchiffsantrieben.
40 MehrFahrkomfortfürLandmaschinen.
42 SchwingungenundLasteninelektrischen Antriebssträngen.
44 ErprobungsfahrzeugfüraktiveLärm- undVibrationsminderung.
46 ReduzierungderLärmausbreitunginLüftungskanälen.
48 AktiveSchwingungskontrollebeiWindkraftanlagen.
Leichtbau
52 TechnologieentwicklungenfürzukünftigeFlugzeugflügel.
54 QuerlenkerausFaserverbundenmitintegrierten Funktionen.
56 OptimierteProzesskettefürComposite-Sicherheitsbauteile.
58 EffizienteBetriebsmessungendankgenerativ gefertigterHilfsmittel.
60 Festigkeitsverhaltenmehrachsigbelasteter Komponenten.
Zuverlässigkeit
64 BetriebsfestigkeiteinerMaterialumschlagmaschine.
66 BedarfsgerechteInstandhaltungvonGüterwagen.
68 SmartesSensornetzwerkzurÜberwachunggroßerBauwerke.
70 PrüfungenvonHV-Batterien.
72 ElektromobilitätaufdemrichtigenWeg.
74 MultiaxialesElastomerlagermodellfürdynamische Mehrkörpersimulationen.
76 MehradrigeKabelinderVerlegesimulation.
78 BeherrschungvonUnsicherheitinaktiven lasttragendenSystemen.
Polymertechnik
82 Umweltfreundliche,kratzfesteLacke.
84 SchnelleBestimmungdesPhasenverhaltensvon Polymermischungen.
86 EmissionsreduzierteKunststoffcompounds.
88 Schwingfestigkeitsversucheund MaterialcharakterisierunganElastomeren.
NEUE PERSPEKTIVEN
92 PortfolioElastomerwerkstoffeund Elastomerbauteile.
94 MehrRuheanDeck–Prognosewerkzeugfür akustischeEigenschaftenvonSchiffen.
96 EAP-SpacerfüraktiveFenster–vollintegriert undkostengünstig.
97 SpartKosten:MiniaturParallelroboterinLeichtbauweise.
98 MechanischeModelleleichterstellt: unserWerkzeugkoffer.
99 KunststoffemitintegriertenFunktionalitätenundVerrippungen.
100 VariabelverklebenfüreinenbetriebsfestenLeichtbau.
101 IntegrativeSimulationalsWerkzeugzurAuslegunghochbelasteterKunststoffbauteile.
102 Strukturintensität–Wasstecktdahinter?
103 DieassoziiertenFachgebiete.
104 Labor-undPrüfeinrichtungen.
NETZWERKE
110 DieFraunhofer-Gesellschaft.
111 Fraunhofer-VerbundMATERIALS.
112 AusgründungenundBeteiligungendesFraunhoferLBF.
113 Rhein-MainAdaptronike.V.
114 AllianzenundNetzwerke.
116 FraunhoferLBF–ZahlenundFakten.
118 Impressum.
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 5
Index
INS IGHTS
8 Directospreface.
12 ProfileFraunhoferLBF.
SYSTEMATIC RESEARCH!
15 Passionatelyinthemarket.
16 Services.
24 BusinessAreas.
26 ResearchDivisions.
34 LBFManagementTeam.
SYSTEMATIC SERVICES
VibrationTechnology
38 Activecouplingforvibrationcontrolin shippropulsionsystems.
40 Improveddrivingcomfortforagriculturalmachines.
42 Vibrationsandloadsinelectricpowertrains.
44 Automotivetestvehicleforactivenoiseand vibrationcontrol.
46 Reductionofnoisepropagationinventilationducts.
48 Activevibrationreductionatwindenergyplants.
LightweightConstruction
52 Technologydevelopmentforfutureaircraftwings.
54 Lightweightcontrolarmoffiber-reinforcedcompositesintegratesseveralfunctions.
56 Optimizedprocesschainforcompositesafety-parts.
58 Efficientoperationalmeasurementsthankstoadditive manufacturedtools.
60 Fatiguelifeassessmentofstructuralcomponents undermultiaxialcyclicloading.
Reliability
64 StructuralDurabilityofamaterialhandler.
66 Needs-basedmaintenanceoffreightcars.
68 Smartsensornetworkformonitoringlargestructures.
70 TestsonHVbatteries.
72 Electromobilityontherighttrack.
74 Multi-axialelastomericbearingmodelfor dynamicmulti-bodysimulations.
76 Layingsimulationformulti-corecables.
78 Controlofuncertaintyinactiveload-bearingsystems.
PolymerTechnology
82 Eco-friendlyscratchresistantcoatings.
84 Rapiddeterminationofphasebehavior ofpolymermixtures.
86 Lowemissionplasticmaterials.
88 Cyclicfatiguetestingandmaterialcharacterization ofelastomers.
NEW PROSPECTS
92 Portfolioelastomericmaterialsandelastomeric components.
94 Moresilenceondeck–Softwaretooltopredict thevibro-acousticbehaviorofvessels.
96 EAP-spacerforactivewindows–fullyintegrated, low-costsolution.
97 Savesoncost:miniatureparallelrobotinLightweightConstruction.
98 Mechanicalmodelseasilyimplemented: withourToolbox.
99 Plasticswithintegratedfunctionalitiesandribbing formassproduction.
100 VariablebondingforreliableLightweightConstruction.
101 Integrativesimulationasadesigntoolforhighlystressedreinforcedplasticcomponents.
102 Structuralintensity–Whatisbehind?
103 AssociatedDepartments.
104 Laboratoryequipmentandtestingfacilities– theentireworldoftestingtechnology.
NETWORKS
110 TheFraunhoferGesellschaft.
111 TheFraunhoferMaterialsGroup.
112 FraunhoferLBFspin-offs.
113 Rhein-MainAdaptronike.V.
114 Alliancesandnetworks.
116 FraunhoferLBF–factsandfigures.
118 Imprint.
6 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
E I N B L I C K E
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 7
SehrverehrteDamenundHerren,
liebeKundenundPartnerdesFraunhoferLBF,
wirhabenunserenKursauchimletztenJahrgehalten.Unser
Zielbleibtes,hervorragendeIndustrieforschungzubetreiben
undwichtige,nachhaltigeBeiträgefürwirtschaftlicheund
gesellschaftlicheMehrwertezuleisten.Hierfürhaltenwireinen
stetigenDialogmitunserenPartnernundarbeitenmitIhnen
partnerschaftlichzusammen.WirhinterfragenunsereFuE-
AngeboteundpassendiesedenzukünftigenBedarfenunserer
Kundenan.Undwirstrebendanach,durchneueForschungser-
gebnisseImpulsefürerfolgreicheProduktinnovationenzugeben.
In2014habenwirunserFuE-Angebotinunserenzentralen
LeistungsfeldernderSchwingungstechnik,demLeichtbau,der
ZuverlässigkeitundderPolymertechnikgestärktundweiter-
entwickelt.IndiesenLeistungsfeldernarbeitenunsereTeams
derForschungsbereicheAdaptronik,Betriebsfestigkeitund
Kunststofftechnikimmerengerverzahntzusammenundbieten
einübergreifendes,marktorientiertesFuE-Angebotsportfolio.
DamitunterstützenwirunserePartnerbeiihrenProduktent-
wicklungendurchumfassendewissenschaftlich-technische
Beratung,ganzheitlicheProblemlösungenauseinerHandsowie
fokussierteForschungs-undEntwicklungsleistungenentlang
eineszentralenTeilsderWertschöpfungskette.
WirfreuenunsdabeiüberzunehmendestrategischePartner-
schaftenundversprechenIhnenauchweiterhinvertrauensvolle,
intensiveundmutigeZusammenarbeit.
Was ist im letzten Jahr geschehen?
In2014habenwirmehreregroßeKooperationsforschungs-
projekteabgeschlossenundarbeitennunmitunserenIndustrie-
partnerninbilateralenEntwicklungsprojektenamTransfer
derProjektergebnisseinkommerzielleLösungen.Beispiele
liegeninderKompaktierungsehrenergieeffizienteraktiver
SchwingungsisolationssystemevonMotoren,diezuletztin
Fahrversuchengetestetwurden,oderinderAbleitungeffizient
nutzbarernumerischerWerkzeugezurSchwingungsanalyse,
dieinKürzekommerziellangebotenwerden.Durchkontinuier-
licheInvestitioneninmodernePrüftechnik,aucheigenent-
wickelteSpeziallösungen,konntenwirdieVerfügbarkeitunserer
AnlagenstabilisierenundzudemimBereichderZuverlässigkeit
unsereAngeboteabrunden,beispielsweisedurchdiemultiaxiale
SchwingprüfungvonBatterien,diehochpräziseBetriebsfestig-
keitsuntersuchungvonmechanischenKleinbauteilenoderdie
vibroakustischeAnalysevonElastomerlagern.UnserProjekt-
geschäftiminternationalenBereichwurdebesondersim
asiatisch-pazifischenRaumweiterausgebaut.Hierentstehen
neuePartnerschaftenbesondersmitdeutschenUnternehmen,
dieihrGeschäftvorOrtausbauenwollenunddieExpertise
desFraunhoferLBFzurAbrundungdeseigenenPortfolios
benötigen.
AuchdasletzteJahrkonntenwirerneutsehrerfolgreich
abschließen.UnserWirtschaftsertraglagbei55,1%und
dafürgiltIhnen,unserenProjektpartnernundKunden,wie
allenMitarbeiterinnenundMitarbeiterndesLBF-Teamsmein
ausdrücklicherDank.
Zu diesem Jahresbericht
AufdennächstenSeitenskizzierenwirinteressanteAuszüge
unsererProjektarbeitinderSchwingungstechnik,dem
LeichtbausowiederZuverlässigkeitundPolymertechnik.Da
diesimmernurexemplarischgeschehenkann,hoffeich,dass
SieIhrespezifischentechnologischenHerausforderungenin
unserenKompetenzenmöglichstenggespiegeltfinden.
SprechenSieunsbittean!DasgesamteTeamdesLBFfreut
sichaufdieZusammenarbeitmitIhnen!
Prof.Dr.-Ing.TobiasMelz
Forschung mit System! Forschung mit System!
8 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
availableinthenearfuture.Byinvestingcontinuouslyin
advancedtestingtechnology,includingspecialsolutionsdeve-
lopedin-house,wehavebeenabletostabilizetheavailabilityof
oursystemsandadditionallytoroundofftheservicesweoffer
intheareaofeliability,forexamplemulti-axialvibrationtesting
ofbatteries,highlyaccurateStructuralDurabilityofmechanical
smallpartsorvibro-acousticanalysisofelastomericbearings.
Wehaveexpandedourprojectbusinessintheinternational
arena,especiallyintheAsia-Pacificregion.
Here,newpartnershipsarebeingcreatedparticularlywith
Germancompanieswhowanttogrowtheirbusinesslocally
andwhorequiretheexpertiseoftheFraunhoferLBFtocomple-
menttheirownportfolio.
Wehadaverysuccessfulresultagainlastyear.Oureconomic
returnwasaround55.1%andforthisIoweyou,ourproject
partnersandcustomers,aswellasalltheemployeesintheLBF
team,myheartfeltthanks.
About this annual report
Onthefollowingpages,weprovideinterestingabstracts
fromourprojectworkinVibrationTechnology,Lightweight
Construction,ReliabilityandPolymerTechnology.Aswecan
onlyeverdothisbyusingexamples,Ihopeyouwillfindyour
specifictechnologicalchallengesmirroredascloselyaspossible
inourskillsandexpertise.
Feelfreetocontactus!ThewholeLBFteamlooksforwardto
workingwithyou.
Prof.Dr.-Ing.TobiasMelz
I N S I G H T S
LadiesandGentlemen,
ClientsandPartnersoftheFraunhoferLBF,
Wemanagedtosticktoourcourseagainlastyear.Itremains
ourgoaltocarryoutexcellentindustrialresearchandtomake
importantenduringcontributionstovaluecreationboth
commerciallyandsocially.Todothis,wemaintainaconstant
dialoguewithourpartnersandworkcollaborativelywithyou.
WescrutinizeourR&Dservicesandadaptthemtoourcusto-
mers’futurerequirements.Wealsostrivetoprovideincentives
forsuccessfulproductinnovationswithnewresearchresults.
In2014,westrengthenedandfurtherdevelopedourrange
ofR&DservicesinourkeyperformancefieldsofVibration
Technology,LightweightConstruction,ReliabilityandPolymer
Technology.Ourteamsfromtheresearchareasofadaptronics,
StructuralDurabilityandplasticstechnologyworkmoreand
morecloselytogetherintheseperformancefields,andoffera
rangeofinterdepartmental,market-orientedR&Dservices.
Asaresult,wesupportourpartnerswiththeirproduct
developmentsbyprovidingextensivescientificandtechnical
advice,integratedsolutionsfromasinglesourceandfocused
researchanddevelopmentservicesalongakeyportionofthe
valuecreationchain.
Weareverypleasedabouttheincreasingnumberofstrategic
partnershipsandwepromisetocontinuethisboldandintensive
collaborationwhichisbasedonmutualtrust.
What happened last year?
In2014,wecompletedseveralcooperativeresearchprojects
andarenowworkingwithourindustrialpartnersinbilateral
developmentprojectsontranslatingtheprojectresultsinto
commercialsolutions.
Examplesarethecompactionofhighlyenergy-efficient,active
vibrationisolationsystemsofengines,whichwererecently
trialedinroadtests,orthederivationofefficientnumerical
toolsusefulforvibrationanalysis,whichwillbecommercially
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 9
DasFraunhoferLBFinZahlen.Fraunhofer LBF in numbers.
Betriebshaushalt | Operational budget [T €] 2014
AufwandBetriebshaushalt 29203
Erträge Betrieb | Income of operation
BearbeitungvonAufträgen aus der Industrie
13684
BearbeitungvonForschungs-aufgabenfürWirtschaftsverbände
2240
BearbeitungvonForschungsaufgabenfürdieEU 1247
BearbeitungvonForschungsauf-gabenfürBund/Länder
5200
InstitutionelleFörderungdesBMBFundderLänderzumBetriebshaushalt
3135
AnschubfinanzierungLandHessen 2009
InterneProgramme 1004
sowiesonstigeErträge 684
Summe | total 29203
Investitionen | Investments
ausderinstitutionellenFörderungdesBMBFundderLänder
1370
ausVertragsforschungsvorhaben 321
ausSondermittelnLandHessenfinanzierteInvestitionen
47
Summe | total 1738
Personal 2014warenamInstitutinsgesamt452Mitarbeiterbeschäftigt(inkl.Hiwis,Azubis,Praktikanten,DiplomandenundLeiharbeitnehmer).Zusätzlichwaren59MitarbeiterandenassoziertenLehrstühlenderTUDarmstadttätig.
Personnel In2014theinstitutehad452employees(includingresearchassistants,apprentices,trainees,graduatestudentsandborrowedworkers).Inaddition59personswereemployedbytheTechnicalUniversityDarmstadt(allnumbersrefertopersons).
Bet
rieb
shau
shal
t
Industrie | industry
Verbände| associations
Bund/Länder|federal andstategovernments
EU| EuropeanUnion
Sonstige | miscellaneous
Int.Programme| internalprograms
Anschubfinanzierung|start-upfunding
Inst.Förderung| institutionalfunding
2009 2010 2011 2012 2013 20140 Mio.
2 Mio.
4 Mio.
6 Mio.
8 Mio.
10 Mio.
12 Mio.
14 Mio.
16 Mio.
18 Mio.
20 Mio.
22 Mio.
24 Mio.
26 Mio.
28 Mio.
30 Mio.
F I N A N Z I E R U N G S M I X B E T R I E B S H A U S H A L T
F I N A N C I N G M I X O F O P E R A T I O N A L B U D G E T
Status:25.02.2015
10 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Forschung mit System!
Mehrals500Mitarbeiter,ExpertenundFachkräfteunter-
schiedlicherDisziplinen,bringenamFraunhoferLBFund
denassoziiertenFachgebietenMakromolekulareChemie
sowieSystemzuverlässigkeitundMaschinenakustikander
TUDarmstadtgemeinschaftlichihrKnow-howindieinter-
disziplinäreProjektarbeitundunsereFuE-Dienstleistungenein.
ImMittelpunktstehtdasBestreben,hervorragendeErgebnisse
mitgrößtmöglichemNutzenfürKundenundProjektpartner
zuerzielen.AlseinesdertraditionsreichstenInstituteder
Fraunhofer-GesellschaftkanndasFraunhoferLBFauffastacht
JahrzehnteKooperationserfahrungsetzen,mitOEMundmit
Zulieferunternehmen,mitUnternehmenderGroßindustrieund
KMU,mitPartnernausderWirtschaftundausderWissenchaft.
NichtzuletzthieraufbegründetsichdasguteSystem-und
WertschöpfungsverständnisderLBF-Wissenschaftler.
HierfürerbringtdasTeamdesFraunhoferLBFLeistungenent-
langdergesamtenWertschöpfungskette,vomWerkstoffund
dessenVerarbeitungüberdieRealisierungdesfertigenBauteils
unddeskomplexenSystemsbishinzurQualifizierungimHin-
blickaufSicherheitundZuverlässigkeit.Diesgeschiehtinden
LeistungsfeldernSchwingungstechnik, Leichtbau, Zuverläs-
sigkeit und PolymertechnikundbeinhaltetLösungenvom
ProduktdesignbiszurNachweisführung–maßgeschneidertfür
deneinzelnenKunden.SpeziellimLeistungsfeldPolymertechnik
kanndasInstitutmitderPolymersyntheseundumfassender
Materialcharakterisierungbereitsineinerbesondersfrühen
StufederWertschöpfungunterstützen.
Partner im Entwicklungsprozess
Überseincharakteristisches,weitgespanntesKompetenz-und
LeistungsportfolioerreichtdasFraunhoferLBFeineVielzahl
unterschiedlicherMärkte.DieKundendesInstitutsstammen
vorallemausdemAutomobil-undNutzfahrzeugbausowieaus
derChemischenIndustrie,aberauchausdemMaschinen-und
Anlagenbau,derLuftfahrtundVerteidigung,derSchienen-
verkehrstechnik,demSchiffbau,derEnergietechnik,dem
Bauwesen,derElektronikundElektrotechniksowieweiteren
Branchen.DieWissenschaftlerundTechnikerdesInstituts
verstehensichalsaktiveBegleiterimInnovationsprozessihrer
Kunden,alsImpulsgeberundProzessbeschleuniger.Siewirken
alsverlässlichePartnerbeiderProduktentwicklungmit,analy-
sierenkomplexeProblemstellungen,erarbeiten,bewertenund
realisierenmaßgeschneiderteLösungenfürsicherheitsrelevante
maschinenbaulicheSysteme,schwingungsanfälligeLeichtbau-
strukturenundkomplexeelektromechanischeSysteme.Sie
unterstützenstrukturierteProduktentstehungsprozesse,unter
anderemnachdem„V-Modell“.
NebenderBewertungundoptimiertenAuslegungpassiver
mechanischerStrukturenwerdenauchaktive,mechatronisch-
adaptronischeSystemlösungenerarbeitetundprototypisch
umgesetzt.BegleitendentwickeltdasFraunhoferLBF
dieentsprechendennumerischensowieexperimentellen
EntwicklungsmethodenundPrüftechnikenvorausschauend
weiter.DasInstitutschlägtdamiteinestarkeBrückezwischen
WissenschaftundindustriellerAnwendung–regional,national
und international.
DieoperativeArbeitwirddabeidurchkontinuierlicheAnalysen
zurKundenzufriedenheitderkritischenPrüfungunterzogen.
DasManagementsystemdesFraunhoferLBFistnachDINISO
EN9001:2000zertifiziert,dasPrüflabornachdenAnforderun-
genderDINISO-IEC17025akkreditiert.AufdieserBasiserfreut
sichdasInstituteineraußerordentlichhohenKundentreue,über
Jahrzehntehinweg.Diesezuhaltenundweiterauszubauen,ist
ZielunsererArbeit.
Zukunft gestalten!
InengerZusammenarbeitmitdenassoziiertenFachgebietenan
derTUDarmstadtgreiftdasFraunhoferLBFzukunftsorientierte
ForschungsthemenaufundentwickeltsieimVerbundmit
seinenKundengezieltzuProdukt-undProzessinnovationen
weiter.EsentstehenLösungen,durchdieneueTrends
mitgeprägtwerden.DabeinutztdasInstitutseinestarken
Kernkompetenzensystematischundbereichsübergreifend:
DienumerischeundexperimentelleBetriebsfestigkeit,
P R O F I L
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 11
dieSystemzuverlässigkeit,dieAdaptronikunddieKunststoff-
technikwurdeninsbesondereimletztenJahrzehntmithoher
InnovationskraftundgroßerDynamiksowohlinderTiefeals
auchinderBreiteausgebaut.DasInstitutfasstseinenZukunfts-
planineinregelmäßigaktualisiertesStrategiedokumentund
lässtdiesesdurchexterneGutachterüberprüfenundbewerten.
Was uns verbindet
Dievertrauensvolle,nachhaltigerfolgreicheZusammenarbeit,
imTeamdesFraunhoferLBFundderFraunhofer-Gesellschaft
ebensowiemitKundenundPartnern,betrachtenwirals
höchstesGut.DafürsetzensichdieFührungskräfteunddie
MitarbeiterdesFraunhoferLBFmitgroßempersönlichem
Engagementein.DieGrundlagebildenLeistungsbereitschaft,
Integrität,Mut,TransparenzundVerbindlichkeit.Überein
gemeinsamesQualitätsverständnisimTeam,gepaartmit
Offenheit,ToleranzundgegenseitigerWertschätzung,bringt
dasFraunhoferLBFimmerwiederinnovativeForschungs-
ergebnisseundmarktfähigeLösungenhervor.
Regional, national und international.
P R O F I L E
Systematic Research!
Morethan550expertsfromdifferentspecialistfieldsputtheir
collectiveexpertiseintointerdisciplinaryprojectworkandR&D
servicesattheFraunhoferLBFandtheassociateddisciplinesof
MacromolecularChemistryandSystemReliabilityandMachine
AcousticsattheTUDarmstadt.Thefocusisonstrivingtoachie-
veexcellentresultswithmaximumbenefitforcustomersand
projectpartners.Asoneofthemosttradition-steepedinstitutes
oftheFraunhofer-Gesellschaft,theFraunhoferLBFcanrelyon
nearlyeightdecadesofexperienceincooperatingwithOEMs
andsubcontractors,withlargeindustrialcompaniessuchas
SMEs,withpartnersfromindustry,commerceandfromscience.
TheLBFscientistshaveanexcellentunderstandingofsystems
andvaluecreationwhichisbasednotleastonthisexperience.
Forthis,theInstitute’steamprovidesservicesalongtheentire
valuecreationchain,extendingfromthematerialanditspro-
cessing,implementationofthefinishedcomponentorcomplex
systemtoqualificationinrespectofsafetyandreliability.Thisis
carriedoutintheperformancefieldsofVibration Technology,
Lightweight Construction, Reliability and Polymer Tech-
nologyandincludessolutionsrangingfromproductdesignto
verification–customizedforeachindividualclient.Particularly
intheperformancefieldofpolymertechnology,theInstitute
canassistataveryearlystageofvaluecreationwithpolymer
synthesisandin-depthmaterialcharacterization.
Partner in the development process
TheFraunhoferLBFreachesalargenumberofdifferentmarkets
viaitscharacteristicallywide-rangingportfolioofskillsandservi-
ces.TheInstitute’scustomerscomemainlyfromautomotiveand
commercialvehicleconstruction,fromthechemicalindustrybut
alsofromMachineandPlantEngineering,aviationanddefense,
railwaytransportengineering,shipbuilding,powerengineering
andmanyothers.Thescientistsandengineersseethemselves
asactiveparticipantswhoguidetheircustomers’innovation
process,ascatalystsandprocessaccelerators.
Fraunhofer-Transferzentrum Adaptronik
LOEWE-Zentrum AdRIA
Institutsgebäude Bereich Kunststoffe (Schlossgartenstraße)
Zentrum für Systemzuverlässigkeit / Elektromobilität ZSZ-e
Theyactasreliablepartnersinproductdevelopment,
analyzecomplexproblems,develop,evaluateandimplement
customizedsolutions,especiallyforsafety-relatedmechanical
engineeringsystems,vibration-pronelightweightstructuresand
complexelectromechanicalsystems.Theysupportstructured
productdevelopmentprocesses,amongotherthingsaccording
tothe“Vmodel”.
Inadditiontotheevaluationandoptimizeddesignofpassive
mechanicalstructures,theyalsodevelopmechatronic-adaptronic
systemsolutionsandimplementprototypes.Atthesametime,
theFraunhoferLBFproactivelyrefinesappropriatenumerical
andexperimentaldevelopmentmethodsandtestingtechniques.
Asaresult,theInstituteformsastronglinkbetweenscience
andindustrialapplication–regionally,nationallyandglobally.
Atthesametime,theInstitute’soperationalworkisunder
criticalexaminationduetoongoinganalysesofcustomer
satisfaction.TheFraunhoferLBF’smanagementsystemis
certifiedinaccordancewithDINISOEN9001:2000,thetesting
laboratoryisaccreditedinaccordancewiththerequirements
ofDINISO-IEC17025.Basedonthis,theInstituteenjoysan
extraordinarylevelofcustomerloyaltywhichextendsover
decades.Theaimofourworkistomaintainanddevelopthis
evenfurther.
Shaping the future!
InclosecooperationwiththeassociateddisciplinesattheTU
Darmstadt,FraunhoferLBFpicksupfuture-orientedresearch
topicsandspecificallydevelopsthemintoproductandprocess
innovationsinassociationwithitscustomers.Thisleadsto
solutionswhichinturninfluencenewtrends.TheInstituteuses
itsstrongcorecompetenciessystematicallyandinterdepartmen-
tallyinthisprocess.Inthelastdecadeinparticular,numerical
andexperimentalStructuralDurability,adaptronics,System
Reliabilityandplasticstechnologyhavebeengreatlyexpanded
intermsofbothdepthandbreadthemployingahighlevelof
innovativestrengthandexceptionaldynamism.TheInstitute
draftsitsfutureplaninaregularlyupdatedstrategydocument
andithasthisdocumentexaminedandassessedbyexternal
experts.
What unites us
Weconsidertrusting,successfullong-termcooperation,within
theFraunhoferLBF’steamandtheFraunhofer-Gesellschaft,as
wellaswithcustomersandpartners,tobeourmostvaluable
asset.ThemanagersandstaffoftheFraunhoferLBFputagreat
dealofpersonaldedicationintothis.Itisbasedoncommitment,
integrity,courage,transparencyandresponsibility.Bywayof
acommonunderstandingofqualityintheteam,coupledwith
openness,toleranceandmutualrespect,theFraunhoferLBF
constantlyproducesinnovativeresearchresultsandmarketable
solutions.
Spezifi kation und Kaskadierung
Anforderungs-defi nition
Gesamtfahrzeug
Spezifi kationenfür Systeme
Konzept undEntwurf
Baugruppe
Gestaltung undAusführung
Komponenten
Down cascading
Target setting /benchmarking
Test und Integration
Labortest undFahrerprobung
Gesamtfahrzeug
Validation / Freigabe
LabortestsBaugruppen
Kompatibilität / Zuverlässigkeit
bauteil-gebundene
Eigenschaften
Charakterisierung
Konformität / Verifi kation
Systemintegra-tion
und Labortest
System- undBaugruppen-
analyse
num. AnalysenKomponenten
num. AnalyseSystem
num. AnalyseGesamtfahrzeug
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 13
Mit Sicherheit innovativ – Mit Leidenschaft am Markt.
Kontakt
Strategisches ManagementDr. phil. nat. U. EulTelefon: +49 6151 705 - 262ursula.eul@lbf.fraunhofer.de
„MitSicherheitinnovativ,mitLeidenschaftamMarkt“istund
bleibtdasFraunhoferLBFfürSie,unsereKundenundPartner.
DabeigiltunserEngagementvorallemIhremErfolg.Diessoll
auchdervorliegendeJahresberichtzumAusdruckbringen.
SiefindendarineinegroßeSpannweiteneuerProjektbeispiele,
wieetwaUntersuchungenzuBatteriesystemundNutzerver-
haltenvonElektrofahrzeugenoderzuemissionsreduzierten
Kunststoffcompounds.EsbegegnenIhnenaberauchviele
weiterentwickelteLösungsangebotezubereitsinfrüheren
BerichtenvorgestelltenThemenwieetwasmarteSensornetz-
werkezurÜberwachunggroßerBauwerkeoderGradienten-
klebstoffefürdenbetriebsfestenLeichtbau.Dieszeigt:Wir
bleibendran!
MitarbeiterauszehnLBFForschungsabteilungenundden
assoziiertenFachgebietenanderTUDarmstadtgreifenmarkt-
relevanteForschungsthemenauf,erarbeitenanwendungs-
spezifischeGrundlagen,entwickelndieThemenininternen
oderdurchöffentlicheAuftraggebergefördertenForschungs-
projektensystematischbiszurAnwendungsreifeweiterund
begleitenihrePartnerschließlichbeiderÜberführungindie
konkreteindustrielleAnwendung.HierfürsetzenWissen-
schaftler,IngenieureundTechnikerihrganzesKnow-how
undihreErfahrungein.
WirhabendenAnspruch,inunserenKernkompetenzen
Betriebsfestigkeit, Systemzuverlässigkeit, Adaptronik
und Kunststoffenführendzusein.Wirentwickelndiesesys-
tematischweiter,umaktuellstewissenschaftlicheErkenntnis-
se,AnwendungserfahrungunddiesichereBeherrschungauch
komplexerMethodenindieLösungIhrerAufgabenstellungen
einfließenzulassen.Wirfreuenunsdarüber,dassIhreAnfor-
derungenanunsdabeizunehmendkomplexerwerden.Dem
stelltsichdasInstitutmitSystemkompetenzundinterdiszip-
linärer,abteilungsübergreifenderZusammenarbeit,innerhalb
desFraunhoferLBFebensowieinpartnerschaftlicherKoope-
rationmitexternenExperten.
DiezentralenLeistungsfelderdesFraunhoferLBFsind
Schwingungstechnik, Leichtbau, Zuverlässigkeit und
Polymertechnik.ImvorliegendenBerichtpräsentierenwir
IhnenzujedemdieserLeistungsfelderausgewählteProjektbei-
spielevordemHintergrundjeweilsganzkonkreterFragestel-
lungenundForschungsaufträge.EinigeunsererKundensowie
einigeMitarbeiterhabenProjekteausihrerjeweiligenSicht
kommentiert.Auchdiesmögeillustrieren,wiewirarbeiten
undwasSievonunserwartendürfen.BittescheuenauchSie
sichnicht,unsIhrFeedbackzugeben!
AufderBasisdesspezifischenundzugleichweitgespannten
Kompetenz-undLeistungsportfoliosistdasFraunhoferLBFin
derLage,fortschrittlicheFuE-LösungenfüreineVielzahlvon
BranchenundMarktsegmentenzuliefern.Wirbündelndiese
SegmenteinvierGeschäftsfelder: Automotive, Transport,
Maschinen- und Anlagenbau sowie Energie, Umwelt
und Gesundheit.ErfahrendeProjektleitermitentsprechen-
demMarktverständnisundAnwendungswissenerarbeitenim
DialogmitIhnenmaßgeschneiderteLösungsangeboteund
schnürenmitgroßemEngagementganzheitlicheLeistungspa-
keteindividuellfürSie.
Wirfreuenunsdarauf,SieauchinZukunftinIhremInnova-
tionsprozessundbeimTechnologietransferunterstützenzu
dürfen.FordernSieunsweiterhin-inbilateralenEinzelprojek-
ten,inVerbundprojekten,inEU-Projektenoderininternatio-
nalenKooperationen.
Darmstadt,imMärz2015
Dr.UrsulaEul
AbteilungsleiterinStrategischesManagement
14 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
TheFraunhoferLBFisandwillremain“certainlyinnovati-
ve,passionatelyinthemarket”foryou,ourcustomersand
partners.Ourcommitmentisdedicatedtoyoursuccess.This
annualreportalsoaimstoconveytheseprinciples.
Youwillfindahugerangeofnewprojectexamplesinthis
report,suchasstudiesonbatterysystemsanduserbehavior
ofelectricvehiclesoremission-reducingplasticcompounds.
Youwillalsocomeacrossmanyadvancedsolutionstotopics
introducedinearlierreports,suchassmartsensornetworks
formonitoringlargestructuresorgradientadhesivesfor
structurallydurableLightweightConstruction.Thisshowsthat
we’restayingoncourse!
EmployeesfromtenLBFresearchdepartmentsandassocia-
teddisciplinesattheTUDarmstadtpickupmarket-relevant
researchtopics,workoutapplication-specificprinciples,
systematicallydevelopthetopicsinresearchprojectsin-house
orfundedbypublic-sectorcustomersuntilreadyforcommer-
cialapplication,andultimatelysupporttheirpartnersduring
thetransfertoconcreteindustrialuse.Scientists,engineers
andtechniciansemployalltheirexpertiseandexperienceto
achievethis.
Weaimtobeleadersinourcore competencies of
Structural Durability, Smart Structures, System Reliabi-
lity and Plastics,andwearedevelopingtheseskillssystema-
ticallyinordertoincorporatethelatestscientificfindingsand
reliablemasteryofevencomplexmethodsinthesolutionto
yourproblems.Wearedelightedthatwhatyourequireofus
isalsobecomingincreasinglycomplexintheprocess.The
Institutemeetsthesechallengeswithsystemscompetence
andinterdisciplinary,interdepartmentalcooperationboth
withintheFraunhoferLBFaswellasincollaborativecoopera-
tionwithexternalexperts.
The key service areasoftheFraunhoferLBFareVibration
Technology, Lightweight Construction, Reliability and
Polymer Technology.Inthisreport,wepresentselected
projectexamplesforeachoftheseperformancefieldsinlight
ofveryspecificquestionsandresearchassignmentsineach
case.Someofourcustomersandsomeemployeeshaveeach
commentedonprojectsfromtheirpointofview.This,too,
mayillustratehowweworkandwhatyoucanexpectfrom
us.Pleasedonothesitatetogiveusyourfeedback!
Basedonthespecific,yetwide-rangingportfolioofexpertise
andservices,theFraunhoferLBFisabletodeliverprogressive
R&Dsolutionsforalargenumberofindustriesandmarket
segments.Wegroupthesesegmentsintofourbusiness
areas: Automotive, Transport, Machine and Plant
Engineering plus Energy, Environment and Health.Expe-
riencedprojectmanagerswiththeappropriatemarketunder-
standingandapplicationknowledgeintheseareasdevelop
customizedsolutionsinconsultationwithyou.Theyarethen
committedtoputtingtogetherintegratedservicepackages
withyourspecificrequirementsinmind.
Welookforwardtoassistingyouwithyourinnovationprocess
andtechnologytransferinthefuture.Continuetochallenge
us–inindividualbilateralprojects,incollaborativeprojects,in
EUprojectsorininternationalcooperation.
Darmstadt,March2015
Dr.UrsulaEul
HeadofStrategicManagement
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 15
Betriebsfester und funktionsintegrierter Leichtbau
Prof.Dr.-Ing.A.Büter
Baugruppen und SystemeDipl.-Ing.M.Wallmichrath
Aktoren und SensorenDipl.-Ing.M.Matthias
Strukturdynamik und SchwingungstechnikDr.-Ing.S.Herold
Zuverlässige Signalverarbeitung und Strukturüberwachung
Dr.-Ing.D.Mayer
Rezepturentwicklung und DauerhaftigkeitDr.rer.nat.R.Pfaendner
Zentrum für Systemzuverlässigkeit / Elektromobilität ZSZ-e
Dr.-Ing.Ch.elDsoki
SCHWINGUNGS-TECHNIKVIBRATION
TECHNOLOGY
L E I S T U N G E N | S E R V I C E S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 17
SchwingungenundLärmtreteninvielenAnwendungen
häufigalsunerwünschteBegleiterscheinungenauf.Hierbeein-
trächtigensieBetriebssicherheit,Funktionalität,Genauigkeit
undProduktivitätvonProzessenundSystemen.Insbesondere
Leichtbaustrukturensindhiervonbetroffen.Außerdemwirken
SchwingungenundLärmaufdenMenscheneinundkönnen
dabeizuKomforteinbußenundgesundheitlichenBeein-
trächtigungenführen.Damitkommtschwingungstechnisch
optimiertenProdukteneinezunehmendhoheBedeutungzu.
AufgrunddermeisthohenKomplexitätbeischwingungs-
technischenFragestellungenarbeitenForscheramFraunhofer
LBFaneffizientenMethodenfürdieEntwicklungoptimierter
Systeme.HierbeiwerdendiverseFragestellungenbeginnend
mitdernumerischenund/oderexperimentellenAnalyseder
Problemstellung,überdieAnpassungderMaterialeigenschaften
vonKunststoffen,dieCharakterisierungvonKomponentenund
Baugruppen,dieBildungvonSystemmodellenbishinzurUm-
setzungundSystemintegrationbetrachtet.Dieabschließende
BewertungderSystemeimLaboroderimFeldtestsichertFunk-
tionalitätundZuverlässigkeitab.Nebenklassischenpassiven
AnsätzenwerdenamFraunhoferLBFauchaktiveMaßnahmen
zurVerbesserungderSystemdynamikeingesetzt.Damitsind
wirinderLage,selbstbeischwierigenFragestellungenentlang
desProduktentstehungsprozessesganzheitlichundzielgerichtet
zuunterstützen.UnsereKundenprofitierenaußerdemvonder
hervorragendenexperimentellenundnumerischenAusstattung
unseres Instituts.
DasbesonderePotenzialfürdieRealisierungschwingungs-
technischoptimierterSystemeergibtsichmitderBündelung
sichergänzenderKompetenzen.Durcheineganzheitliche
Betrachtung–idealerweisebereitswährendderEntwicklung
–könnenwirLösungenfürProduktemitmaßgeschneiderten
dynamischenEigenschaftenanbieten.ImVordergrundstehen
häufigdieSicherstellungvonFunktionundEffizienzunter
definiertenRandbedingungen(mehr dazu ab Seite 37).
Vibrationsandnoiseoccurinmanyapplicationsoftenas
undesirableside-effects.Inthiscase,theycompromisethe
operationalsafety,functionality,accuracyandproductivityof
processesandsystems.Thisparticularlyaffectslightweight
structures.Inaddition,vibrationsandnoisehaveaneffecton
peopleandcanleadtosacrificesintermsofcomfortandeven
healthproblems.Asaresult,vibration-optimizedproductsare
becomingincreasinglyimportant.
Duetotheusuallyhighlevelofcomplexityinvibrationcontrol
problems,researchersattheFraunhoferLBFareworkingon
efficientmethodsforthedevelopmentofoptimizedsystems.
Severalissuesareconsidered,startingwithnumericaland/or
experimentalanalysisoftheproblem,adaptationofthe
materialpropertiesofplastics,characterizationofcomponents
andassemblies,creationofsystemmodelsandextendingto
implementationandsystemintegration.Finalevaluationofthe
systemsinthelaboratoryorinfieldtestsensuresfunctionality
andreliability.Inadditiontotraditionalpassiveapproaches,
theFraunhoferLBFalsoemploysactivemeasurestoimprove
systemdynamics.Asaresultweareabletoprovideintegrated
andtargetedsupportevenfordifficultissuesduringthe
productdevelopmentprocess.Ourcustomersalsobenefit
fromtheexcellentexperimentalandnumericalamenitiesof
our institute.
Thespecialpotentialforimplementingvibration-optimized
systemsistheresultofpoolingmanydifferent,complemen-
taryskills.Usinganintegratedapproach–ideallyduringthe
developmentphase–wecanoffersolutionsforproductswith
customizeddynamicproperties.Thefocushereisfrequently
onensuringfunctionandefficiencyunderdefinedboundary
conditions(More on page 37).
SchwingungstechnikmitSystem.Systematic Vibration Technology.
Betriebsfester und funktionsintegrierter Leichtbau
Prof.Dr.-Ing.A.Büter
Baugruppen und SystemeDipl.-Ing.M.Wallmichrath
Strukturdynamik und SchwingungstechnikDr.-Ing.S.Herold
Kunststoffverarbeitung und BauteilauslegungDr.-Ing.J.Wieser
LEICHTBAULIGHTWEIGHT
DESIGN
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 19
L E I S T U N G E N | S E R V I C E S
Ressourcenproduktivitätund–effizienzsindzentraleElemente
einerNachhaltigkeitsstrategiefürProdukte,vonderHerstellung,
überdieNutzungbiszurEntsorgung.ImBetriebistdasGewicht
oftvonentscheidenderBedeutung.DieFahrwiderständeeines
Kraftfahrzeugsetwa,unddamitderKraftstoffverbrauch,sind
unmittelbarvonseinerMasseabhängig.Leichtbauwirdzum
konkretenEntwicklungsziel.
DieGestaltungeffizienterLösungenumfasstvieleAspekte:
Werkstoffentwicklungund-verarbeitung,Auslegung,Konst-
ruktion,Fertigungs-undFügetechnologie,Bewertungs-und
Nachweisverfahren,dieauchunterdemAspektderWirtschaft-
lichkeitüberzeugenmüssen.DieLösungsolcherAufgaben
erfordertumfassendesKnowhowundsystemischesVerständnis.
DieKenntnisrelevanterBelastungszuständeund-häufigkeiten
istVoraussetzungfürdieOptimierungeinerKonstruktion:LBF
WissenschaftlerermittelnhierfürLastdatenmitrechnerischen
undmesstechnischenMethoden.
MitderBewertungvonWerkstoff-undFertigungseigenschaften
erfolgtdernächsteSchritt:StahlundEisenguss,NE-Metalle
sowieSinterwerkstoffe,aberauchPolymer-undfaserverstärkte
Composite-MaterialienwerdenindenakkreditiertenLaboren
desFraunhoferLBFumfassendgeprüft.StatistischeMethoden
undmodernstezerstörungsfreiePrüfverfahren–u.a.Computer-
tomographie–machendieErgebnissesicherundexakt.
MitsystemischemBlickaufdenLeichtbauentstehenProdukte,
diesoleichtwiemöglichsindundfürdievorgesehene
NutzungsdauerihreFunktionsicherundzuverlässigerfüllen.
OderBauteilemitintegriertenSensoren,AktorenundFunkti-
onselementen,dieWartungs-undServicebedarfmeldenoder
sogaraktivindasStrukturverhalteneingreifen.
Festigkeit,HaltbarkeitundSchwingungsverhaltendefinieren
RandbedingungenundAnwendungsgrenzenfürvieleLeicht-
baulösungen:DasFraunhoferLBFunterstütztbeikonzeptionel-
lenFragestellungen,inderEntwicklungsowieabschließendbei
Test und Validation (mehr dazu ab S. 51).
Resourceproductivityandresourceefficiencyarekeyelements
ofasustainabilitystrategyforproductsalongthepathfrom
manufacturingtouseanddisposal.Weightisoftencrucial,
particularlyfortheoperatingphase.Forexample,major
drivingresistancesofamotorvehicle,andthereforethe
fuelconsumption,dependdirectlyonitsmass.Lightweight
Constructionisbecomingaconcretedevelopmentgoal.
Thedesignofefficientlightweightsolutionsincludesmiscella-
neousaspects:thedevelopmentandprocessingofmaterials,
designandconstructiontechnologies,manufacturingand
joiningtechnologies,assessmentandverificationmethods
whichalsohavetobeeconomicalsolutions.Theimplementati-
onofreliablelightweightsolutionsrequiresextensiveexpertise
andsystemicunderstanding.Knowledgeofrelevantloading
conditionsandfrequenciesisessentialfordesignoptimization:
LBFscientistsdeterminethisloaddatausingcomputational
andmeasurementmethods.
Thenextstepisthecharacterizationandevaluationofmate-
rialsandmanufacturingproperties:Steelandcastiron,non-
ferrousmetalsandsinteredmaterials,butaboveallpolymer
andfiber-reinforcedcompositematerialsarethoroughlyinves-
tigatedinLBFaccreditedlaboratories.Statisticalmethodsand
state-of-the-artnon-destructivetestprocedures–including
CT–makeourresultsreliableandaccurate.Asystematicview
ofLightweightConstructionhelpstorealizeproductsthatare
aslightaspossibleandfulfilltheirfunctionsafelyandreliably
fortheproduct’sintendedservicelife.Orcomponentsthat
integratesensors,actuatorsandfunctionalelementswhich
reportmaintenanceandserviceneeds,oractivelyintervenein
thestructuralbehavior.
Strength,durabilityandvibrationbehavioraredifficult
boundaryconditionsformanylightweightsolutionsand
defineapplicationlimits:LBFhelpscustomerswithconceptual
issues,withdevelopmentandsubsequentlywithtestingand
validation.(More on page 51).
LeichtbaumitSystem.Systematic Lightweight Construction.
Betriebsfester und funktionsintegrierter LeichtbauProf.Dr.-Ing.A.Büter
Werkstoffe und BauteileDipl.-Ing.H.Kaufmann
Aktoren und SensorenDipl.-Ing.M.Matthias
Zuverlässige Signalverarbeitung und Strukturüberwachung
Dr.-Ing.D.Mayer
Rezepturentwicklung und DauerhaftigkeitDr.rer.nat.R.Pfaendner
Zentrum für Systemzuverlässigkeit / Elektromobilität ZSZ-e
Dr.-Ing.Ch.elDsoki
ZUVER LÄSSIGKEITRELIABILITY
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 21
L E I S T U N G E N | S E R V I C E S
DieZuverlässigkeittechnischerProdukteundSystemeistnicht
direktmessbar.Esistnichtmöglich,denAusfalleinesBauteils
odereinesSystemsvollständigauszuschließen.Nichtzuletzt
dankderArbeitenundForschungsergebnissedesFraunhofer
LBFsindheutevieletechnischeProduktedennochausgereift,
robustundwartungsarm.
GeradeinderAutomobil-,Schienenfahrzeug-undLuftfahrt-
industriewerdenvieleStrukturenbetriebsfestausgelegt,
d.h.SchädeninnerhalbtypischerNutzungsperiodenwerden
weitgehendausgeschlossen–vielfachohnezwischenzeitliche
Inspektionenund/oderWartungsumfänge.Seitmehrals75
JahrenarbeitetdasFraunhoferLBFkontinuierlichdaran,Unsi-
cherheitenintechnischenProduktenbeherrschbarzumachen.
UmfassendesVerständnisfürimBetriebwirksameLasten
undUmwelteinflüsse,Werkstoff-undfertigungstechnische
EigenschaftensowieGestaltungundKonstruktionsindhierfür
notwendig:dieWissenschaftlerdesLBFstellendazuMethoden
sowieKompetenzenzurVerfügung,geradeauchfürneue
Materialien(u.a.Composite-Werkstoffeund-Strukturen),mo-
dernsteFüge-oderFertigungsprozesse(u.a.machineableADI),
Strukturkomponenten(u.a.aktiveSystemezurLastminderung)
oderkompletteSysteme(u.a.FahrzeugrohkarosserieoderBat-
teriesystemefürEV).AußerdembeschäftigtsichdasLBFmitder
Lastdatenerfassungund-analysesowiemitkosteneffizienten
Monitoringverfahren,umdieimBetriebwirksameBelastung
undBeanspruchungmesstechnischzuerfassen.
MitderIntegrationelektromechanischerKomponentensteigen
KomplexitätundAnzahlmöglicherAusfallursachen.Die
ZuverlässigkeitsolcherSystemeerforderteinmultiphysikalisches
LebensdauermanagementsowieentsprechendeTestverfahren.
DasFraunhoferLBFarbeitetanMethoden,dieZuverlässigkeit
undFunktionssicherheitbereitsimAuslegungsprozesszu
berücksichtigen,Fehler-undAusfallmechanismenzuverstehen,
zubewertenundkostengünstigeAnsätzefürLast-undHealth-
Monitoringumzusetzen(mehr dazu ab S. 63).
TheReliabilityoftechnicalproductsandsystemsisanattribute
thatisnotdirectlymeasurable.Itisnotpossibletocompletely
ruleoutthefailureofanycomponentorsystem.However
-becauseoftheFraunhoferLBFworkandresearchresults-
manytechnicalproductsarenowhighlydeveloped,robustand
low-maintenance.Today,manystructures,particularlyinthe
automotive,railwayandaviationindustries,aredesignedtobe
structurallydurable,i.e.damagewithintypicalusageperiods
hasbeenverylargelyexcluded–oftenwithoutinteriminspec-
tionsand/ormaintenancework.Ourteamhasbeenworking
continuouslyformorethan75yearsonbecomingbetterand
betteratmanaginguncertaintiesintechnicalproducts.
Itisnecessarytohaveextensiveunderstandingoftheloads
andenvironmentalinfluenceseffectiveduringoperation,the
materialsandmanufacturingproperties,andthedesignand
construction.ThescientistsattheFraunhoferLBFworkonpre-
ciselytheseissuesinmanydepartmentsandprovidemethods
andskills,particularlyfornewmaterials(e.g.engineering
plastics,compositematerialsandstructures),advancedjoining
ormanufacturingprocesses(e.g.threadformingormachina-
bleADI),structuralcomponents(e.g.elastomericbearingsand
activesystemsforloadreduction)orcompletesystems(e.g.
body-in-whiteorbatterysystemsforpowersupplies).Wealso
dealin-depthwiththeacquisitionandanalysisofloaddata,as
wellascost-effectivemonitoringmethodsformeasuringand
recordingthestressandstraineffectiveduringoperation.
Thecomplexityandnumberofpossiblecausesoffailure
increasesaselectronic,softwareandcontrolcomponentsare
integrated.Thereliabilityofsuchsystemsrequiresmulti-phy-
sicallifecyclemanagementandappropriatetestprocedures.
FraunhoferLBFisworkingonmethodsfortakingintoaccount
reliabilityandfunctionalsafetyatthedesignprocessstage,for
understandingandevaluatingfaultandfailuremechanisms,
orforimplementinglow-costapproachestoloadand‘health’
monitoring.(More on page 63).
ZuverlässigkeitmitSystem.Systematic Reliability.
Betriebsfester und funktionsintegrierter Leichtbau
Prof.Dr.-Ing.A.Büter
Kunststoffverarbeitung und BauteilauslegungDr.-Ing.J.Wieser
PolymersyntheseProf.Dr.rer.nat.M.Döring
Rezepturentwicklung und DauerhaftigkeitDr.rer.nat.R.Pfaendner
POLYMER TECHNIKPOLYMER
TECHNOLOGY
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 23
L E I S T U N G E N | S E R V I C E S
PolymertechnikmitSystem.Systematic polymer technology.
MaßgeschneiderteKunststoffe,KunststoffverbundeundKunst-
stoffverarbeitungstechnologiensindwesentlicheElemente,um
denglobalenHerausforderungenderZukunftwieMobilität,
Kommunikation,Gesundheit,Ernährung,Klimaschutzund
Sicherheitzubegegnen.Leistungsfähigeundzuverlässige
KunststoffeübernehmendabeiSchlüsselfunktionenbeider
Ressourcen-undEnergieeffizienz.DurchLeichtbauwerden
AutosundFlugzeugedankKunststoffsparsamer.MitKunststoff
gedämmteHäuserbenötigenwenigerEnergieundhelfenda-
mit,denAusstoßvonTreibhausgasenzuverringern.Kunststoffe
sindnachhaltig,könnennachihremerstenLebenhochwertig
rezykliertoderausnachwachsendenRohstoffenhergestellt
werden.Kunststoffewerdendarüberhinausmitzusätzlichen
Funktionenausgestattet,wieelektrischeundthermische
Leitfähigkeiten,Sensorik,FlammschutzoderLichtstabilität.
DasFraunhoferLBFbegleitetinderPolymertechnikdiegesamte
EntwicklungskettevonderchemischenSynthese,derFormu-
lierungsentwicklung,derVerarbeitungundPrüfungüberdie
SimulationbiszurPrüfungundFreigabedesEndteils.
DasFraunhoferLBFbietetineinmaligerWeiseeinNetzwerkder
KompetenzeninderPolymertechnik.Kunststoffemitoptimier-
temEigenschaftsprofilwerdensynthetisiertoderbestehende
ProduktegemäßAnforderungenmodifiziert.Leistungsfähige
AdditivesindderSchlüsselzuInnovationenundGarantenfür
dendauerhaftenEinsatzvonKunststoffen,z.B.inAußenan-
wendungen.ChemischeMaterialanalytikundphysikalische
WerkstoffcharakterisierungsindessentielleGebietevoneiner
praxisnahenRezepturempfehlung,fürStruktur/Eigenschafts-
beziehungenundbishinzurSchadensanalytik.Verarbeitung
durchCompoundierungundSpritzgusssowieMaterialmodelle
undeffizienteMethodenzurMaterialdatenermittlungund
BauteilprüfungstehenzurVerfügung.
WirhelfenIhneninIhremgesamtenEntwicklungsprozesszu
konkurrenzfähigenBauteil-undSystemlösungenvomKonzept
biszurValidierung(mehr dazu ab Seite 81).
Customizedplastics,compositeplasticsandplasticsprocessing
technologiesareimportantelementsformeetingtheglobal
challengesofthefuture,suchasmobility,communication,
health,nutrition,climateprotectionandsecurity.Thisiswhere
efficientandreliableplasticsassumekeyfunctionsinresource
andenergyefficiency.Carsandplaneswillbecomemoreeco-
nomicalthankstoLightweightConstruction.Housesinsulated
withplasticswillrequirelessenergyandwillthereforehelpto
reducetheemissionofgreenhousegases.Plasticsaresustaina-
ble,theycanberecycledtoahighdegreeaftertheirfirstlife
cycleorcanbemanufacturedfromrenewablerawmaterials.
Inadditiontothis,plasticsareequippedwithadditionalfunc-
tionssuchasappropriateelectricalandthermalconductivities,
sensortechnology,flameproofingorlightstability.
Inpolymertechnology,theFraunhoferLBFprovidessupport
fortheentiredevelopmentchainfromchemicalsynthesis,for-
mulationdevelopmentwithappropriateadditives,processing
andtestingofplasticstosimulation,finishedpartstestingand
approval.
TheFraunhoferLBFoffersauniquenetworkofexpertisein
polymertechnology.Plasticswithanoptimizedfeaturesprofile
aresynthesizedorexistingproductsaremodifiedaccording
torequirements.High-performanceadditivesarethekeyto
innovationsandaguaranteeforthelong-termuseofplastics,
e.g.inoutdoorapplications.Chemicalmaterialanalysis
andphysicalmaterialcharacterizationareessentialareasof
practicalrecommendationfortheformulation,forstructure-
propertyrelationshipsthroughtofailureanalysis.Processing
bycompoundingandinjectionmoldingaswellasmaterial
modelsandefficientmethodsfordeterminingmaterialdata
andcomponenttestingareallavailable.
Wewillhelpyouthroughoutyourentiredevelopmentprocess
tofindcompetitivecomponentandsystemsolutionsfrom
designconcepttovalidation (More on page 81).
24 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
DieReduktionvonLärm-undEmissions-
belastungenaufMenschundUmwelt,
dieErhöhungderEnergieeffizienzund
SteigerungderWettbewerbsfähigkeit
durchKostensenkungüberdengesamten
LebenszyklussindimSchienenverkehr,in
derLuftfahrtundimSchiffbauunverkenn-
bareTrends.DarausleitensichFuE-Her-
ausforderungenwiez.B.dieEntwicklung
energieeffizienterAntriebe,Energierück-
gewinnungsstrategien,funktionsinteg-
rierteundSystem-Leichtbaukonzepteab.
DasLBFunterstütztbeispielsweisedurch
VerfahrenderVersuchszeitverkürzung,
angepasstePrüfverfahren,neueMateriali-
en,mechatronischeSystemlösungenund
MethodenderZuverlässigkeitsbewertung.
AUTOMOTIVE – Pkw, Nfz und
Sonderfahrzeuge
AUTOMOTIVE – Cars, commercial
vehicles and special vehicles
UnserEngagementfürIhrenErfolg.Our commitment for your success.
TRANSPORT – Luft- und Raumfahrt,
Schiffbau, schienengebundene
Fahrzeuge
TRANSPORT – Aviation and aero-
space, shipbuilding, rail vehicles
MitganzheitlichenFuE-Angeboten
unterstütztdasFraunhoferLBFden
ProduktentwicklungsprozessbeiOEMund
Zulieferern.Diesgiltfürkonventionellund
fürelektrischangetriebeneFahrzeuge.
VonderFahrbetriebsanalyseundAblei-
tungrelevanterAnforderungenfürWerk-
stoffe,fürdieAuslegungvonBauteilen
undSystemen,überdieOptimierungund
prototypischeUmsetzungmechanischer,
elektromechanischerundsignalverarbei-
tungstechnischerKomponentenbishin
zuSystemintegration,Inbetriebnahme
undBewertung.DenErfordernissen
einernachhaltigenMobilitätträgtdas
FraunhoferLBFnunmehrauchmit
speziellerPrüftechnikimZentrumfür
Systemzuverlässigkeit/Elektromobilität
ZSZ-eRechnung.
TheFraunhoferLBFsupportstheproduct
developmentprocessamongOEMsand
supplierswitharangeofintegratedR&D
services.Theyapplytobothconventional
andelectricallydrivenvehicles.From
theanalysisofdrivingconditionsand
derivationofrelevantrequirementsforthe
designofcomponentsandsystems,opti-
mizationandprototypicalimplementation
ofmechanical,electromechanicaland
signalprocessingtechnologycomponents
tosystemintegration,commissioning
andevaluation.TheFraunhoferLBFnow
takesaccountoftherequirementsfor
sustainablemobilitywithitsspecialtesting
technologyattheCenterforSystem
Reliability / Electric Mobility ZSZ-e.
Reductionofnoiseandemissionloadson
peopleandtheenvironment,advances
inenergyefficiencyandincreasing
competitivenessduetocostreductions
throughouttheentirelifecycleare
unmistakabletrendsinrailtransport,
aviationandshipbuilding.Thisresultsin
R&Dchallengessuchasthedevelopment
ofenergy-efficientdrives,energyrecovery
strategies,functionallyintegratedand
lightweightsystemdesignconcepts.
TheLBFprovidessupport,forexample,
withproceduresforreducingtesttimes,
adaptedtestprocedures,newmaterials,
mechatronicsystemsolutionsand
methodsofreliabilityassessment.
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 25
G E S C H Ä F T S F E L D E R | B U S I N E S S A R E A S
MASCHINEN- UND ANLAGENBAU
MACHINE AND
PLANT ENGINEERING
G E S C H Ä F T S F E L D E R | B U S I N E S S A R E A S
DasLBFunterstütztUnternehmen
derBranchenEnergie,Umweltund
GesundheitbeiderEntwicklungleichter,
schwingungsarmer,leiserundzuverlässi-
gerProdukteaufMaterial-,Bauteil-und
Beanspruchungsebene.Beispielesind:Be-
wertung,OptimierungundÜberwachung
vonKraftwerkskomponentenhinsichtlich
ihresschwingungstechnischenVerhaltens
undihrerZuverlässigkeit,Überwachung
vonStrukturenundSystemenu.a.durch
energieautarkeSensornetzwerke,Verbes-
serungdesvibroakustischenVerhaltens
dezentralerEnergieversorgungseinrich-
tungen,dieerhöhteakustischeAnfor-
derungendefinieren,Optimierungder
ZuverlässigkeittechnischerKomponenten
beimTransportzumEinsatzort.
ENERGIE, UMWELT UND GESUNDHEIT
ENERGY, ENVIRONMENT AND
HEALTH
DieMaschinentechnikhatinderEnergie-
erzeugung,Fluidtechnik,Robotik,
Automation,Landtechnik,Präzisions-
technikundvielenweiterenSegmenten
desMaschinen-undAnlagenbaus
besondereBedeutung.Aufgabenfürdie
FuEsindz.B.VerbesserungvonPräzision,
Energieeffizienz,Leichtbaueigenschaften
undEinsatzdynamiksowiedieReduktion
vonAusfall-undWartungszeiten.Das
FraunhoferLBFbietetLösungenauf
Komponenten-undSystemebene
wiedieOptimierungdesSchwingungs-
verhaltens,aktorischeBaugruppenfür
Automatisierungsaufgaben,Technologien
zurZustandsüberwachungauchim
KontextIndustrie4.0sowieangepasste
KunststoffeundKonstruktionsprinzipien.
TheLBFsupportscompaniesinthe
Energy,EnvironmentandHealthsectors
duringthedevelopmentoflighter,low-
vibration,quietandreliableproductsat
thematerial,componentandstresslevels.
Examplesofthisare:evaluation,optimi-
zationandmonitoringofpowerplant
componentswithregardtotheirvibration
behaviorandtheirReliability,monitoring
ofstructuresandsystems,amongother
thingsbymeansofself-sufficientsensor
networks,improvingthevibroacoustic
behaviorofdistributedenergysupply
systems,definingtheincreasedacoustic
requirements,optimizingtheReliabilityof
technicalcomponentsduringtransportto
thejobsite.
Mechanicalengineeringisofparticular
importanceinpowergeneration,fluid
technology,robotics,automation,agricul-
turalengineering,precisionengineering
andmanyothersegmentsofMachine
andPlantEngineering.ExamplesofR&D
tasksareimprovementofprecision,
energyefficiency,lightweightproperties
andapplicationdynamicsaswellasthe
reductionofdowntimesandmaintenance
times.TheFraunhoferLBFofferssolutions
atcomponentandsystemlevel,suchas
optimizationofthevibrationalbehavior,
actuatorassembliesforautomationtasks,
technologiesforstatusmonitoringalso
withinthecontextofIndustry4.0,and
adaptedplasticsanddesignprinciples.
BEREICH BETRIEBSFESTIGKEIT
DieBetriebsfestigkeitistheuteinvielenBranchenetabliert,
speziellaberindenenderVerkehrstechnik–alsoimStraßen-
undSchienenfahrzeugbau,inderBinnen-undSeeschifffahrt
sowieinderLuftfahrt.DieAufgabeninderBetriebsfestigkeit
beschreibensicheinheitlichalsdieBewertungundÜber-
wachungvonSchädigungsmerkmalenund-größen,diebei
bestimmungsgemäßerNutzunginkeinemFalljenseitsder
SchwelleeinessicherenundzuverlässigenBetriebsseindürfen.
HierfürwerdeninvielfältigerWeisenumerischeMethoden,
messtechnischeVerfahrensowieFunktions-undLebensdauer-
prüfungenmitKomponenten,Baugruppensowievollständigen
Systemendurchgeführt.AufgrunddeutlicherVorteilehinsicht-
lichZeit,KostenundReproduzierbarkeitderErgebnissewerden
experimentelleTestsundPrüfungenhäufigimRahmenvon
Laborerprobungsumfängenabgebildet;dieswarundisteiner
derSchwerpunktedesFraunhoferLBF.IndenJahrenseit2009
wurdenimHinblickaufmöglichstwirklichkeitsnahePrüfungen
eineganzeReihevonkomplexenmultiaxialenSystemprüf-
ständenbeschafftbzw.ineigenerLeistungentwickeltundauf-
gebaut.BeispielehierfürsindderMTS-Vollfahrzeugprüfstand,
dermiteigenenFahrzeugfesselungskonzeptenergänztwurde
sowiedieimInstituterweitertenNfz-ZWARPPrüfeinrichtungen
oderderRad-StraßensimulatormitParallelkinematik(Hexapod).
FürdenForschungsbereichBetriebsfestigkeitstehenheute
leistungsfähigeundvollständigenumerische,messtechnische
sowieexperimentelleMethodenundVerfahrenzurVerfügung,
dieinForschungs-undIndustrieprojektenerfolgreicheingesetzt
undmarktgerechtweiterentwickeltwerden.
ProfilierungundKompetenzerweiterunginderBetriebs-
festigkeitwerdendurchdiebeidenAbteilungenindiesem
Forschungsbereichgewährleistet,diemitgroßerNähezu
industriellenPartnernforschenundentwickeln.
Werkstoffe und Bauteile (Dr.-Ing. Heinz Kaufmann)
Schwerpunkte:
•Beanspruchbarkeitsanalysevonzyklischbelasteten
metallischenundkeramischenWerkstoffenundBauteilen.
•NumerischeMethoden-undProzessentwicklungsowie
ValidationdurchRückführungexperimentellerErgebnisse.
•VersuchstechnischeErmittlungvonEinflüssenaus
Konstruktion,Fertigung,Oberflächennachbehand-
lungenundBelastungaufdieSchwing-undWälz-
festigkeitsowiederenFEM-gestützteBewertung.
•AngepasstePrüftechnikmithochfrequentenvariablen
Amplitudenund/oderkleinenLastensowiefürver-
schiedeneUmgebungsmedienwiez.B.Kraftstoffe,
WasserstoffoderkorrosivewässrigeLösungen.
Baugruppen und Systeme (Dipl.-Ing. Marc Wallmichrath)
Schwerpunkte:
•BetriebsfesteAuslegungundabschließende
FreigabeversucheauseinerHandunterNutzung
numerischerwieexperimentellerWerkzeuge.
•KundenspezifischeBearbeitungvonFragestellungenaus
jedergewünschtenEbenedesEntwicklungsprozesses.
•GanzheitlicheSystemsimulationund-optimierung
mitHilfenumerischerVerfahren.
•BetriebslastennachfahrversuchefürdiefinaleProdukt-
absicherungundstandardisierteNachweisversuche.
Kontakt
Dipl.-Ing. R. HeimBereichsleiter BetriebsfestigkeitTelefon: +49 6151 705 - 283ruediger.heim@lbf.fraunhofer.de
„ Die Betriebsfestigkeit ist ein ‚hidden champion‘ für die Realisierung kosteneffizienter Leichtbaukonstruktionen, und das LBF ist stolz auf sei-und das LBF ist stolz auf sei-ne führende Rolle in dieser Wissenschaftsdisziplin.“
Dipl.-Ing.R.Heim
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 27
F O R S C H U N G S B E R E I C H E | R E S E A R C H D I V I S I O N S
STRUCTURAL DURABILITY DIVISION
StructuralDurabilityiswellestablishedtodayinmanybranches
ofindustry,especiallyintraffictechnology:instreetandrolling
stockconstruction,inlandwaterwayandmaritimenavigation
andinaviation.StructuralDurabilitytasksareuniformly
describedastheassessmentandmonitoringofdamage
characteristicsandparametersthat,withproperusage,may
notgobeyondthethresholdofsafeandreliableoperation.
Numericalmethods,measurementproceduresandfunctionas
wellasfatiguelifetestsarecarriedoutinanumberofways
withcomponents,assembliesandcompletesystems.Because
ofconsiderableadvantagesregardingtime,costandreprodu-
cibilityoftheresults,experimentaltestsandassessmentsoften
takeplacewithininthescopeoflaboratorytests.Thiswasand
isoneofthefocalareasofFraunhoferLBF.Since2009awhole
seriesofcomplexmultiaxialsystemteststandshavebeeneither
procuredordevelopedandsetupbytheinstituteitselfinorder
tocarryoutteststhatareasrealisticaspossible.Examples
aretheMTSfullvehicleteststandthatwassupplemented
withitsownvehicletyingconceptsaswellastheNfz-ZWARP
teststandorwheel-roadsimulatorwithparallelkinematics
(hexapod).Today,high-performanceandcompletenumerical
measurementandexperimentalmethodsandprocessesare
availablefortheresearchareaofStructuralDurabilitythatare
successfullyappliedinresearchandindustryprojectsandare
furtherdevelopedtomeetmarketdemands.
TheestablishmentofaprofileinStructuralDurabilityand
theexpandingofitscompetenciesareguaranteedbyboth
departmentsinthisresearcharea.Theydoresearchandcreate
developmentsinclosecooperationwithindustrialpartners.
Materials and Components (Dr.-Ing. Heinz Kaufmann)
Focal Points:
•Strengthanalysisofmetallicandceramicmaterials
andcomponentsundercyclicalloading.
•Numericalmethodsandprocessdevelopmentaswell
asvalidationbyfollowinguponexperimentalresults.
•Experimentaldeterminationofinfluencesfromconstruction,
manufacture,surfacetreatmentandloadingonthecyclical
androllingcontactfatigueandFEM-supportedanalysis.
•Adaptedtestingtechnologywithhighfrequencyandvariable
amplitudesand/orsmallloadsfordifferentenvironmental
mediasuchasfuels,hydrogenorcorrosiveliquidsolutions.
Assemblies and Systems (Dipl.-Ing. Marc Wallmichrath)
Focal Points:
•Structurallydurabledesignandfinalclearancetestsfrom
onesourceusingnumericalandexperimentaltools.
•Customer-specificworkonissuesateverydesired
levelofthedevelopmentprocess.
•Comprehensivesimulationofthesystemand
optimizationwiththeaidofnumericalprocedures.
•Operatingloadfollow-uptestsforfinalproduct
validationandstandardizedverificationtests.
“Structural Durability is a hidden champion for the implementation of cost-efficient lightweight structures and the LBF is proud of its leading role in this scientific discipline.“
Dipl.-Ing.R.Heim
BEREICH ADAPTRONIKDerBereichAdaptronikfokussiertaufFragestellungenderÜberwachungundEigenschaftsverbesserungvonmechanischenProdukten.DabeistehendieVerbesserungdesschwingungstechnischenVerhaltensunddesLeichtbaus,dieSteigerungderZuverlässigkeitsowiediesystem-bisbauteiltechnischeIntegrationsensorischerundaktorischerFunktionenimVordergrund.DasTeamentwirft,bewertetundverbessertzusammenmitseinenAuftraggebernmechanischeProdukte.HierfürkommenfortgeschritteneMethodenderStrukturanalyse,StrukturdynamikundSignalverarbeitungzumEinsatz,diedieKompetenzendesFaserverbundleichtbaussowieneuartigerAktorenundSensorenmiteinbeziehen.EsentsteheninnovativeProduktlösungenmiterheblichenVor-teilenbeischwingungstechnischenEigenschaften,Leichtbau,Performanz,KomfortundWartungsaufwand.EineumfassendeEntwurfskettebestehendausexperimentel-lerStrukturanalyse,numerischenVerfahrenfürAuslegungundSimulation,FertigungvonprototypischenFunktionsmusternsowieMethodenundWerkzeugezurAbsicherungvonFunktionundZuverlässigkeitimLaborundimFeldversuchstehtzurVerfügung.NebendenneuartigenmechatronischenundadaptronischenStrukturmaßnahmenwerdenselbstver-ständlichauchfortschrittlichepassiveStrukturmaßnahmenberücksichtigt.DievierForschungsabteilungenergänzenundverknüpfensichfürdieEntwicklungkomplexeradaptronischerStruktursystemeoptimal.
Strukturdynamik und Schwingungstechnik
(Dr.-Ing. Sven Herold) Schwerpunkte: •SchwingungstechnischeAnalyse,AuslegungundBewertungvonProduktenundSystemenmitnumerischenundexperimentellenMethoden.
•EntwicklungundAnwendungmodernerMethodenderSchwingungsmesstechnikunddernumerischenSystem-simulation.
•VibroakustischeOptimierungstrukturdynamischerSystememitpassivenundaktivenMaßnahmen.
Betriebsfester und funktionsintegrierter Leichtbau
(Prof. Dr.-Ing. Andreas Büter) Schwerpunkte: •CharakterisierungneuerLeichtbaumaterialien.•BewertungundOptimierungderBetriebsfestigkeitvonLeichtbaustrukturen,auchunterUmweltbelastung.
•AuslegungundprototypischeFertigungkonventionellerundfunktionsintegrierterKunststoffbauteile.
•EntwicklungundBewertungangepassterSHM-Systeme.•EntwicklungangepassterBerechnungs-undPrüfverfahren.
Zuverlässige Signalverarbeitung und Strukturüber-
wachung (Dr.-Ing. Dirk Mayer) Schwerpunkte: •SystementwicklungmitRapid-Control-PrototypingundHardware-in-the-Loop-Methoden.
•SignalverarbeitungundRegelungstechnikfüraktiveSysteme.•EntwicklungelektronischerundeingebetteterSysteme.•SystemezurautonomenStrukturanalyseundSchadens-detektion.
•EntwicklungenergieautarkerintelligenterSensorsysteme.•AnalyseundBewertungderZuverlässigkeitmechatronischerKomponentenundSysteme.
Aktoren und Sensoren
(Dipl.-Ing. Michael Matthias) Schwerpunkte:: •PlanungundDurchführungvonmesstechnischenUntersuchungenzurErmittlungvonBetriebslastenundBetriebsbeanspruchungen;Messdatenanalyse.
•EntwicklungundUmsetzunganwendungsoptimierterAktorenundAntriebeaufBasissowohlkonventionellerWirkprinzipienalsauchmultifunktionalerMaterialien(unkonventionelleAktoren).
•EntwicklungundIntegrationkundenspezifischangepassterSensoren.
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. T. MelzInstitutsleiter (komm.)Bereichsleiter AdaptronikTelefon: +49 6151 705 - 252tobias.melz@lbf.fraunhofer.de
„ Adaptronik-Kompetenzen erweitern den technischen Lösungsraum für strukturmecha-nische Produktentwicklungen deutlich. Es entstehen neuartige Problemlösungen mit bewährten und fortschrittlichsten smarten Strukturansätzen.“
Prof.Dr.-Ing.T.Melz
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 29
SMART STRUCTURES DIVISIONTheadaptronicsdivisionfocusesonissuesofmonitoringandimprovingthepropertiesofmechanicalproducts.Inthiscase,thespotlightisonimprovingvibrationcontrolbehaviorandLightweightConstruction,increasingReliabilityandsystem-tocomponentintegrationofsensorandactuatorfunctions.Theteamdesigns,assessesandimprovesmechanicalproductsjointlywithitscustomers.
Forthispurpose,advancedmethodsofstructuralanalysis,structuraldynamicsandsignalprocessingareusedwhichcombinetheskillsrequiredforcompositestructureswithnewtypesofactuatorsandsensors.Theresultisinnovativeproductsolutionswithsignificantadvantagesinrespectofvibrationproperties,LightweightConstruction,performance,comfortandmaintenance.
Thereisacomprehensivedesignchaincomposedofexperi-mentalstructuralanalysis,numericalmethodsfordesignandsimulation,productionofprototypeevaluationmodels,methodsandtoolsforsafeguardingfunctionandReliabilityinthelaboratoryandinfieldtrials.Ofcourse,inadditiontothenovelmechatronicandadaptronicstructuralmeasures,considerationisalsogiventoadvancedpassivestructuralmeasures.Thefourresearchdepartmentscomplementeachotherandlinkuptodevelopcomplexadaptronicstructuralsystems.
Structural Dynamics and Vibration Technology
(Dr.-Ing. Sven Herold) focusing on: •Vibrationanalysis,designandevaluationofproductsandsystemsusingnumericalandexperimentalmethods.
•Developmentandapplicationofmodernmethodsofvibrationmeasurementandnumericalsystemsimulation.
•Vibro-acousticoptimizationofstructuraldynamicsystemsusingpassiveandactivemeasures.
Structurally durable and function-integrated Lightweight Construction (Prof. Dr.-Ing. Andreas Büter) focusing on: •CharacterizationofnewLightweightConstructionmaterials.•AssessmentandoptimizationoftheStructuralDurabilityoflightweightstructures,includingunderenvironmentalload.
•Designandprototypeproductionofconventionalandfunction-integratedplasticcomponents.
•DevelopmentandassessmentofadaptedSHMsystems.•Developmentofadaptedcalculationandtestprocedures.
Reliable signal processing and structural health
monitoring (Dr.-Ing. Dirk Mayer) focusing on: •Systemdevelopmentwithrapidcontrolprototypingandhardware-in-the-loopmethods.
•Signalprocessingandcontroltechnologyforactivesystems.•Developmentofelectronicandembeddedsystems.•Systemsforautonomousstructuralanalysisanddamagedetection.
•Developmentofenergyself-sufficientintelligentsensorsystems.•AnalysisandassessmentoftheReliabilityofmechatroniccompo-nentsandsystems.
Actuators and sensors (Dipl.-Ing. Michael Matthias)
focusing on: •Planningandperformanceofmetrologicalinvestigationstodetermineoperatingloadsandoperatingstresses;measureddataanalysis.
•Developmentandimplementationofapplication-optimizeddrivesandactuatorsbasedonbothconventionalmodesofactionaswellasmultifunctionalmaterials(unconventionalactuators).
•Developmentandintegrationofcustom-matchedsensors.
“Adaptronics skills significantly extend the range of technical solutions for product develop-ments in structural mechanics. Using proven and advanced smart structure approaches gives rise to new solutions.“
Prof.Dr.-Ing.T.Melz
F O R S C H U N G S B E R E I C H E | R E S E A R C H D I V I S I O N S
BEREICH KUNSTSTOFFESpitzenproduktekönnenheutenurübereinenzuverlässigenundschnellenZugangzuinnovativenundleistungsfähigenMaterialienundWerkstoffenwettbewerbsfähigaufdenWelt-märktenangebotenwerden.MaßgeschneiderteKunststoffeundKunststoff-VerbundesowieKunststoffverarbeitungstech-nologientragenwesentlichdazubei,diegroßenglobalenHerausforderungenaufdenGebietenMobilität,Energie,Um-welt,Kommunikation,Gesundheit,ErnährungundSicherheitzumeistern.KunststoffebieteneinimmensesEnergie-undRessourceneinsparpotenzialsowievielfältigeLeichtbauoptionen.Insbesonderefaserverstärkt,partikelgefüllt,geschäumtoderinSandwich-Strukturenintegriert,könnenKunststoffehöchstenBelastungenStandhaltenunderheblicheMengenanEnergieabsorbieren.SiekönnenmitzusätzlichenFunktionalitätenetwazumSchutzvorUV-StrahlungundWitterungseinflüssensowieimInteressereduziertenBrandverhaltens,zurEntwicklungspezielleroptischerEigenschaften,elektrischerundthermischerLeitfähigkeit,sensorischerundaktuatorischerFunktionversehenwerden.
AllezurRealisierunganspruchsvollerKunststoff-AnwendungenrelevantenKompetenzen,beginnendbeidengrundlegendennaturwissenschaftlichenDisziplinenwieChemieundPhysiküberdieMaterialwissenschaftundWerkstofftechnikinderVerarbeitungbishinzurExpertiseinPrüfungundModellierung,sindaufhohemNiveauuntereinemDachvereint.
DafürstehenviersichfachlichundmethodischuntereinanderergänzendeFachabteilungen.
Polymersynthese (Prof. Dr. rer. nat. Manfred Döring)
Schwerpunkte: •EntwicklungchemischerSynthesenfürMonomere,Polymere,Additive,reaktiveModifier.
•TechnischeSyntheseoptimierungundUpscaling.•EntwicklungundScreeningvonduromerenKunststoffen.
Rezepturentwicklung und Dauerhaftigkeit
(Dr. rer. nat. Rudolf Pfaendner)
Schwerpunkte: •EntwicklungvonAdditivenzurgezieltenBeeinflussungvonKunststoffenz.B.hinsichtlichMaterialsicherheit,Zuverlässig-keit,Versagenscharakteristik,Ressourceneffizienz.
•GezielteEinstellungvonGrenzflächeneigenschaften.•MaterialanalytikundCharakterisierung.•KinetikreaktiverProzesse.
Kunststoffverarbeitung und Bauteilauslegung
(Dr.-Ing. Jürgen Wieser)
Schwerpunkte: •Compoundierung,VerarbeitungdesWerkstoffszumBauteil,VorhersagedermechanischenEigenschaften.
•Kunststoffverarbeitung:Spritzgießen,FolienherstellungundFügeverfahren.
•Materialmodellierung:MaterialverhaltenunterhohenBeanspruchungsgeschwindigkeitenundbeimehrachsigenBeanspruchungen,insbes.beitechnischenThermoplasten,Hochleistungskunststoffen,SchäumenundComposites.
Forschungsgroßgeräte (Dr.-Ing. Christian Beinert)
Schwerpunkte: •PflegeundproblemorientierteBereitstellungderForschungsgeräte.
•SpezifischeWeiterentwicklungen(z.B.NMR-Spektroskopie,REM,TEM,TechnikumsgerätefürCompoundierung,Spritz-guss,HighThroughputScreeningoderzurFolienextrusion).
„Das Potential von Kunststoffen ist bei Weitem noch nicht aus-geschöpft. Wir können dieses Potential im LBF zusammen mit unseren Kunden verwirklichen.“unseren Kunden verwirklichen.“
Dr.rer.nat.R.Pfaendner
Kontakt
Prof. Dr. rer. nat. M. RehahnStv. InstitutsleiterBereichsleiter KunststoffeTelefon: +49 6151 705 - 8700matthias.rehahn@lbf.fraunhofer.de
Kontakt
Dr. rer. nat. R. PfaendnerBereichsleiter Kunststoffe (ab 01.01.2015)Telefon: +49 6151 705 - 8605rudolf.pfaendner@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 31
PLASTICS DIVISIONOnlycutting-edgeproductswithareliableandrapidaccesstoinnovativeandhigh-performancematerialscanbeofferedontheworldmarkettoday.Tailoredplastics,plasticcompositesandplasticprocessingtechnologiesplayacentralroleinmeetingglobaldemandsintheareasofmobility,energy,envi-ronment,communication,health,nutritionandsafety.PlasticsenabletremendoussavingsinresourcesandenergyaswellasawidevarietyofoptionsinLightweightConstruction.Particularlywhentheyarefiber-reinforced,particle-filled,foamedorintegratedintosandwichstructures,plasticscanwithstandthehighestdegreeofloadingandabsorbagreatdealofenergy.Theycanbesupplementedwithanadditionalrangeoffunc-tionssuchasprotectionfromUVraysoratmosphericinfluence,reducedfirebehavior,functionsforthedevelopmentofspecialopticalproperties,electricandthermalconductivityandwithsensorandactuatorfunctions.
Allcomponentsrelevantfortherealizationofsophisticatedplas-ticapplications,runningthegamutfrombasicnatural-sciencedisciplinessuchaschemistryandphysics,materialsciencesandmaterialtechnologyinprocessingtoexpertiseintestingandmodelingareallunitedatahighlevelunderoneroof.
Thefollowingfourdepartmentsarecomplementaryintheirdisciplinesandmethods:
Polymer Synthesis (Prof. Dr. rer. nat. Manfred Döring)
Focal Points: •Developmentofchemicalsynthesisformonomers,polymers,additives,reactivemodifiers.
•Technicalsynthesisoptimizationandupscaling.•Developmentandscreeningofduromereplastics.
Formulation Development and Durability
(Dr. rer. nat. Rudolf Pfaendner)
Focal Points: •Developmentofadditivesforatargetedinfluenceofplasticse.g.withregardtomaterialsafety,Reliability,failurecharacteristics,resourceefficiency.
•Specificsettingofboundarysurfacecharacteristics.•Materialanalyticsandcharacterization.•Kineticsofreactiveprocesses.
Plastics Testing and Component Design
(Dr.-Ing. Jürgen Wieser) Focal Points: •Compounding,processingofthematerialtothecomponent,predictionofmechanicalproperties.
•Plasticsprocessing:injectionmolding,manufactureoffilmsandbondingmethods.
•Materialmolding:materialbehaviorunderhighstressratesandwithmultiaxialloading,especiallywithtechnicalthermoplasts,high-performanceplastics,foamsandcomposites.
Large-Scale Research Systems (Dr.-Ing. Christian Beinert)
Focal Points: •Maintenanceandproblem-orientedprovisionforresearchsystems
•Specificfurtherdevelopments(e.g.NMRspectroscopy,REM,TEM,technicumappliancesforcompounding,injectionmolding,highthroughputscreeningorfilmextrusion).
“ The potential of plastics is far from exhausted as yet. We can realize this potential in the LBF together with our customers.“
Dr.rer.nat.R.Pfaendner
F O R S C H U N G S B E R E I C H E | R E S E A R C H D I V I S I O N S
32 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 201432 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
PROJEKTBEREICH SYSTEM ZUVERLÄSSIGKEIT
DieZuverlässigkeitkomplexermechatronischersowieaktiverSys-
temewirdamFraunhoferLBFseitvielenJahrengezielterforscht.
HierfürwerdenanalytischesowieexperimentelleVerfahren,aber
auchnumerischeSimulationsmethodenzurBewertungvon
SensitivitätundRobustheitangewendet.Imneuen„Zentrumfür
Systemzuverlässigkeit/Elektromobilität–ZSZe“stehenFor-
schungs-undEntwicklungsaktivitätenfürTraktionskomponenten
vonElektrostraßenfahrzeugenimFokus.DankfinanziellerUnter-
stützungdesLandesHessen,desBundesministeriumsfürBildung
undForschungundderFraunhofer-GesellschaftstehendemLBF
undseinenKooperationspartnernausIndustrieundForschung
einexzellentesFuE-UmfeldinderElektromobilitätzurVerfügung.
ImZSZ-ewurdeeinehochmodernePrüf-undTestumgebungfür
Batteriesystemeaufgebaut,diemultiphysikalischeErprobungs-
bedingungenerlaubt–alsomechanische,elektrischeundther-
mischeLastenfürdieBatterieprüfungzusammenführt.Auf
weiterenLaborflächenwerdenspezielleAntriebsstrangprüf-
stände–u.a.fürGanzfahrzeugesowieelektrischeRadnaben-
motoren–betrieben.MitaktuellsiebeneigenenForschungs-
fahrzeugenwerdenrelevanteNutzungs-undLastszenarienvon
Elektroautosuntersucht.DieSicherheitundZuverlässigkeitvon
ElektrofahrzeugensindfürdieKundenakzeptanzvongroßer
BedeutungundgleichwertigzuReichweite,KomfortundPreis.
MitdemneuenZentrumfürSystemzuverlässigkeitleistetdasLBF
Kontakt Dipl.-Ing. R. HeimTelefon: +49 6151 705 - 283ruediger.heim@lbf.fraunhofer.de
„ Die Elektromobilität ist eine Chance für die nachhaltigkeits-orientierte Gesellschaft und für unsere Automobilwirtschaft: des-halb betrachten wir alle Aspekte dieses Ökosystems und nicht al-lein die Traktionskomponenten.“
Dipl.-Ing.R.Heim
einenwichtigenBeitrag,dieMarktfähigkeitsolcherFahrzeugezu
fördernunddamitdieZielehinsichtlichLeitmarktundLeitanbie-
terschaftzuerreichen.
Zentrum für Systemzuverlässigkeit / Elektromobilität -
ZSZ-e, Schwerpunkte:
Future Mobility
• GEV/one
Mitdemneuengenerator-elektrischenKonzeptfahrzeugdes
LBFwirddieElektrotraktioneinStückweitunabhängiger
vonBatterieundLadeinfrastruktur:andersalsbeibekannten
Range-ExtenderKonzeptensindhierdieKomponentenzur
Energieerzeugungund-speicherungaufdiegrößtmögliche
Energieeffizienzabgestimmtundgewährleisteneinenelektri-
schenAntriebohneReichweitenprobleme.
Future Projects
• Well2Wheel
SeitMai2013wirdimNetzgebietderHSEanderIntegration
vonElektromobilitätunddemVerteilnetzgeforscht.DasFraun-
hoferLBFbehandeltdabeiwichtigeFragestellungenhinsichtlich
vonLadeinfrastrukturundfahrzeugseitigerLadeschnittstelle.
• Well2Battery2Wheel
IndiesemProjektstehtdieBatterieimMittelpunkt:Forscherder
Justus-Liebig-UniversitätinGießen,desFraunhoferIWESaus
KasselunddesLBFarbeitenhiergemeinsamanderBetrach-
tungvonHV-SpeichernalsdemKernelementdesÖkosystems
Elektromobilitätfürsmart-gridAnwendungen.
• Kritikalität Seltener Erden
KompakteundleistungsstarkeelektrischeSynchronmaschinen
fürElektrofahrzeugesetzenHochleistungsmagnetevoraus:die
ReduktionvonschwerenSeltenenErdenbeidiesenMaterialien
wirdausKosten-undPerformancegründenangestrebt.In
einemProjektderFraunhofer-Gesellschaftbeschäftigensichdie
ForscherdesLBFmitderoptimiertenAuslegungelektrischer
TraktionsantriebeundderdannmöglichenVerringerungder
Dysprosium-DotierungvonNeodym-Magneten.
P R O J E K T B E R E I C H | P R O J E C T A R E A
“Electromobility is an opportunity for the sustainability-oriented society and for our automotive industry: we therefore consider all aspects of this “ecosystem” and not just the electrified traction components.“
Dipl.-Ing.R.Heim
SYSTEM RELIABILITY PROJECT AREA
TheReliabilityofcomplexmechatronicandactivesystemshas
beenundertargetedinvestigationattheFraunhoferLBFfor
manyyears:todothis,analyticalandexperimentalmethods,
butalsonumericalsimulationmethods,areappliedtoassess
sensitivitiesandrobustness.
Inthenew“CenterforSystemReliability/Electromobility-ZSZe”,
thefocusisonresearchanddevelopmentactivitiesfortraction
componentsofelectricroadvehicles.Thankstothefinancialsup-
portprovidedbythestateofHesse,theGermanFederalMinistry
ofEducationandResearchandtheFraunhofer-Gesellschaft,the
LBFanditscooperationpartnersfromindustryandresearchhave
anexcellentR&Denvironmentinelectricmobilityattheirdisposal.
Astate-of-the-arttestingandtestenvironmentforbattery
systemshasbeensetupintheZSZ-e.Itenablesmulti-physical
testingconditions–i.e.itbringstogethermechanical,electrical
andthermalloadsforbatterytesting.Specialpowertraintest
rigs–forwholevehiclesandelectricwheelhubmotors–are
operatedinotherpartsofthelaboratory.Sevenofthecenter’s
ownresearchvehiclesareusedtostudyrelevantuseandload
scenariosofelectricvehicles.
ThesafetyandReliabilityofelectricvehiclesareveryimportant
forcustomeracceptanceandareonaparwithrange,comfort
andprice.WiththenewCenterforSystemReliability,theLBF
ismakingasignificantcontributiontopromotingthemarket
viabilityofsuchvehiclesandthereforetoachievingGermany’s
goalsofbecomingtheleadingmarketandleadingsupplier.
Center for System Reliability / Electromobility – ZSZ-e:
Future Mobility
• GEV/one
WiththeLBF’snewgenerator-electricconceptvehicle,electric
tractionwillbecomealittlebitmoreindependentofthebattery
andcharginginfrastructure:unlikeknownrangeextender
concepts,herethecomponentsforpowergenerationand
energystoragearetunedformaximumenergyefficiencyand
guaranteeanelectricdrivethathasnorangeproblems.
Future Projects
• Well2Wheel
SinceMay2013,researchhasbeenconductedinthenetwork
areaoftheHSEintotheintegrationofelectricmobilityand
thedistributionsystem.TheFraunhoferLBFisdealingwith
importantissuesrelatingtothecharginginfrastructureandthe
vehicle-mountedchargerinterface.
• Well2Battery2Wheel
Thefocusinthisprojectisonthebattery:researchersatthe
Justus-LiebigUniversityinGiessen,theFraunhoferIWESin
KasselandtheLBFareworkingtogetherontheconsideration
ofHVstoragesystemsasthecoreelementoftheecosystem
electricmobilityforsmart-gridapplications.
• Kritikalität Seltener Erden
Compactandpowerfulelectricsynchronousmachinesfor
electricvehiclesrequirehigh-performancemagnets:theaimis
toreduceheavyrareearthsinthesematerialsforcostandper-
formancereasons.InaprojectoftheFraunhofer-Gesellschaft,
theLBFresearchersareengagedintheoptimizeddesignof
electrictractiondrivesandthereductionindysprosium-doping
ofneodymiummagnetswhichisthenpossible.
Strategisches ManagementDr. phil. nat. U. EulTelefon: +49 6151 705 - 262ursula.eul@lbf.fraunhofer.de
34 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
D A S L B F M A N A G E M E N T T E A M
DieAbteilungsleiterimFraunhoferLBF.Heads of departments.
BEREICH ZENTRALE DIENSTECENTRAL SERVICES
ABTEILUNGEN:
Strategisches ControllingDipl.-Betriebswirt P. BetzholzTelefon: +49 6151 705 - 233peter.betzholz@lbf.fraunhofer.de
Technisches ManagementDr.-Ing. T. Hering
Telefon: +49 6151 705 - 8513thorsten.hering@lbf.fraunhofer.de
VerwaltungDipl.-Betriebswirt (FH) G. Unland
Telefon: +49 6151 705 - 8406georg.unland@lbf.fraunhofer.de
BEREICH BETRIEBSFESTIGKEIT STRUCTURAL DURABILITY DIVISION
Werkstoffe und Bauteile: Dr.-Ing. H. KaufmannTelefon: +49 6151 705 - 345heinz.kaufmann@lbf.fraunhofer.de
Baugruppen und Systeme: Dipl.-Ing. M. WallmichrathTelefon: +49 6151 705 - 467marc.wallmichrath@lbf.fraunhofer.de
ABTEILUNGEN:
WissenschaftsmanangementProf. Dr.-Ing. T. Bein Telefon: +49 6151 705 - 463thilo.bein@lbf.fraunhofer.de
BEREICH ADAPTRONIKSMART STRUCTURES DIVISION
ABTEILUNGEN:
Betriebsfester und funktionsintegrierter Leichtbau: Prof. Dr.-Ing. A. Büter Telefon: +49 6151 705 - 277andreas.bueter@lbf.fraunhofer.de
Strukturdynamik und Schwingungstechnik: Dr.-Ing. S. HeroldTelefon: +49 6151 705 - 259sven.herold@lbf.fraunhofer.de
Aktoren und Sensoren: Dipl.-Ing. M. MatthiasTelefon: +49 6151 705 - 260michael.matthias@lbf.fraunhofer.de
Zuverlässige Signalverarbeitung und Strukturüberwachung: Dr.-Ing. D. MayerTelefon: +49 6151 705 - 261dirk.mayer@lbf.fraunhofer.de
BEREICH KUNSTSTOFFEPLASTICS DIVISION
ASSOZIIERTE FACHGEBIETEASSOCIATED DEPARTMENTS
ABTEILUNGEN: ABTEILUNGEN:
Forschungsgroßgeräte: Dr.-Ing. Ch. BeinertTelefon: +49 6151 705 - 8735christian.beinert@lbf.fraunhofer.de
Polymersynthese: Prof. Dr. rer. nat. M. DöringTelefon: +49 6151 705 - 8675manfred.doering@lbf.fraunhofer.de
Rezepturentwicklung und Dauerhaftigkeit:Dr. rer. nat. R. Pfaendner Telefon: +49 6151 705 - 8605rudolf.pfaendner@lbf.fraunhofer.de
Kunststoffverarbeitung und Bauteilauslegung: Dr.-Ing. J. WieserTelefon: +49 6151 705 - 8725juergen.wieser@lbf.fraunhofer.de
L B F M A N A G E M E N T T E A M
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 35
ABTEILUNGEN:
Fachgebiet: Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik: Prof. Dr.-Ing. T. MelzTelefon: +49 6151 705 - 252tobias.melz@lbf.fraunhofer.de
Fachgebiet: Makromolekulare Chemie:Prof. Dr. rer. nat. M. RehahnTelefon: +49 6151 705 - 8700m.rehahn@mc.tu-darmstadt.de
36 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 37
SchwingungstechnikmitSystem.SystematicVibrationTechnology.
Aktive Kupplung zur Schwingungsminderung in Schiffsantrieben.
Active coupling for vibration control in ship propulsion systems.
38
Mehr Fahrkomfort für Landmaschinen.
Improved driving comfort for agricultural machines.
40
Schwingungen und Lasten in elektrischen Antriebssträngen.
Vibrations and loads in electric powertrains.
42
Erprobungsfahrzeug für aktive Lärm- und Vibrationsminderung.
Automotive test vehicle for active noise and vibration control.
44
Reduzierung der Lärmausbreitung in Lüftungskanälen.Reduction of noise propagation in ventilation ducts.
46
Aktive Schwingungskontrolle bei Windkraftanlagen.
Active vibration reduction at wind energy plants.
48
38 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Die Reduktion von Emissionen und die Steigerung der
Energieeffizienz sind anhaltende Trends im Schiffsmoto-
renbau. Damit geht allerdings in vielen Fällen ein höherer
Eintrag von Torsionsschwingungen in den Antriebstrang
einher. Die Auslegung dämpfender elastischer Kupplun-
gen wird zunehmend aufwendiger und die technischen
Grenzen passiver Systeme sind absehbar. Hier bieten
aktive Systeme ein hohes Potential für zukünftige An-
wendungen.
ImRahmendesdurchdasBundesministeriumfürWirtschaft
undTechnologiegefördertenProjektsAKTOS„AktiveKontrolle
vonTorsionsschwingungendurchKupplungselemente“wurde
inengerZusammenarbeitmitderFirmaCENTAAntriebe
KirscheyGmbHeineaktiveKupplungfürSchiffsantriebevom
KonzeptbiszuPrototypentwickelt.Mitdergeregeltenaktiven
KupplungkönnenordnungsbasierteAnregungensignifikant
reduziertwerden.DieKupplungbestehtauseinempassiven
ElementzurprimärenDämpfungsowiezumVersatzausgleich
undeinemaktivenTeilzurSchwingungskompensation.Das
aktiveElementbestehtauseinemInertialmassenaktor,der
sichimrotierendenSystembefindet.DerAktorkommtohne
eineKraftabstützungnachaußenaus.DieÜbertragungder
elektrischenLeistungundderSignaleerfolgtamPrototypmit
HilfevonSchleifringen.GeregeltwirddasSystemmitHilfe
einesordnungsbasiertenadaptivenReglers.Aufbauendauf
derUmsetzungdesRegelungskonzeptsmitLaborelektronik
wurdeaucheinekompaktemitrotierendeSteuerungs-und
Leistungselektronikentwickeltunderfolgreichgetestet.
DieaktiveKupplungwurdezunächstaufeinemPrüfstand
erprobt.DerAntriebstrangwurdemiteinemV8Motormit
500kWangetrieben.ZwischenMotorschwungradunddem
GetriebewurdedieaktiveKupplungintegriert.DerPropeller
wurdemitHilfeeineshydraulischenDynamometerssimuliert.
ImkritischenZündaussetzerbetriebkonnteeineReduktion
derSchwingungsamplitudevonbiszu90%indenkritischen
Ordnungenerzieltwerden.
Testfahrt bestätigt Prüfstandsversuche
ImAnschlussandasProjektkonntedieaktiveKupplunginei-
nenAntriebstrangeinerzweimotorigenMotorjachteingebaut
undgetestetwerden.DerumgerüsteteAntriebstrangwirdvon
einemV6441kWDieselmotorangetriebenundistmiteinem
Getriebe-Propeller-SysteminPod-Bauweiseausgestattet.Die
hervorragendenErgebnissedesPrüfstandsversuchskonnten
auchunterrealistischenTestbedingungeninderYacht
bestätigtwerden.ZudemkonntedieakustischeRelevanzder
Contact: Daniel Schlote · Telephone: +49 6151 705 - 405 · daniel.schlote@lbf.fraunhofer.deB.Sc. Jonathan Millitzer · Telephone: +49 6151 705 - 8218 · jonathan.millitzer@lbf.fraunhofer.de
Active coupling for vibration control in ship propulsion systems.
AktiveKupplungzurSchwingungs-minderunginSchiffsantrieben.
E N T W I C K L U N G , VA L I D I E R U N G I M P R Ü F S TA N D U N D T E S T FA H RT
D E V E L O P M E N T, VA L I D AT I O N B Y L A B A N D F I E L D T E S T S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 39
geregeltenaktivenKupplungimInnenraumderYachtnach-
gewiesenwerden.SokonnteimgeregeltenFalleinedeutlich
wahrnehmbareReduktiondesBrummensbzw.Dröhnens
derdrittenMotorordnungum-6dBimSchalldruckpegel
verglichenzumungeregeltenFallerreichtwerden.
Customer BenefitsTheactivesystemaimstosimplifythe
designofcouplingsinshippropulsionsystems,increasethe
lifetimeofcomponentsandsavebothcostsandmassbyusing
smallercomponents.Itisalsopossibletoachieveanoticeable
improvementintheship’sacoustics.
SummaryAnactivecouplingforthereductionoftorsional
vibrationsinshippowertrainswasdevelopedintheproject
AKTOS.Thesystemwasexaminedonatestbenchand
subsequentlyinamotoryacht.Useoftheactivesystem
demonstratedareductionintorsionalvibrationsinthedrive
trainandareductionofacousticdisturbanceintheship.
Die aktive Kupplung wird direkt in den Antriebstrang des Schiffs integriert.The active coupling is directly integrated in the ship’s power train / drive train.
Ruhige Fahrt durchs Wasser, dank Fraunhofer LBF Know-how im Schiffsantrieb.Travelling quietly through the water thanks to the Fraunhofer LBF’s Know-How in the ship's propulsion system.
Vergleich der dynamischen Torsionsmomente im Antriebsstrang ohne und mit aktiver Schwingungsreduktion.Comparission of the torsional vibration in the ship's powertrain without and with active vibration control.
Dipl.-Ing. Jochen Exner, Leiter Forschung und Entwicklung, CENTA Antriebe Kirschey GmbH
„Leadingbyinnovation“,einLeitspruch fürCENTA,derdenAnspruchunddiePhilosophiedesHausessehrpräzisewiedergibt,stetseinenSchrittvorauszusein.SchonseitJahrensehenwirinaktivenSystemeneinhohesPotentialDrehschwingungeninAntriebendeutlichzureduzieren.MitdemProjektAKTOSkonntenwirinengerZusammenarbeitmitdemFraunhoferLBFsehrzukunftweisendepraktischeErgebnisseerzielen.“
“Leadingbyinnovation”,amottoforCENTAwhichveryaccuratelyreflectsthecompany’sclaimandphilosophyofalwaysbeingonestepahead.Foryearswehaveseenhugepotentialinactivesystemsforsignificantlyreducingtorsionalvibrationsindrives.WiththeAKTOSproject,wewereable,inclosecooperationwiththeFraunhoferLBF,toachievesomeverytrend-settingpracticalresults.“
40 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Fahrer von Landmaschinen sind aufgrund von Boden-
unebenheiten mechanischen Schwingungen ausgesetzt.
Dies führt langfristig zu gesundheitlichen Schäden. Bisher
wird eine Schwingungsisolation der Fahrersitze durch
passive Dämpfer erreicht, die bauartbedingt nicht in allen
Betriebsbereichen die Schwingungen optimal dämpfen.
Daher soll ein aktives System entwickelt werden, mit
dem der Fahrkomfort weiter verbessert werden kann.
Prototyp-Entwicklung durch Modellbildung und
messtechnische Überprüfung
DieBasisfürdieEntwicklungdesaktivgeregeltenSystems
bildeteinmarktüblicherFahrersitzmitpassivemDämpfer,der
durcheinenAktuatorersetztwird.DaspassiveSystemwirdim
erstenSchrittamRechnermodelliert.Anschließendwirdein
Aktuatorentwickelt,mitdeminjedemBetriebspunkteine
optimaleSchwingungsdämpfungerreichtwerdenkann.Die
GütedieserDämpfungwirddurcheinenSitzübertragungs-
faktorbeschrieben,derumsokleinerist,jebesserdasSystem
Schwingungendämpft.Abbildung1zeigt,dassinAbhängig-
keitvonderFahrermasseeineVerbesserungumdurchschnitt-
lich20%gegenüberdempassivenSystemerzielbarist.
DieErgebnissederModellbildungdienendemProjektpartner
OVALOGmbHzurAuslegungdesAktuators.DieBerechnung
derLeistungenergibt,dasssichderAktuatoralsDirektantrieb
realisierenlässt.EinegelenkigeAnbindungüberträgtdieLeis-
tungdesAktuatorsaufdieScherenkinematik(Abbildung2).
EinRegelalgorithmussorgtdafür,dassdieAktuatorleistung
tatsächlichzurSchwingungsdämpfungführt,indemstetsdie
optimaleDämpfungindieScherenkinematikeingebrachtwird.
DieserAlgorithmuskannausdemmodelliertenaktivenSystem
abgeleitetwerden.
DurchdenEinsatzeinerRapidPrototyping-Plattformkönnendie
ReglerparameterinEchtzeitangepasstwerden.Fürdiemess-
technischeUntersuchungdesSystemswirdderPrototypdurch
einenelektrodynamischenShakerangeregt(Abbildung3),
wobeiverschiedenefürLandmaschinentypischeSchwingungs-
erregungennachgebildetwerden.AnstelleeinesFahrers
wirdeineentsprechendeMasseaufderFahrersitzkinematik
befestigt.ImRahmenderUntersuchungenkannderRegler
inmehrerenSchrittenoptimiertwerden,sodassdieSchwin-
gungsdämpfunggegenüberderStandardeinstellungdeutlich
verbessertwerdenkann.Diesführtunmittelbarzueinem
Contact: M.Sc. Christian Adams · Telephone: +49 6151 705 - 6926 · adams@szm.tu-darmstadt.de
Improved driving comfort for agricultural machines.
MehrFahrkomfort fürLandmaschinen.
A K T I V G E D Ä M P F T E R F A H R E R S I T Z
A C T I V E LY D A M P E D S E A T
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 41
höherenFahrkomfortfürdenFahrereinerLandmaschineund
damitlangfristigzuwenigergesundheitlichenFolgeerschei-
nungenaufgrundvonSchwingungsbeanspruchungen.
Customer Benefits Consideringthemodel-basedstudiesof
SzMOVALOGmbHdevelopedanoptimizedactuatorforthe
activelydampedseat.Furthermodel-basedstudiesareuseful
tosupportthemarketlaunchofthesystem.OVALOGmbH
canintroducetheprototypetocustomers.
SummaryDrivingseatsofagriculturalmachinesareequipped
withpassivedampers.Toimprovedrivingcomfortanactive
controlsystemisdevelopedinacooperationprojectofthe
researchgroupSzMandtheOVALOGmbH.Forsystemdesign
amodel-basedapproachischosen.Measurementsand
optimizationareperformedbyusingrapidprototyping.
Abb. 3: Prototyp des aktiven Systems auf dem Shaker. Fig. 3: Prototype of the active control system mounted at a shaker.
Abb. 2: Aktuator mit gelenkiger Anbindung.Fig. 2: Actuator and jointed connection.
Abb. 1: Verbesserung der Schwingungsdämpfung durch das aktive System.Fig. 1: Improvement of the damping by the active control system.
Dr.-Ing. Steffen Kuhl, OVALO GmbH
„DieOVALOGmbHentwickeltmechatro-nischeSystemefürGroßserienanwendun-gen.AufBasisderSimulationendesSzMkonntenwireinenDirektantriebumsetzen,sodassmitderRapid-PrototypingPlattform„PUMA“vonADCOSderFunk-tionsnachweiserbrachtwerdenkonnte.OVALOGmbHstehtinKontaktmitverschiedenenKunden,umdasKonzeptzurMarktreifeweiterzuentwickeln.“
“OVALOGmbHdevelopsmechatronicsystemsformassproduction.BasedonsimulationsoftheSzMwedevelopedadirect-drive,sothatafunctionaldemons-trator was generated and tested with therapidprototypingunit“PUMA-ECU“fromADCOS.CurrentlyOVALOGmbHisinapre-commercialdevelopmentwithdifferentcustomersforthisproduct.“
Aktuator
Scherenkinematik
gelenkige Anbindung
Masse
Fahrersitzkinematik
Aktuator
Shaker
42 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Elektrische Antriebsstränge unterscheiden sich von kon-
ventionellen Antriebssträngen auf Basis von Verbren-
nungsmotoren nicht nur in der Art der Antriebsmaschine,
sondern typischerweise auch durch kompaktere Getriebe
und generell veränderte Trägheits- und Steifigkeitsverhält-
nisse. Dies führt zu einem veränderten Schwingverhalten
des Antriebsstrangs. Im Gegensatz zu konventionellen
Antriebssträngen, liegen hierzu in der Automobilindustrie
bisher geringere Erfahrungen vor.
Simulation und HiL-Prüfung elektrischer Antriebsstränge
DieErhöhungderReichweitedurchniedrigenEnergiever-
brauchunddieSenkungderFertigungskosten,aberauchdie
RealisierungeinerhohenProduktqualitätfürdieAlltagstaug-
lichkeit,warendieHauptzieledesBMBF-gefördertenProjektes
e-Generation.SiesolltendurcheinenimRahmendesProjektes
entwickeltenFahrzeugprototypendargestelltwerden.
DasFraunhoferLBFhatsichdabeiimWesentlichenaufdie
SimulationunddiePrüfungderelektrischenAntriebssträngefo-
kussiert.DasZielbestanddarin,MethodenundWerkzeugefür
dieSimulationunddieexperimentellePrüfungvonelektrischen
Antriebssträngenzuentwickeln,umdasSchwingverhaltenund
dieresultierendenBetriebslastenzuuntersuchen.
IndererstenPhasedesProjektskonzentriertesichdasFraun-
hoferLBFaufeinfacheKonzeptmodelle,diedenHauptfreiheits-
gradderRotationdesAntriebsstrangsberücksichtigten.Diese
0D-1DdynamischenModelle,dieinSimscapeundLMSAmesim
aufgebautwurden,repräsentierendieTorsionskettevomMotor
zudenRädernunddielongitudinaleFahrzeugdynamik,wobei
diefürdenniedrigenFrequenzbereichwesentlichenElemente,
wiederReifenunddieSeitenwellen,alsflexibleKomponenten
simuliertwerden.
ParallelzurEntwicklungderAntriebssträngewährendder
ProjektlaufzeitwurdedieKomplexitätundderDetaillierungs-
gradderModellierungerhöht,umzusätzlicheEffektemit
aufzunehmen.MitdenaufgebautenMehrkörpersimulations-
modellenderSystemewurdeimfinalenStanddieDynamik
deskomplettenAntriebsstrangsinklusivederBewegungder
AggregatlagerunginallensechsFreiheitsgradensimuliert.
DieentwickeltenModellewurdenzurErmittlungundAnalyse
derSchwingungsphänomeneundderresultierendenLasten
eingesetzt.TypischeManöver,wieTip-in,Tip-outundABS-
Bremsungen,wurdenzudiesemZwecksimuliert.
MiteinemAntriebsstrangprototypenhatdasFraunhoferLBF
eineexperimentelleCharakterisierungamPrüfstanddurchge-
Contact: PhD Riccardo Bartolozzi · Telephone: +49 6151 705 - 8264 · riccardo.bartolozzi@lbf.fraunhofer.de
Vibrations and loads in electric powertrains.
SchwingungenundLastenin elektrischenAntriebssträngen.
E - G E N E R AT I O N : S I M U L AT I O N U N D P R Ü F U N G E L E K T R I S C H E R A N T R I E B S S T R Ä N G E
E - G E N E R AT I O N : S I M U L AT I O N A N D T E S T I N G O F E L E C T R I C A L P O W E R T R A I N S
Echtzeit-Simulation Prüfling Prüfstand
Open-loopGeschwindigkeit
Motor-Moment
Rad-MomenteRad-Geschwindigkeiten Rad-Gesc
hwindigk
eiten
Rad-Momente
Closed-loopFahrzeugmodell
Leistungs- elektronik
Leistungs- elektronik
RT-Targetund I/OSchnittstellen
Prüfstand- steuerung
Drehmoment- Sensoren
Abtriebs- maschinen
Antriebsstrang
Summary IfcomparedtotraditionalpowertrainswithICE,
electricpowertrainsshowdifferentdynamicandloading
behaviourofthemechanicaldriveline.Duetothejustrecent
experienceoftheautomotiveindustryinelectricpowertrains,
simulationandprototypetestingareallthemorekeyelements
inthedevelopmentofnewsystems.WithintheBMBF-funded
researchprojecte-Generation,FraunhoferLBFdeveloped
dedicatedsystemsimulationmodelsforelectricpowertrains
withdifferentdetaillevels(from0D /1Dto3Dmultibody
dynamicmodels).Inordertosupportthetestingactivity,real
manoeuvrebasedtestswerecarriedoutbyimplementinga
hardware-in-the-loop(HIL)testingenvironment.
führt.DafürwurdedasSystemmiteinemaufrealenManövern
basierendenPrüfprotokollgetestet.Dabeiwurdenverschiedene
mechanischeundelektrischeMesssignaleaufgenommen.Um
dasrealeVerhaltendesFahrzeugszuberücksichtigen,wurde
eineHardware-in-the-LoopTestumgebungaufgebaut,inder
realedynamischeReaktionenamRadeingeleitetwurden.Dies
erfolgtedurchdiedirekte(open-Loop)Einleitungvonvorhande-
nen,gemessenenRadgeschwindigkeitsprofilenoderdurchdie
EchtzeitsimulationderFahrzeuglongitudinaldynamik(inkl.Räder
undReifen).
Customer BenefitsWithinthee-Generationproject
FraunhoferLBFgainedvaluableexperienceinthefieldof
dynamicmodellingandsimulationononeside,anddynamic
testing,ontheotherside,ofelectricpowertrainswithfocus
onthedynamicbehaviourandthemechanicalloadingof
thedriveline.Rangingfromconceptualandreduced0D/1D
torsionalmodelsofthepowertrain,uptocomplete3D
multibodymodels,allphasesofthedevelopingprocesscanbe
supported.Moreover,alsothetestingandverificationphases
canbeaddressedwitheitheropen-looporhardware-in-the-
looptests,whichallowthesystemtobetestedunderreal
manoeuvreconditions.
MKS-Modell eines elektrischen Antriebsstrangs.Multibody model of an electric powertrain.
Geprüfter Antriebsstrang auf dem Prüfstand. Tested powertrain on the test bench.
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 43
„ Das Fraunhofer LBF kann die Entwicklungskette für elek-trische Antriebsstränge von der dynamischen Simulation bis zur HiL-Prüfung darstellen.“
PhDRiccardoBartolozzi,FraunhoferLBF
44 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Entspanntes und ruhiges Dahingleiten verbinden viele
Autofahrer mit einem hohen Fahrkomfort, den sie von
einem modernen Automobil erwarten. Allerdings erzeu-
gen Motoren auch heute noch mehr oder weniger
störende Schwingungen. Über Motorlager und die Karos-
serie gelangen sie in den Fahrzeuginnenraum und können
sich dort als unangenehm empfundener Schall und stö-
rende Vibrationen äußern. Um dem entgegenzuwirken,
wurden am Fraunhofer LBF in den letzten Jahren
verschiedene Komponenten für aktive Systeme entwi-
ckelt. Für Tests und Vergleiche unter realen Betriebs-
bedingungen auf der Straße sowie zur Demonstration für
Kunden wurde im Rahmen von LOEWE-AdRIA ein Voll-
fahrzeugversuchsträger aufgebaut.
Aufbau des Vollfahrzeugversuchsträgers
DieBasisfürdenVersuchsträgerbildeteinMittelklassefahrzeug
imSerienzustandmiteinerErprobungsfahrzeugzulassung,die
esermöglicht,auchnichtzugelasseneFahrzeugkomponenten
imöffentlichenStraßenverkehrzutesten.
ImRahmenvonmehrerenForschungs-undIndustrieprojekten
wurdenbereitsunterschiedlicheKomponentenfüraktive
SystemezurSchall-undVibrationsminderungentwickeltund
erprobt:
• HybridAktivesMotorlager
(vorgestelltimJahresbericht2011,S.88fund2012,S.72f)
• Piezo-VerstärkerfürautomotiveAnwendungen
(vorgestelltimJahresbericht2011,S.84f)
• Inertialmassenaktoren(sieheauchJahresbericht2013,S.76f)
• Low-Cost-Sensorik(sieheauchJahresbericht2012,S.78f)
• ModulareeingebetteteSignalverarbeitungsplattform
(sieheauchJahresbericht2012,S.70f)
DieimVersuchsträgerverbautenpassivenKomponenten
werdenteilweisedurchaktiveLösungenersetztoderum
zusätzlicheaktiveSystemeerweitert(sieheAbb.2).Sowird
zumBeispieldashybridaktiveMotorlageranstatteinesder
beidenpassivenSerienlagerverbautundreduziertsodieauf
diesemWegindieKarosserieeingeleitetenSchwingungen.
AngesteuertwirddasLagervoneinemamFraunhoferLBF
Contact: Marco Jackel · Telephone: +49 6151 705 - 8274 · marco.jackel@lbf.fraunhofer.de
Automotive test vehicle for active noise and vibration control.
ErprobungsfahrzeugfüraktiveLärm-undVibrationsminderung.
Abb. 1: Vollfahrzeugversuchsträger mit Erprobungsfahrzeugzulassung.Fig. 1: street legal test vehicle.
E N T W I C K L U N G S P L AT T F O R M F Ü R A K T I V E S Y S T E M E
D E V E L O P M E N T P L AT F O R M F O R A C T I V E S Y S T E M S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 45
Customer BenefitsWiththestreetlegaltestvehiclethe
FraunhoferLBFhasapowerfuldemonstratorforactive
systemsintheautomotivesector.Thetestvehicleisboth,
ademonstrator,aswellasadevelopmentplatform.Active
measuresandcontrolstrategiescanbetestedunderreal-life
ambientconditionsanddemonstratedtocustomers.
SummaryInvehicles,enginescausevibrationsthataretrans-
ferredfromthemountsandtheadjacentstructurestothe
interiorwheretheytypicallyresultinunwantedsoundemissi-
ons.Passivesystemshaveassertedthemselvesasoneresponse
todampeningnoiselevels.Theimplementationofactive
systemsshowmorepromiseinimprovingvibrationcomfort
andtheacousticimpression.TheFraunhoferLBFhasbeen
workingonsuchsystemsforseveralyears.Foradvancement
andtestingofthedevelopedtechnologiesunderrealdriving
conditionsthesesystemshavebeenimplementedintoareal
vehicle.Furthermorethistestvehicleenablesthedemonstration
ofthesenoveltechnologiestocustomers.
entwickeltenkompaktenPiezoverstärkerfürautomotive
Anwendungen.DesWeiterensindvierelektrodynamische
Inertialmassenaktorenanakustischbesonderssensitiven
PositionenimMotorraumundderKofferraumklappeange-
bracht.FürdieRegelungkommteinadaptiverAlgorithmus
(FxLMS)zumEinsatz.DieSignalverarbeitungerfolgtaktuell
nochaufeinerdSPACEMicroAutobox.InnaherZukunftwird
diesedurchdieamFraunhoferLBFentwickeltemodulare
eingebetteteSignalverarbeitungsplattformersetzt.
Abbildung3zeigtbeispielhaftdie2.MotorordnungdesInnen-
raumschalldruckswährendeinerMessfahrt.Diedeutliche
Überhöhungder2.MotorordnungimBereichvon1500U/min
lässtsichmitHilfederaktivenZusatzsystemestarkreduzieren.
HierbeiwerdendieReduktionenglobalimFahrzeuginnenraum
erreicht.ÜberdieaktivenSystemelässtsichnichtnurder
SchalldruckimInnenraumpositivbeeinflussen,auchdeutliche
ReduktionenindenStrukturschwingungenkonntenzum
BeispielamFußpunktdesaktivenLagerserreichtwerden.
Abb. 2: a) Positionen der aktiven Komponenten im Motorraum ; b) hybrid aktives Motorlager ; c) elektrodynamischer Inertialmassenaktor . Fig. 2: a) positions of the active components ; b) hybrid active engine mount ; c) electrodynamic inertial mass actuator.
Abb. 3: Ordnungsschnitt (2. Motorordnung) des Innenraumschalldrucks auf den vorderen Sitzen (Regelung an: gestrichelt; Regelung aus: durchgehend).Fig. 3: Second engine orders of the passenger cabin’s sound pressure level (dashed: control on; solid: control off).
ba c
46 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Moderne Wohn- und Bürogebäude werden zunehmend
mit Zwangslüftungen oder Klimasystemen ausgestattet.
Aus akustischer Sicht ergeben sich hierdurch Probleme
durch Lüftungslärm und Schalltransmissionen aus Nach-
barräumen. Innovative, kompakte aktive Schallschutzmo-
dule, basierend auf dem Prinzip des aktiven Gegenschalls,
können hier zum Einsatz kommen, um störende Lüftungs-
geräusche und Schalltransmissionen zu reduzieren.
Entwicklung eines aktiven Schallschutzmoduls
InderRegelwerdenzurReduktionvonSchalltransmission
inLüftungssystemenpassiveSchalldämpfermitporösem
AbsorptionsmaterialoderHelmholzresonatorenverwendet.
BeitiefenAudiofrequenzensindpassiveLösungenoftnicht
probat,daunverhältnismäßiggroßformatigeSchalldämpfer
benötigtwürden.
ZurKontrolletieffrequenterSchalltransmissionbietensichaktive
Schallschutzsysteme(ANC-Systeme)an,dieLärmdurchaktiven
Gegenschallauslöschen.AufGrundderrelativhohenKom-
plexitätistderEinsatzaktiverANC-Systemebisheraufwenige
industrielleSpezialeinsatzgebietebeschränkt.Einwichtiger
SchrittinRichtungeinerbreitenkommerziellenAnwendung
vonANC-SystemenfürLüftungsanlagenistdieEntwicklung
modularerSystemlösungen,dieinBezugaufKosten,Bau-
raumbedarfundHandhabungdenpraktischenAnforderungen
gerechtwerden.ZieldiesesForschungsprojektesistdaherdie
EntwicklungeineskompaktenaktivenSchallschutzmodulsauf
derBasiseineseinkanaligenadaptivenFeed-Forward-Reglers.
HierzuwurdeaneinemBürocontainereinLüftungssystem
miteinemANC-Demonstratorinstalliert.Inexperimentellen
StudienlässtsichandiesemDemonstratordieRegelgüte
verschiedenerSystemkonfigurationenexperimentellerproben.
NebenderOptimierungderRegelalgorithmengehörenhierzu
z.B.auchdieabsoluteundrelativegeometrischeAnordnung
derReferenz-undFehlersensorenundKontrolllautsprecher
innerhalbdesLüftungssystems.DaANC-Systemevorallem
beitiefenAudiofrequenzeneffektivsind,wirdebenfalls
untersucht,wiesichANC-Systememitprobatenpassiven
akustischenMaßnahmenverbindenlassen,umeineoptimierte
breitbandigeRegel-Performancezuerzielen.
ImbisherigenVerlaufdesProjektswurdeeinerobuste
Regelungimplementiert,mitdersowohlfüreinesynthetische
LautsprecheranregungalsauchfürdenBetriebeinesLüfters
deutlicherlebbareReduktionenderSchallpegelimInnerndes
Bürocontainerserzieltwurden.ImnächstenSchrittsolldie
Contact: Jens Rohlfing · Telephone: +49 6151 705 - 308 · jens.rohlfing@lbf.fraunhofer.de
Reduction of noise propagation in ventilation ducts.
ReduzierungderLärmausbreitunginLüftungskanälen.
A K T I V G E G E N D E N L Ä R M – I N N O VAT I V E S C H A L L S C H U T Z M O D U L E
A C T I V E N O I S E P R O T E C T I O N – I N N O VAT I V E V I B R AT I O N C O N T R O L
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 47
adjacentrooms.Compactactivenoisecontrolmodulesbased
ontheprincipleofactiveanti-soundcanbeusedtoreduce
acousticdisturbance,improvecomfortandtoprotectprivacy.
InthisprojecttheFraunhoferLBFraimstodeveloppractical,
compact,integratedactive/passivenoisecontrolsystems,with
hightechnologyreadinesslevel.
hochwertigeLabor-SensorikdesANC-Systemsdurchgeeignete
praxisnaheLow-CostSensorikersetztwerden.
InZukunftsindStudienzurIntegrationvonakustischen
MaskierungssystemenzumSchutzderPrivatsphäreund
Vertraulichkeitangedacht.DesWeiterensolldieSkalierbarkeit
desANC-Konzeptsuntersuchtwerden,umnebenLösungen
fürRaumlüftungenauchLösungsansätzefürgroßformatige
industrielleundkleinformatigeLüftungssystemeimAuto-
motive-Bereichanbietenzukönnen.ZurBearbeitungdieser
AufgabenstellungkonntedasFraunhoferLBFdieFirma
FreudenbergalsIndustriellenPartnergewinnen.
Customer Benefits Basedontheexperincegainedfrom
thisprojecttheLBFwillbeabletoaddresscustomerspecific
requestsforthedevelopmentofinnovativeconceptsand
solutionsforactivenoisecontrolsystems;especiallyfor
modularsolutionsforthecontrolofsoundtransmission
andemissionsfromventilationandexhaustsystems.
SummaryModernhomesandofficebuildingsareoften
equippedwithforcedventilationandairconditioningsystems.
Fromanacousticalpointofviewthismaycauseproblems
duetonoiseemissionsandsoundtransmissionbetween
Schema eines klassischen Feed-Forward ANC-Systems.Sketch of a classical feed-forward ANC-system.
Bild des aktiven Schallschutzmodules, Montage direkt vor am Luftauslass.Picture of the active Noise Control Module, installation directly at the air outlet.
Gemittelter Schalldruckpegel im Innern des Büro-containers für ANC-AUS (schwarz) und ANC-AN (rot).Average sound pressure level inside the office container for ANC-OFF (black) and ANC-ON (red).
Dr. Matthias Messer, Freudenberg & Co. KG, Corporate Innovation, Head of CO-Innovation
„DieFreudenbergGruppeentwickeltundproduziertu.a.innovativeProduktezurverbessertenAkustik.MegatrendswieBevölkerungswachstumundUrbanisierungverstärkendenBedarfanneuenEntwick-lungen.DieUnternehmensgruppekoope- riertdaherbezüglichaktiverSchwingungs-technikundinnovativerSchallschutzlösun-generfolgreichmitdemFraunhoferLBF.“
“TheFreudenbergGroupdesignsandpro-ducesamongothersinnovativeproductsforimprovedacoustics.Megatrendssuchaspopulationincreaseandurbanizationintensifytheneedfornewdevelopments.Hence,Freudenbergsuccessfullyinvesti-gatesinnovativenoiseandactivevibrationcontroltechnologiesincooperationwiththeFraunhoferLBF.“
48 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Im Betrieb werden Windkraftanlagen (WKA) durch unter-
schiedliche Effekte zum Schwingen angeregt. Diese
Schwingungen können hinsichtlich der Lebensdauer von
Teilkomponenten, der Qualität des eingespeisten Stroms
und insbesondere bezüglich der Schallabstrahlung uner-
wünscht sein. Die Konstruktion schwingungsarmer WKA
stellt jedoch eine große Herausforderung dar, für die passi-
ve Lösungsansätze zur Schwingungsminderung unzurei-
chend sein können. Um das Potential aktiver Maßnahmen
für den Einsatz an WKA aufzuzeigen, wurde ein solches
Zusatzsystem an einer Kleinwindkraftanlage (KWKA) ent-
wickelt und im Betrieb erprobt.
Erprobung an einer Kleinwindkraftanlage
AlsTechnologiedemonstratorwurdeeineAnlagevomTyp
AeroCraft752derFirmaGödeckeEnergie-undAntriebstechnik
genutzt.EineexperimentelleModalanalyseliefertediemodalen
ParameterderKWKA,diezurAbbildungdesdynamischenVer-
haltensinMatlab/Simulinkgenutztwurden.AusBetriebsmes-
sungensynthetisierteAnregungssignalewurdenanschließend
fürSimulationenandiesemnumerischenModellgenutztund
zurmodellbasiertenAuslegungdesschwingungsmindernden
Zusatzsystemsherangezogen.WieeineAnalysederDatenaus
derBetriebsmessungzeigt,weistderüberwiegendeAnteilder
StörungeneineKorrelationzurDrehzahlauf.Dieseresultieren
vorrangigausRückwirkungenderLeistungselektronikaufden
Generator,diezuperiodischenAnregungenführen.Darüber
hinauswirddasSystemsowohldurchUnwuchtenalsauch
durchdieWechselwirkungenzwischendenRotorblätternund
demungleichförmigenWindfeldzumSchwingenangeregt.Die
unmittelbareAnfachungdurchdenWindundStrömungsablö-
sungenspieltinsgesamtnureineuntergeordneteRolle.
AlsRegelungskonzeptzurMinderungderStrukturschwin-
gungenwurdeeinespezielleFormdesFxLMS-Algorithmus
ausgewählt.DieserkonntesichbereitsbeiähnlichenAufga-
benstellungen,z.B.zurSchallreduktionimFahrzeuginneren,
bewähren(s.Seite56).
IneinerGesamtsystemsimulationwurdederReglergetestetund
dieAnforderungenandasaktiveZusatzsystembestimmt.Die
EinleitungderGegenkräfteerfolgthierbeiübereinenelektrody-
namischenAktor,derzureffektivenSchwingungsminderungin
unmittelbarerNähezumGeneratorplatziertwurde.
DaszurSchwingungskompensationerforderlicheSteuersignal
fürdenAktorberechnetderAlgorithmusausderAnlagendreh-
zahlunddemzuminimierendenFehlersignal,dasvoneinem
BeschleunigungssensoraufHöhederNabeerfasstwird.
Contact: M.Sc. Roman Kraus · Telephone: +49 6151 705 - 8336 · roman.kraus@lbf.fraunhofer.de
Active vibration reduction at wind energy plants.
AktiveSchwingungskontrolle beiWindkraftanlagen.
E R P R O B U N G A N E I N E R K L E I N W I N D A N L A G E
T E S T I N G O N A S M A L L W I N D T U R B I N E
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 49
This was achieved by developing an active vibration control
system and testing it under real operating conditions on a small
wind turbine installed at the Fraunhofer LBF. The measurement
results demonstrate that active control system can significantly
reduce the undesirable vibrations at the hub.
Im Anschluss an die Simulationen wurde das System aufgebaut
und im realen Betrieb getestet. Die Gegenüberstellung(en)
der Messergebnisse des ungeregelten und geregelten Betriebs
zeigt(en) eine deutliche Reduktion bei den untersuchten
Drehzahlordnungen (36 und 72). In Abhängigkeit von der
Anlagendrehzahl werden dabei Reduktionen von bis zu 80%
erreicht.
Customer Benefits The exemplary implementation of a small
wind turbine illustrates the huge potential of active systems
for reducing vibration in wind turbines. It is conceivable
with small wind turbines to use such systems to reduce the
structure-borne noise input into buildings. It is also imaginable
to transfer the control concept to large wind turbines to redu-
ce gear-induced vibrations and noise radiation. This requires
detailed investigations in a large wind turbine.
Summary Wind turbines are exposed to excessive dynamic
loads which may result in extensive vibrations and in turn to a
reduced component lifetime, undesirable sound emissions and
adverse effects in power generation. Active control solutions
can help to reduce these structural vibrations. The objective of
this project has been to demonstrate the capabilities of active
measures for vibration reduction in wind turbines.
Verbesserung durch die Regelung bei Ordnung 72.Improvement due to the control of order 72.
Schwingungsspektrum mit und ohne Regelung.Spectrum of vibrations with and without control.
Instrumentierung der Kleinwindanlage.Instrumentation of the small wind turbine.
Versuchsanlage mit aktivem Zusatzsystem im CAD.Small wind turbine with active system in CAD.
„ Mit aktiven Maßnahmen wirken wir den im Betrieb auftretenden Schwingungen sehr erfolgreich entgegen.“
M.Sc. Roman Kraus, Fraunhofer LBF
50 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
© D
aim
ler
AG
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 51
LeichtbaumitSystem.SystematicLightweightConstruction.
Technolgieentwicklungen für zukünftige Flugzeugfl ügel.
Technology development for future aircraft wings.
52
Querlenker aus Faserverbunden mit integrierten Funktionen.
Lightweight control arm of fi ber-reinforced composites integrates several functions.
54
Optimierte Prozesskette für Composite-Sicherheitsbauteile.
Optimized process chain for composite safety-parts.
56
Effi ziente Betriebsmessungen dank generativ gefertigter Hilfsmittel.
Effi cient operational measurements thanks to additive manufactured tools.
58
Festigkeitsverhalten mehrachsig belasteter Komponenten.
Fatigue life assessment of structural components under multiaxial cyclic loading.
60
52 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Im Oktober 2014 untersuchte das Fraunhofer LBF im Rah-
men des Projektes Clean Sky Green Regional Aircraft zu-
sammen mit den Fraunhofer-Instituten IBP und ENAS einen
ca. 3 Meter breiten Flügel in einem Klimawindkanalver-
such. Zuvor wurde am Institut die Struktur des Flügels
entwickelt und gebaut sowie mehrere neuartige Technolo-
gien integriert.
Neue Herausforderungen – neue Lösungen
ImeuropäischenProjektCleanSkywerdenseit2008zukunfts-
weisendeTechnologienfürkünftigeFlugzeugeentwickelt.
IndiesemZusammenhanghatFraunhoferden1:1Droop
NoseDemonstratorentwickelt,imFraunhoferLBFaufgebaut
undabschließendineinemKlimawindkanalversucherprobt.
AufBasisaerodynamischerVorgabenwurdeeineKinematik
fürdieAbsenkungderFlügelvorderkanteentwickelt.Die
BesonderheitdieseshierentwickeltenHochauftriebsmittels
imBereichderVorderkanteistdieVermeidungvonSpalten
durcheineMitverformungderHaut.Diesistinsbesonderefür
künftigeLaminarflügelvonhoherBedeutung,dadiesenurmit
glattenOberflächenrealisierbarsind.EinweitererVorteilistdie
ReduzierungderLärmemissionenimLandeanflugdurchdie
VermeidungvonSpalten.DiehoheDehnungderHaut,diebei
jederBetätigungauftritt,erfordertjedocheineausreichende
Betriebsfestigkeit.
DieVerformungderHautwirdübereinenelektromechanischen
Aktuatorerzeugt.ZusätzlichwerdeneinigevomFraunhoferIBP
bereitgestellte„Smartmemoryalloy-Aktoren“genutzt.
ZurkünftigenRegelungderKinematikimFlugentwickeltdas
FraunhoferLBFeinVerfahrenzurRekonstruktionderFlügel-
geometrieaufBasisvonSensorsignalen.ZudiesemZweck
wurdenu.a.fast50faseroptischeDehnungssensorenindie
HautderbeweglichenFlügelvorderkanteintegriertundüber
dasvomFraunhoferLBFentwickeltestrukturintegrierteStecker-
konzeptnachaußengeführt.
FürdieTechnologie-Plattform„Flügel“wurdenvomFraunhofer
ENASsog.„syntheticjetAktuatoren“bereitgestellt.Diese
könnendieStrömungpositivbeeinflussen.ImKlimawind-
kanalversuchsolltedasVerhaltendieserTechnologieunter
Vereisungsbedingungenerprobtwerden.
Technology development for future aircraft wings.
Technolgieentwicklungenfür zukünftigeFlugzeugflügel.
A U F B A U E I N E R F L Ü G E L S T R U K T U R M I T B E W E G L I C H E R V O R D E R K A N T E
M A N U F A C T U R I N G O F A W I N G S T R U C T U R E W I T H F L E X I B L E D R O O P N O S E
Contact: Martin Lehmann · Telephone: +49 6151 705 - 416 · martin.lehmann@lbf.fraunhofer.deDr. Volker Landersheim · Telephone: +49 6151 705 - 475 · volker.landersheim@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 53
Customer BenefitsAtFraunhoferLBFevencomplexR&D
withprototypesarepossible.Inthisproject,thetimeframefor
thelastprojectphasewassixmonthsfordesign,manufactu-
ring and test.
SummaryInthecontextoftheCleanSkyProjecta3meter
widefullscalewindtunnelmodelofapossiblefuturewing
wasdevelopedandmanufacturedatFraunhoferLBF;several
potentialfuturetechnologieshavebeenintegrated.
Thisdemonstratorhasbeenthoughtastechnologyplatform:
Aflexible(“morphing”)DroopNosewithameasuringand
controlsystem,thenovelintegrationofavariableiceprotection
system,integrationandtestingofshapememoryalloy-based
actuatorsandsyntheticjetactuatorsareanimportantstepin
enhancingthetechnologyreadinesslevel.
ZusätzlichwurdeineinehochgedehnteFlügelvorderkante
erstmalseinthermischesVereisungsschutzsystemintegriert.
EinVereisungsschutzsystemisteinewichtigeVoraussetzung
fürdensicherenBetrieb.DiesesKonzeptwurdeaberaufgrund
derhohenHautdehnungbishernichtzufriedenstellendgelöst.
ImRahmenvonCleanSkygelangesdemFraunhoferLBF,ein
flexiblesHeizsystemaufBasisvonCarbonNanoTubes(CNT)zu
entwickeln.ZurTemperaturregelungwurdenThermosensorenin
das Modell integriert.
BeierstenErprobungendesModellszeigtesichbereitseinegute
ÜbereinstimmungderFlügelverformungenzwischenErgebnissen
derFE-SimulationenunddemgefertigtenModell.Daraufhin
wurdederDemonstratorineinemKlimawindkanalversuch
erprobt.DieStrukturunddieverschiedenenTechnologienfunk-
tioniertenerwartungsgemäßgut,unddurchdenerfolgreichen
VersuchimWindkanalkannderTechnologiereifegradnachge-
wiesenwerden.DieEntwicklungderTechnologienistnochnicht
abgeschlossenundsollinkünftigenProjektenfortgesetztwerden.
Oliver Schwarzhaupt · Telephone: +49 6151 705 - 490 · oliver.schwarzhaupt@lbf.fraunhofer.de
ResearchleadingtotheseresultshasreceivedfundingfromtheEuropeanUnion(FPJ/2007-2013)fortheCleanSkyJointTechnologyInitiativeunderrelevantgrantagreement
Einsatz der Rauchlanze im Klimawindkanal.Use of a fume lance at the climated wind chanel.
54 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Immer leichter, immer sparsamer – so die Maxime der
Automobilindustrie. Eine Schlüsseltechnologie, um die-
sem Anspruch gerecht zu werden, ist der betriebsfeste
und funktionsintegrierte Leichtbau – sehr oft unter Ein-
satz von Faserverbunden. Allerdings stellt die faserge-
rechte und betriebsfeste Auslegung von Faserverbund-
strukturen Konstrukteure und Ingenieure vor eine große
Herausforderung. Im Fraunhofer LBF wurde ein Querlen-
ker für ein Mittelklassefahrzeug aus Faserverbund ausge-
legt und gefertigt.
Faserverbundbauteile fit für die Serienfertigung
ImVergleichzuMetallenverhaltensichFaserverbundeunter
mechanischenLastendeutlichkomplexer;bestehendeKonstruk-
tionenausMetallenlassensichnichteinfachdurchFaserverbun-
desubstituieren.DieunterschiedlichenWerkstoffeerfordernbei
derKonstruktionhinsichtlichdesFertigungsverfahrensund
wegenderanisotropenEigenschaftenderFaserverbundeunter-
schiedlicheHerangehensweisen.Faserverbundemüssenfaser-
gerechtausgelegtwerden,dieverstärkendenFasernmüssen
alsoinLastrichtungausgerichtetsein.EineHerausforderung
wares,dieHerstellungderFaserverbundbauteilefitfürdie
Serienfertigungzumachen.DasErgebnis:Fürgroßeund
flächigeBauteileeignensichbesondersOrganoblechemit
thermoplastischerMatrix,die–umspritztineinemWerkzeug
–,dieBauteilgeometrieabformen.AufBasisduroplastischer
MatrixsystemebestehtdieMöglichkeitdasResinTransfer
Moulding-Verfahren(RTM-Verfahren)zuverwenden.
FüreinebetriebsfesteundzuverlässigeAuslegungvon
Fahrwerkskomponentenistesnotwendig,alleEinflüsseaus
demBetriebzuberücksichtigen.DiemechanischeAuslegung
beruhtaufLastkollektiven,dieaneinemMessradineinem
Fahrzyklusermitteltwurden.DieKollektivwertewurdenin
Lastenumgerechnet,dieandemjeweiligenBauteilangreifen.
AusFahrmanöverabschätzungenwurdenkritischeFahrmanöver
abgeleitet,diealsLastannahmedienten.Dieunterschiedlichen
FahrmanöverrufenindenhöchstbeanspruchtenBereichen
komplexemehraxialeBeanspruchungszuständehervor,diees
fürdiebetriebssichereAuslegungzubewertengalt.
Optimierter Schichtaufbau
ExperimentelleUntersuchungenandenzuverwendenden
MaterialienbildetendieGrundlagefürdieErstellungvon
MaterialmodellenzurAbschätzungderLebensdauer.Mittels
numerischerMethodenidentifiziertendieWissenschaftler
lasttragendeBereiche,wolokaleFaserverstärkungender
Strukturverlaufenmüssen.UmdielokaleFaserverstärkung
zustützen,müssenGewebeschichtenindenSchichtaufbau
Lightweight control arm of fiber-reinforced composites integrates several functions.
QuerlenkerausFaserverbunden mitintegriertenFunktionen.
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Contact: Dominik Spancken · Telephone: +49 6151 705 - 412 · dominik.spancken@lbf.fraunhofer.de
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aim
ler
AG
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 55
SummaryLightweightandsafeisoneoftheautomotive
industry’sgreatestaims.TheFraunhoferLBFhasproduceda
controlarmforanexecutiveclasscarmadeofcarbonfiber.
Itweighs35percentlessthanacomparablepartmadeofsteel.
Inadditiontothis,thescientistsareplanningtointegrate
functionsinthecontrolarmsothatitexhibitsgreatertolerance
todamageandincreasedcomfortinuse.Thiswillbeimple-
mentedwithstructuralhealthmonitoringsystems(SHM)and
semi-activesystemswhichreducethetransmissionofstructure-
bornenoise.Ithasbeenpossibletodesignandmakeacontrol
armoffiber-reinforcedcompositeinadevelopmenttimeofonly
sixmonths.
eingebrachtwerden.DieserSchichtaufbauwurdenumerisch
bezüglichderlokalenFaserorientierungoptimiert,damitauch
dieseGewebelagenentsprechendihrerBeanspruchungoptimal
ausgelastet sind.
Customer BenefitsHighlystressfulsituationssuchasacci-
dentsoroverloadingonpoorstretchesofroadcandamage
thestructureandshortenthefatiguelife.Theseareascanbe
monitoredonlinewiththehelpofastructuralhealthmonito-
ringsystemmadeupoffiber-opticsensorsandafiber-optic
cable.Anappropriatewarningmessageisdisplayedtothe
driverifapreviouslyspecifiedthresholdvalueisexceeded.
Dynamicallyloadedlightweightstructuresareproneto
vibrationswhichareusuallydamped,forexamplewithab-
sorbers.Thedrawback:additionalmassesandcorresponding
installationspace.ThescientistsoftheFraunhoferLBFdamped
thevibrationsbymeansofpiezoelectricconverterswhich
arewiredtopassivestructuralelements.Tomaximizethe
effectiveness,theLBFresearchersadoptedthedesignofthis
semi-activesystemintothedevelopmentprocessofthefiber-
reinforcedcompositecomponent.Asaresult,itispossible
tomanufacturecomponentsthatsimultaneouslyhavealow
massandgooddampingcharacteristics.
Prototyp eines Faserverbundquerlenkers, entwickelt im Fraunhofer LBF.Prototype of a fiber-reinforced composite control arm developed in the Fraunhofer LBF.
Spannungen am Querlenker beim Lastfall „Bremsen Linkskurve“.Stresses in the control arm in the load case “braking on left-hand bend”.
56 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Bisher hat das Fraunhofer LBF eher in Teilbereichen Vorha-
ben zur Bauteilentwicklung unterstützt. Die Vorgehens-
weise für eine umfassendere Prozesskette wurde beispiel-
haft an einem Bauteil in allen Entwicklungsschritten
umgesetzt. Da hierbei die Kompetenzen mehrerer Abtei-
lungen benötigt werden, war es das Ziel des Projektes die
Schnittstellen zwischen den verschiedenen Phasen der
Produktentwicklung zu optimieren und eine reibungslose
Prozesskette für künftige Projekte zu etablieren.
Etablierung der Prozesskette von der Materialentwicklung
bis zur Prüfung
VonderchemischenHarzentwicklungundFormulierung,über
diesimulationsgestützteBauteil-undSystemauslegungbishin
zurFertigungundPrüfungdesBauteilwurdeinnerhalbweniger
MonateeineVorgehensweiseerprobt,dienundieverbesserte
BegleitungunsererKundeninderAuslegungvonLeichtbau-
strukturenermöglicht.
EininDifferentialbauweisehergestellterKurbeltriebausStahl
mitintegriertenElastomerlagern,wieerbeispielhaftfürFahr-
werksteilesteht,wurdedurcheineFaserverbundfederinInte-
gralbauweisesubstituiert.DerKraft-Weg-Verlaufwurdedabei
näherungsweisebeibehaltenwährenddasGewichtvon6,75kg
auf0,18kgreduziertwurde.
ZuBeginnwurdeeineflexibleEpoxidharzformulierungmit
hohemElastomeranteilentwickelt.Compositestrukturen,
basierendaufangepassten,zähmodifiziertenHarzsystemen,
besitzeneinerheblichesPotentialzurSteigerungderBruchdeh-
nungunddesImpactverhaltensvonFaserverbundstrukturen,
derSteigerungderLebensdauerdurchdieVerzögerungvon
ZwischenfaserbrüchenundzurSteigerungderEinsatzbreitevon
diesenLeichtbauwerkstoffendurchneueAnwendungenwie
beispielsweiseFestkörpergelenkenimKarosseriebereich.
ParallelzurMaterialentwicklungwurdenersteSimulationen
durchgeführt.ZunächstwurdeeinemetallischeReferenzstruktur
mitElastomerlagernanhandvonParameterstudienausgelegt.
DasmechanischeVerhaltendieserStrukturdientealsVorgabe
fürdieAuslegungeinerFaserverbundfederstruktur.Diesewurde
mitFEMundMKSunterEinbindungvonsog.FlexBody-Körpern
imSimulationsmodellausgelegtundübereinCAD-Programm
alsNegativformabgeleitet.
Optimized process chain for composite safety-parts.
OptimierteProzesskettefür Composite-Sicherheitsbauteile.
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D E S I G N O F L I G H T W E I G H T S T R U C T U R E S
Contact: Prof. Dr. Manfred Döring · Telephone: +49 6151 705 - 8675 · manfred.doering@lbf.fraunhofer.deProf. Dr. Andreas Büter · Telephone: +49 6151 705 - 277 · andreas.bueter@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 57
SummaryMetallicstructuresareoftenreplacedbycomposite
structurestoreduceweight.Inthiscase,itisimportantto
optimizethetargetweightwhileretainingthemechanical
propertiesofthereferencestructure.IntegrationofthePlastics
DivisionintheFraunhoferLBFmeansthattheentireprocess
chainisavailablefrommaterialdevelopmenttosimulation,
productionofaprototypeandtesting.
ZurFaserverbundfertigungwurdeeineMetall-Negativformmit
derhauseigenenCNC-Abrassivwasserstrahlanlagehergestellt,
diedieschnelleundgenaueFertigungermöglichte.Hiermit
könneninZukunftschnellundeffizient,ähnlichwiebishermit
generativenFertigungsverfahren,WerkzeugefürdieFaserver-
bundfertigungimHaushergestelltwerden.
DieFederwurdezunächstmanuellinPrepreg-Bauweiseindie
MetallformeingelegtundineinerHeißpressekonsolidiert.Nach
derFertigungfandeineVergleichsmessungdermetallischenRe-
ferenzstrukturundderLeichtbaulösungstatt.Hierbeizeigtesich
einähnlicherKraft-WegverlaufderbeidenStrukturen.Ineinem
DemonstratorkönnendiebeidenStrukturennebeneinander
handbetätigtverglichenwerden.
Customer BenefitsWecanprovidesupportinthefuture
forthedevelopmentofasimilarlightweightstructureinthe
formofanewdesignorsubstitutesolution.Weprovidethis
supportalongtheentireprocesschainfrommaterialdevelop-
menttotesting,oronthebasisofindividualprocesses.The
FraunhoferLBFwillbehappytosupportsuchdevelopmentof
aspecificcomponentinanindustrialorresearchproject.
Vorteile einer reibungslos funktionierenden Prozesskette.Advantages of a smothly running process chain.
Formenbau im Fraunhofer LBF.Mold construction at Fraunhofer LBF.
Riccardo Möller · Telephone: +49 6151 705 - 408 · riccardo.moeller@lbf.fraunhofer.de
58 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Durch Betriebsmessungen erlangt man weitreichende
Informationen über die Beanspruchung eines technischen
Systems im Betrieb. Die gezielte Messung von Lastkollekti-
ven dient der Ableitung auslegungsrelevanter Parameter
von Bauteilen sowie der Steigerung der Qualität, Effizienz
und Sicherheit, beispielsweise von PKW, LKW, Schiffen
oder industriellen Maschinen und Anlagen.
Optimale Anpassung an jede Messumgebung
VorderDurchführungvonBetriebsmessungenwerdendie
relevantenMessgrößenfestgelegt.Meisthandeltessichum
Kräfte,DehnungenoderBeschleunigungen,diemitHilfe
entsprechenderSensorenerfasstwerdensollen.Entscheidend
fürdieAuswahlderSensorensindunteranderemderzu
erfassendeFrequenzbereichsowiediezuerwartendenPegel.
UmdiegewünschtenErgebnissezuerhalten,wirddieSensorik
mitpassenderHardwarezurDatenerfassungundSignalver-
arbeitungsowieAuswertealgorithmenkombiniert.Mitbestim-
mendfürdenAufwandeinerBetriebsmessungsinddieWahl
derPositionenzurApplizierungundIntegrationdesMessequip-
mentssowiedieUmweltbedingungenvorOrt.Herausforderun-
genkönnenentstehendurchschlechteZugänglichkeitander
Einbaustelle,WitterungseinflüssewieFeuchtigkeitundextreme
TemperaturenoderGefährdungendurchSteinschlag,Wasser
oderandereMedien.MöglicherweiseistdasMessequipment
auchhohenKräftenoderstarkerStrömungausgesetztoder
mussangeometrischungünstigenStellen,z.B.gekrümmten
Flächen,sicherangebrachtwerden.
UmdieBetriebsmessungendurchführenzukönnen,sind
deshalbHilfsmittelnotwendig,mitdenendasMessequipment
andieBedingungenvorOrtangepasstundvorBeschädigungen
geschütztwerdenkann.AmFraunhoferLBFkönnendiese
HilfsmitteldurchgenerativeVerfahrenhergestelltwerden.
DafürsteheneineLasersinteranlageundein3D-Druckerzur
Verfügung.(Sensor-)GehäuseundHalterungenkönnensoindi-
viduellundpassgenaugefertigtwerden.AuchdieHerstellung
komplexerGeometrienistschnellundkostengünstigmöglich.
GenerativeFertigungbietetaußerdemdieMöglichkeitzurFunk-
tionsintegration,wodurchdieZahlderEinzelteileunddamit
Efficient operational measurements thanks to additive manufactured tools.
EffizienteBetriebsmessungendankgenerativgefertigterHilfsmittel.
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Contact: Johannes Käsgen · Telephone: +49 6151 705 - 613 · johannes.kaesgen@lbf.fraunhofer.deTobias Röglin · Telephone: +49 6151 705 - 8242 · tobias.roeglin@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 59
SummaryOperationalmeasurementsservetheincreaseofthe
quality,efficiencyandsecurityofplantsandvehicles.Bysensors
andsuitablemeasuringequipmentrelevantmeasuredvariables
arerecordedintheservice.Theadditivemanufacturingmethods
usedattheFraunhoferLBFenableanindividualandproperly
matchingproductionfromtoolstotheoptimaladjustmentof
themeasuringequipmenttothemeasuringenvironmentof
thecustomer.Themeasurementsareacceleratedtherebyand
thecostsarereduced.Beyondthattheusesofthemeasuring
equipmentcanbeincreasedandtheresultsofmeasurements
canbeimproved.
auchderfolgendenMontageschrittereduziertwerdenkann.
DurchdiegenerativhergestelltenHilfsmittelkanndas
MessequipmentoptimalandieMessumgebungdesKunden
angepasstwerden.DadurchkönnenMesskampagnenschneller
undkostengünstigerdurchgeführtwerden.DieMöglichkeiten
fürBetriebsmessungenwerdenerweitert,dieQualitätder
MessergebnisseverbessertunddieRobustheitdesMessequip-
mentserhöht.
Customer BenefitsByoperationalmeasurementsthe
customerreceivesimportantinformationabouthistechnical
system.Theyservetheincreaseofefficiency,securityand
quality.Applyingadditivemanufacturingmethodsforthepro-
ductionoftoolsattheFraunhoferLBFallowsforanoptimal
adjustmentofthemeasuringequipmenttothemeasuring
environmentatthecustomer.Boththeproductionofthetools
andthemeasurementscanbeacceleratedandthecostscan
bereduced.Theproperlymatchingsensorsandmounting
platesimprovereliabilityandincreasethequalityoftheresults
ofmeasurements.
Vielfältig einsetzbar und äußerst robust: die generativ gefertigten Beschleunigungssensoren des Fraunhofer LBF.Variously applicable and extremely robust: the additive manufactured acceleration sensors of the Fraunhofer LBF.
Verschiedene lasergesinterte Kunststoffteile als Hilfsmittel für Betriebsmessungen. Laser-sintered plastic parts as tools for operational measurement.
60 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Viele Bauteile und Komponenten unterliegen mehrachsi-
gen Ermüdungsbeanspruchungen, d. h. es liegen gleichzei-
tig unterschiedliche Belastungsarten vor, z. B. Biegung
kombiniert mit Torsion oder Zug-Druck-Belastung kombi-
niert mit Torsion. Insbesondere in den Fällen, in welchen
die Einzelbelastungskomponenten unabhängig voneinan-
der schwingen (nichtproportionale Belastung), ist es
schwierig eine zutreffende Lebensdauerabschätzung
durchzuführen. Vor diesem Hintergrund stellt die Verbes-
serung der Treffsicherheit mehrachsiger Schädigungspara-
meter eine wichtige Anforderung dar.
Laserstrahlschweißverbindungen aus Magnesium
DiesteigendenAnforderungenandenLeichtbauerfordernden
EinsatzneuerMaterialieninVerbindungmitgeeignetenFüge-
verfahren.MagnesiumweistimVergleichzuweitverbreiteten
KonstruktionswerkstoffenwieAluminiumoderStahleinegerin-
gereDichteauf.DerdarausresultierendeGewichtsvorteilkann
inderZukunftzueinervermehrtenNutzungvonMagnesium-
LegierungenimLeichtbauführen.DasLaserstrahlschweißen
ermöglichtdieHerstellungkomplexerKomponentenaus
Magnesium-Legierungen,dabeikönnenhoheFestigkeiten
sowieSteifigkeitenderSchweißnähteerzieltwerden.
ImRahmeneineslaufendenDFG-Forschungsvorhabenswerden
dieSchwingfestigkeitskennwertedünnwandigerÜberlapp-
schweißverbindungenausMagnesium-Knetlegierungen
AZ31undAZ61untermehrachsigenproportionalensowie
nichtproportionalenBelastungenmitvariablenAmplituden
experimentellermittelt.ImVorgängerprojektwurdedas
ErmüdungsverhaltendieserSchweißverbindungenunterBelas-
tungenmitkonstantenAmplitudenuntersucht.Dieexperimen-
tellenErgebnissezeigeneinedeutlicheLebensdauerverkürzung
unternichtproportionalenBelastungenimZeitfestigkeitsbereich
imVergleichzumproportionalenBelastungsfall.Einähnliches
VerhaltenwirdauchbeiSchweißverbindungenausAluminium
undStahlbeobachtet.
AusgehendvonVersuchsergebnissenwerdenmehrachsige
BerechnungskonzeptezurgenauenErfassungdesbeobachteten
Ermüdungsverhaltensangepasstunderweitert.DieAnwendung
solchererweitertenHypothesenistmiteinemhohenRechen-
aufwandverbunden.DaherwerdendieBerechnungsroutinen
programmiertundineinSoftware-ToolzurBewertungvon
mehrachsigenBeanspruchungenintegriert.
Fatigue life assessment of structural components under multiaxial cyclic loading.
Festigkeitsverhaltenmehrachsig belasteterKomponenten.
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M U LT I A X I A L H Y P O T H E S E S F O R M A N G A N E S E W E L D J O I N T S
Contact: Alexandre Bolchoun · Telephone: +49 6151 705 - 8457 · alexandre.bolchoun@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 61
Customer BenefitsMaterialsandweldedjoints,whichwere
investigatedintworesearchprojectsoftenexhibitafatigue
lifeshorteningundermultiaxialnon-proportionalloadings.
Hypotheses,whichenableengineerstotakethisbehaviorinto
accountduringthedevelopmentprocessareavailableinform
ofcomputationalroutines,whichcanbeusedforcustomer-
specificlifetimeassessmentproblems.Theroutinescanbealso
providedtothecustomerinthecourseofabilateralproject.
SummaryThefatiguestrengthofanumberofmaterialsor
weldedjointsundermultiaxialcyclicloadingwasinvestigated
experimentally.Theexperimentalresultswerethenusedto
verifydifferenthypothesesforfatiguelifeevaluation,which
arebasedonlocalstressorstrainconcepts.Furthermorethese
hypotheseswereextended,inordertoyieldbetterfatiguelife
assessmentresults.
Lebensdauerabschätzung mehrachsig belasteter
Sicherheitsbauteile aus Schmiedestahl und Aluminiumguss
ImFokusdesabgeschlossenen,durchdasForschungskuratorium
Maschinenbaugeförderten,gemeinschaftlichenForschungs-
vorhabens(mitTUClausthal)lagdasErmüdungsverhaltendes
Vergütungsstahls50CrMo4VundderAluminiumgusslegierung
G-AlSi7Mg0,3T6.StahlistderduktileredieserbeidenWerkstof-
feundzeigteineLebensdauerverkürzungunternichtproportio-
nalermehrachsigerBelastungimVergleichzumproportionalen
Fall.BeiderAluminiumgusslegierungkanndieUmkehrung
diesesVerhaltensbeobachtetwerden.Allerdingstrittdiese
UmkehrungnichtbeiallenuntersuchtenLastsignalformenauf.
DieErgebnisseumfangreicherexperimentellerUntersuchungen
wurdendazugenutzt,mehrereSpannungs-sowieDehnungs-
basiertemehrachsigeSchädigungsparameteraufihreAnwend-
barkeitzutesten.EswurdenEmpfehlungenabgeleitet,die
inAbhängigkeitvomvorliegendenWerkstoffbzw.vonder
vorliegendenBeanspruchungsart,einegeeigneteMehrachsig-
keitshypotheseermöglichen.AußerdemwurdeeinParameter
zurVerbesserungderLebensdauerbewertungunternichtpro-
portionalenBelastungenvorgeschlagen.
Dünnwandige Schweißprobe aus Magnesium.Thin-walled welded magnesium specimen.
Zug-Druck-Torsion-Prüfmaschine im Fraunhofer LBF.Tension-torsion test rig at Fraunhofer LBF.
Torsion Mt,a
Druck Fa
Finite-Elemente-Modell einer Stahlprobe.Finite element model of a steel specimen.
62 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 63
ZuverlässigkeitmitSystem.SystematicReliability.
Betriebsfestigkeit einer Materialumschlagmaschine.
Structural Durability of a material handler.
64
Bedarfsgerechte Instandhaltung von Güterwagen.
Needs-based maintenance of freight cars.
66
Smartes Sensornetzwerk zur Überwachung großer Bauwerke.
Smart sensor network for monitoring large structures.
68
Prüfungen von HV-Batterien.
Tests on HV batteries.
70
Elektromobilität auf dem richtigen Weg.
Electromobility on the right track.
72
Multiaxiales Elastomerlagermodell für dynamische Mehrkörpersimulationen.
Multi-axial elastomeric bearing model for dynamic multi-body simulations.
74
Mehradrige Kabel in der Verlegesimulation.
Laying simulation for multi-core cables.
76
Beherrschung von Unsicherheit in aktiven lasttragenden Systemen.
Control of uncertainty in active load-bearing systems.
78
64 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Die Dimensionierung der Komponenten von Arbeitsma-
schinen aus dem Bau- und Umschlagbereich erfolgte für
frühere Maschinengenerationen meist nur erfahrungsba-
siert. Erst in den letzten Jahren wurden gezielt Lastan-
nahmen und Belastungskollektive definiert, um die Kons-
truktionen optimal auslegen zu können. Im hier
dargestellten Kundenprojekt sollten zunächst diese Daten
für den Ausleger eines Materialhandlers bestimmt wer-
den, welcher vorrangig im Umschlagbetrieb eingesetzt
ist, um anschließend auf dieser Basis Festigkeitsversuche
durchführen zu können.
Betriebsmessungen
VomFraunhoferLBFwurdederAuslegerderMaterialum-
schlagmaschinemitumfangreicherMesstechnikbestückt:
Beschleunigungssensoren,rund40Dehnungsmessstreifenzur
BestimmungderBeanspruchungen,Winkel-undWegsensoren
zurBestimmungderLagepositionenundindividuellange-
fertigteKraftmessgliederzurErmittlungderKräftezwischen
GreiferundAusleger.MitdersoausgerüstetenMaschine
wurdenimBetriebseinsatzdiezuvordefiniertentypischen
Lastfällegemessen.
Eszeigtesich,dassderAuslegernichtnurdurchdieKräftedes
Greifersbeanspruchtwird,sonderndassauchdieTrägheits-
kräfte,hervorgerufendurchdieBewegungderMaschine,die
Beanspruchungenmaßgeblichbeeinflussen.Basierendaufden
realgemessenenBewegungenderMaschinewurdendiese
TrägheitskräfteübereinDynamikmodellberechnetundmit
denGreiferkräftenkombiniert.
HiermitkonnteerstmalsfürdieseMaschinedasAnforderungs-
profilinBezugaufdieBetriebsfestigkeitanwendungsbezogen
definiertwerden.DiesbetrifftsowohldiemaximalenEcklasten
fürdiestatischeAuslegungalsauchdieVerteilungeninForm
vonKollektiven.FürähnlicheMaschinenandererBaugrößen
lassensichhierausebenfallsineinfacherWeiseEinsatzdaten
ableiten.AbschließendwurdeausdiesenLastdateneine
verkürzteLast-ZeitfolgezurLaborerprobungdesAuslegers
abgeleitet.
Betriebsfestigkeitsversuche
ZurBewertungderaktuellenKonstruktionwurdenVersuche
amgesamtenAuslegerdurchgeführt,derhierzuaufeinem
großenVersuchsspannfeldimFraunhoferLBFaufgebaut
Contact: Andreas Herbert · Telephone: +49 6151 705 - 279 · andreas.herbert@lbf.fraunhofer.de
Structural Durability of a material handler.
Betriebsfestigkeiteiner Materialumschlagmaschine.
Experimentelle Simulation: Prüfaufbau im großen Versuchsspannfeld des Fraunhofer LBF.Experimental simulation: test setup in the Fraunhofer LBF’s large span-testing facility.
S Y S T E M AT I S C H E B E L A S T U N G S A N A LY S E U N D B E T R I E B S L A S T E N V E R S U C H E
S Y S T E M AT I C L O A D A N A LY S I S A N D O P E R AT I N G L O A D T E S T S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 65
caseshadbeeninvestigatedbymeansofmeasurements
duringfieldoperation.Endurancetestshavebeenperformed
onthestructureofthecompleteboomassemblybasedon
this load data.
wurde.StattdesGreiferswurdenservohydraulische
Belastungszylinderangebaut,überwelchedierelevanten
BetriebslastenrealitätsähnlichaufdieKonstruktion
aufgebrachtwurden.
AusdenverschiedenenMesssequenzenwurdeeinreprä-
sentativesBelastungsprogrammextrahiertundmitHilfevon
Labormessungensoabgeglichen,dassesdieBedingungen
deszuvordefiniertenBetriebseinsatzesinzeitlichdeutlich
geraffterFormsimuliert.DiegesamteMaschinenlebensdauer
konntehierimVersuchinnerhalbvonwenigenWochendurch-
laufenwerden.Dabeiwurdenalletypischenundextremen
Lastkombinationenberücksichtigt.DieZuverlässigkeitder
Neukonstruktionkonntesonachgewiesenwerden.
Customer Benefits Thecustomernowhasaclearlydefined
requirementfortheloadscenarioofthemachinebasedon
realoperations.Thismakesitpossibletodevelopstate-of-the-
artcomponentsforreliableuse.
SummaryMachinemanufacturerTerexFuchsclassifiedthe
operationofitsmaterialhandlersduringscraprecyclingby
definingtypicalloadcasesandtheirtimeslices.Theseload
Die Maschine im realen Einsatz.Typical machine employment.
Dehnungsmessstreifen an hochbelasteten Stellen der Maschine. Wire strain gauges on highly-stressed areas of the material handler.
Cristian Engelhardt, Head of Engineering, Terex Deutschland GmbH
„DurchdieZusammenarbeitundUnter-stützungdesFraunhoferLBFkonntenwirendlichunsereLebensdaueranalysevondertheoretischenSimulationbishinzumpraktischenPrüfstandslaufauseinerHandumsetzen.DieerhaltenenResultatebrachtenunsvielewertvolleErkenntnissefürdieBerechnungvonunserenStahlbau-komponenten.“
“WiththecooperationandsupportoftheFraunhoferLBF,wefinallyimplementedourfatigueanalysisfromtheoreticalsimulationtopracticalbenchtestingfromasinglesource.Theresultsobtainedprovideduswithawealthofvaluableknowledgeforthecalculationofourstructuralsteelcomponents.”
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66 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Ein gutes Instandhaltungsmanagement im Schienengüter-
verkehr ist aus ökonomischer Sicht essenziell, um sich im
Wettbewerb gegenüber anderen Verkehrsträgern lang-
fristig zu behaupten. Eine ineffiziente Instandhaltung
verursacht unnötige Standzeiten und eine vorzeitige
technische Behandlung von Komponenten, die eigentlich
noch verwendbar wären, und somit hohe wirtschaftliche
Aufwendungen. Mit Sensoren, die den Zustand der Gü-
terwagen während des Betriebs überwachen, lässt sich
der Instandhaltungsprozess bedarfsgerechter gestalten.
Energieautarke Sensoren zur Überwachung von
Güterwagen
DieEntityinChargeofMaintenance(ECM)verantwortet
dieInstandhaltungvonGüterwagen,dienachregelmäßigen
Wartungsintervallenoderreaktivdurchgeführtwird.Der
tatsächlicheWagenzustandwirddabeimeisterstdurchdas
WartungspersonalindenWerkstättenfestgestellt,wasdem
eigentlichenInstandsetzungsbedarfnurbedingtgerechtwird.
EineVerbesserungdieserSituationdurcheinebedarfsge-
rechtereInstandhaltungsstrategiebringthohewirtschaftliche
VorteilefürdieECMgenausowiefürWagenhalter,Disponen-
tenundNutzer.ImRahmendesvomBundesministeriumfür
BildungundForschunggefördertenProjekts„Energieautarke
SensorsystemezurZustandsüberwachungvonGüterwagen
(ESZüG)“wirdgemeinsammitunterschiedlichenPartnernaus
WissenschaftundIndustrieeinSystemzurautomatisierten
undenergieautarkenInstandhaltungsplanungrealisiert.
EinesderKernthemenimJahr2014wardieEntwicklungvon
energieautarkenSensoren,dieunteranderemeinenSchaden
anderRadoberflächewährenddesBetriebserkennenund
dieMessdatenaneincomputergestütztesInstandhaltungs-
Management-Systemweiterleiten.
AmFraunhoferLBFwurdendazuvibrationsbasierteÜber-
wachungsalgorithmenzurDetektionvonRadabflachungen
entwickeltundanhandvongemessenenVibrationsdaten
sowieSimulationendesSchadensfortschrittsverifiziert.Dabei
standdieEnergieeffizienzdurchbeispielsweisesensornahe
DatenreduktionimVordergrund.Güterwagenverfügenim
AllgemeinennichtübereineelektrischeEnergieversorgung.
DeshalberzeugendieenergieautarkenSystemediebenötigte
elektrischeEnergiemitpiezoelektrischenGeneratorenausden
VibrationenamGüterwagen.
Contact: M. Eng. Michael Koch · Telephone: +49 6151 705 - 633 · michael.koch@lbf.fraunhofer.de
Needs-based maintenance of freight cars.
BedarfsgerechteInstand- haltungvonGüterwagen.
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E N E R G I E A U TA R K E S E N S O R S Y S T E M E Z U R Z U S TA N D S Ü B E RWA C H U N G
E N E R G Y S E L F - S U F I C I E N T S E N S O R S F O R C O N D I T I O N M O N I T O R I N G
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 67
followingamoreneeds-basedmaintenancestrategybrings
excellenteconomicadvantagesfortheECMandequallyfor
freightcarowners,dispatchersandusers.
DadasSchwingungsverhaltenderVibrationsquellejedochvon
denBetriebseigenschaften(Fahrgeschwindigkeit,Beladung,
Streckenabschnitt,etc.)abhängt,wurdendieGeneratorenzu-
sammenmiteinemGeneratorherstelleranwendungsspezifisch
ausgelegt.
AnhandeinesdurchdasFraunhoferLBFentwickelten
SoftwaretoolshatderHerstellerjetztdieMöglichkeit,seine
GeneratorenmitHilfevonSimulationsmodellenzuparametrie-
renunddieverfügbareEnergieamentsprechendenEinsatzort
abzuschätzen.
Customer Benefits Energyself-sufficientsensorswhichcan
beretrofittedwithoutanymajoroutlay,identifywearon
systemcomponentsandenableactualmileageandloadstobe
recorded.TheFraunhoferLBFofferscompaniestheoptionto
develop,testandtrialsensorsforuseindifferentindustries.
SummaryTraditionally,themaintenanceoffreightcarsis
carriedoutatregularmaintenanceintervalsorreactivelyby
theEntityinChargeofMaintenance–ECM.Inthiscase,the
actualconditionofthecarisnotdiscoveredbytheworkshop
staffuntilitisintheworkshops.Thisdoesnotsatisfythe
legitimateneedformaintenance.Improvingthissituationby
Prototyp eines energieautarken Sensors instrumentiert an einem Vibrationsshaker im Labor.Prototype of an energy self-sufficient sensor instrumented on a vibration shaker in the laboratory.
Softwaretool zur anwendungsnahen Parametrierung von Generatoren.Software tool for application-oriented parameterization of generators.
FE-Modell eines piezoelektrischen Generators zur Energie-gewinnung aus den Vibrationen am Güterwagen. FE model of a piezoelectric generator for producing energy from the vibrations on the freight car.
Martin Ernst, Senior Project Manager, BASF SE, Rail and Site Services
„MitzuverlässigerenergieautarkerSensorikließesichdasInstandhaltungs-programmunsererGüterwagenflottestärkeramtatsächlichentechnischenZustanddesFahrzeugsausrichten. GeradederEinsatzvonKesselwagenmitehergeringenLaufleistungenwirddadurchwirtschaftlicher−beigleichbleibendhohemSicherheitsniveauderEisenbahn.” “Withreliableandenergy-autonomoussensorswecouldalignthemaintenanceprogrammeofourfleet.Operationofrailtankcarsusuallyresultsinlowmileage.Thereforbenefitsincostssavingscanbeexpectedifmaintenanceorientsontheactualtechnicalconditionofawagonandsimultaneouslykeepsthehighsafetylevelofraillogistics.“
68 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Moderne Windenergieanlagen sind mit einer Vielzahl von
Sensoren ausgestattet, die den Zustand einer Anlage ins-
besondere im Bereich von Antriebsstrang und Generator
erfassen. Während sich kommerziell verfügbare Messsys-
teme hierfür etabliert haben, stellt die Überwachung von
Turm, Fundament und Rotorblättern den Betreiber vor
Herausforderungen. Gleichzeitig erfordert der verstärkte
Ausbau der Windenergie hierfür zuverlässige, kostenwirk-
same Lösungen.
Überwachung des Turms einer Windenergieanlage
IndemvomLandHessengefördertenProjektANÜBeShaben
sichWissenschaftlerdesFraunhoferLBFgemeinsammitder
SWIFTGesellschaftfürMesswerterfassungssystemembHder
HerausforderungderschwingungstechnischenÜberwachung
großerBauwerkeangenommen.Zielwares,mitHilfedes
SensornetzwerkeswiederholtundautonommodaleParameter
zuermitteln.DiesesollenspäteralsEingangsgrößenfür
MethodenderStrukturüberwachungherangezogenwerden.
UmdasentwickelteSystemauchfüreinennachträglichen
Einbauinteressantzumachen,sollteeindezentralerAufbau
denVerkabelungsaufwandwesentlichverringern.
Als„Versuchsobjekt“dientederTurmeinerWindenergieanlage
miteinerNennleistungvonzweiMegawattimnahegelegenen
Odenwald.HieranwurdeeinSystemfürdieautonomeLang-
zeitdatenerfassungund-analyseentwickeltundumgesetzt.Eine
BesonderheitdesSystemsist,dassderZustandderStrukturnur
aufGrundlagederdurchWindanregungundBetrieberregten
Schwingungenbestimmtwird,d.h.esistkeinekünstliche
Anregungerforderlich.
DasimProjektANÜBeSentwickelteNetzwerkbestehtausfünf
intelligentenSensorknoten,dieverteiltüberdieTurmhöheauf
verschiedenenPositioneninstalliertwurden.JederSensorknoten
erfasstdabeiüberzweiinterneundeinenexternenSensor
BeschleunigungenamUmfangdesTurms.DieMessdaten
werdenaufdemSensorknotenvorverarbeitetundübereine
Bus-Struktur–unddahermitsehrgeringemVerkabelungsauf-
wand–kommuniziert.DieSchwingungendesTurmswerden
hinsichtlichEigenfrequenzen,vorallemaberderEigenschwing-
formen,ausgewertet.AnschließendwerdendieerfasstenDaten
mitUmwelt-undProzessparameternausderAnlagensteuerung
verknüpftundeswerdeninZehn-Minuten-Abständendie
genanntenmodalenParametermitMethodenderOperational
ModelAnalysisgeschätzt.DieseDatenbildendieGrundlagefür
dieDetektionvonAnomalitätenwiez.B.SchädenamTurm.
Customer BenefitsIncooperationwithSWIFTGmbH,the
FraunhoferLBFoffersintelligentsensornetworksasmeasuring
Smart sensor network for monitoring large structures.
SmartesSensornetzwerkzur ÜberwachunggroßerBauwerke.
A U T O N O M E L A N G Z E I T D AT E N E R FA S S U N G U N D - A N A LY S E
S TA N D - A L O N E L O N G - T E R M D ATA A C Q U I S I T I O N A N D A N A LY S I S
Contact: Thomas Siebel · Telephone: +49 6151 705 - 8288 · thomas.siebel@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 69
andcontinuouslybyevaluatingthevibrationsarisingduring
operation,e.g.causedbywind.
hardwarefordeterminingthevibrationcharacteristicsoflarge
structures.Ownersandoperatorsofstructures,suchaswind
turbines,bridgesandindustrialfacilities,thushaveanauto-
nomousmeansofrecordingtheirconditionduringoperation
atshortandregularintervals.Inthiscase,onlyvibrationsthat
existduringoperationareevaluatedandnoartificialexcitation
isrequired.Thesensornetworkcanbeadaptedflexiblyto
differentstructuresandisalsosuitableforretrofitting.
SummaryAspartoftheANÜBeSproject–AutonomesNetz-
werkzurÜberwachungvonBelastungundSchwingverhalten
[AutonomousNetworkforMonitoringLoadsandVibration
Behavior]–asensornetworkwasdevelopedforautonomously
monitoringtheconditionoflargestructures.Thesensor
networkdevelopedincooperationwithSWIFTGmbHrecords
vibrationsatdifferentpositionsdistributedoverastructure.The
modalparameters,basedonwhichthestructure’sconditionis
assessed,areextractedatacentralunit.
Recordingthedataforoperationalmodalanalysesusually
requiresconsiderabletimeandexpenseandcanonlybecarried
outbyqualifiedstaff.Bycomparison,thesensornetwork
developedcanbeinstalledpermanentlywithaminimumof
effort.Thestructurecanalsobemonitoredautonomously
Renate Dickler-Schütz, GeschäftsführerinSWIFT GmbH, Reinheim
„DankderengenundkonstruktivenZu-sammenarbeitenmitdemFraunhoferLBFhabenwirunserProduktportfolioumeinimMarkteinzigartigesSystemzurSchwin-gungsuntersuchungerweiternkönnen.WesentlichwardabeidieumfangreichewissenschaftlicheUnterstützungdurchdasFraunhoferLBF.OhnedieseundohnediefinanzielleFörderungdurchdasLandHessenwäreeineRealisierungkaummöglichgewesen.“
“ThankstothecloseandconstructivecooperationwiththeFraunhoferLBF,wehaveexpandedourproductportfoliowithauniquesystemforvibrationanalysis.MostimportantbasiswastheextensivescientificsupportbyFraunhoferLBF.ThesuccessfulimplementationwouldnothavebeenpossiblewithoutthissupportaswellasthefinancialassistancefromthestateofHessenforasmallandmedium-sizedcompanylikeSWIFT.“
Smartes Sensornetzwerk.Smart sensor network.
Sensornetzwerk und Berechnung modaler Parameter.Sensor network in use on a wind turbine (left) and calculation of modal parameters (right).
70 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Neue technische Systeme, wie beispielsweise HV-Batterie-
systeme, zeichnen sich durch eine stetig zunehmende
Komplexität aus. Um die aussagekräftige Prüfung von
Funktion, Lebensdauer und Zuverlässigkeit solcher Systeme
sicherzustellen, müssen neue Prüfstände diesen komple-
xen Anforderungen genügen. Nach drei Jahren Planung,
Bau und Einrichtung mit Mess- und Prüfaufbauten konnte
jetzt das neue Gebäude für dynamische Prüfung im Zent-
rum für Systemzuverlässigkeit in Darmstadt in Betrieb ge-
nommen werden. In diesem Gebäude können ab 2015
auch HV-Batterieprüfungen durchgeführt werden. Das
Fraunhofer LBF hat insgesamt drei Mio. Euro investiert und
einen einzigartigen Prüfstand aufgestellt.
Leistungsstarker Prüfstand
DasFraunhoferLBFhatsichbeiderWahldesPrüfstandesfür
einenSchwingtischderFa.Moogmit6-DOFentschieden,mit
demesmöglichist,eineLastvonbiszu1Tonneundeinermaxi-
malenFrequenzvon200Hzzutesten(bei600kgu.150Hz/
300kgu.200Hz).ErgänztwirddieserMulti Achsiale
SchwingTisch(MAST)durcheinegroßeKlimakammerderFa.
WeißmiteinemTemperaturbereichvon-40°Cbis+80°Cund
Temperaturgradientenvon4K/min(Aufheizenu.Abkühlen).
DieMaßederKlimakammerbetragen4,4x4x3,5m³BxTxH.
DarinkönnenaußerHV-BatterienauchanderegroßeKompo-
nentenundSystememechanischundunterUmweltbelastungen
getestetwerden.VervollständigtwirddieserPrüfstanddurch
einenleistungsstarkenBatterietesterBTderFa.Kratzer.Mitden
Leistungsdatenvon±800Aund800VbeieinerI/U-Anstiegs-
zeitvon<=0,5msistdasFraunhoferLBFauchfürdiePrüfung
zukünftigerHV-Batterienüber400Vbestensausgerüstet.Ins-
besonderedasZusammen-undWechselspielderverschiedenen
produktabhängigentechnischenDomänen–z.B.Mechanik,
Elektrik,Software,Fluid-undThermodynamik–stelltsomitdie
EntwicklungsingenieureimSinnederSystembewertungvor
großeHerausforderungen.EinenSchwerpunktderAktivitäten
imneuenZentrumfürSystemzuverlässigkeitZSZ-ewirddeshalb
diemulti-disziplinäreAnalyseundOptimierungvonkomplexen
Systemendarstellen.
AuchbeidenentwicklungsbegleitendenHardware-Prüfungenist
dermulti-disziplinäreAnalyseansatzvonbesondererWichtigkeit.
NurdurchdieAufstellungundRealisierungganzheitlicher
PrüfprogrammekanndiezubewertendeKomplexitätversuchs-
technischerfasstwerden.DieEntwicklungeinerMethodezur
Bewertungvongleichzeitigwirkendenmechanischen,elektri-
schen,thermischenundUmweltbelastungenisteinbesonderer
Schwerpunkt–jeweilsabgestimmtaufdaszuprüfendeSystem
Contact: Dr. Chalid el Dsoki · Telephone: +49 6151 705 - 8490 · chalid.el.dsoki@lbf.fraunhofer.de
Tests on HV batteries.
PrüfungenvonHV-Batterien.
F U N K T I O N , L E B E N S D A U E R , Z U V E R L Ä S S I G K E I T
F U N C T I O N , L I F E T I M E , R E L I A B I L I T Y
Leistungsstark: der neue Batterie- prüfstand im Fraunhofer LBF.High-powered: the new battery test bench in the Fraunhofer LBF.
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 71
SummaryThesafetyandreliabilityofelectricvehiclescarries
thesameweightintermsofcustomeracceptanceascomfort
andpricefactors.TheFraunhoferLBFisthereforeworkinghand
inhandwithindustrialandresearchpartnersonthedevelop-
mentofdesignandtestingmethodsforelectricvehicles.From
componenttowholesystem.Thenewbuildingfordynamic
testinghasbeencompletedattheFraunhoferLBFaspartofthe
overallproject“CenterforSystemReliabilityZSZ-e”.HVbattery
testswillbeperformedinthisbuildingasof2015.Together
theCenterforSystemReliabilityandthebatterytestbench
createasoundbasisforadvancing“reliableelectromobility”by
employingcustomizedR&Dservices.
insbesonderefürHV-Speicher.DasZSZ-ewirdzurEntwicklung
geeigneterPrüfprozedurenauchunterderErmittlungrepräsen-
tativerLastkollektivediegezielteVerbindungvonNumerikund
ExperimentzurRealisierungeffizienterFunktions-undZuverläs-
sigkeitsprüfungen,vereinfachterPrüfungenundPrüfrichtlinien
ableiten.EinenFokuswirddaherdieganzheitlichePrüfungder
BetriebsfestigkeitundSystemzuverlässigkeitvonBatteriesystemen
fürElektrofahrzeugedarstellen.
Customer BenefitsTheFraunhoferLBFoffersitscustomers
andpartnersawiderangeofattractiveskillsandservicesper-
tainingto“Safetyandreliabilityofelectricvehicles”,including
•Determinationandanalysisofloaddata
•Designbasedonstructuralmechanicsand
operationalstability
•Safetyandreliabilityassessmentbymeansof
ASILandFMEAand
•Functionalandfatiguelifetestingofcomponents
andsystems.
Infuture,safetyandreliabilityissuesinparticularwillbe
addressedinthe“CenterforSystemReliabilitywithFocus
onElectromobilityZSZ-e”.Fromthenon,inadditionto
addressingmanyothertopics,itwillbepossibletocarryout
operationalstabilityandreliabilitytestingofbatterysystems.
Wissenschaftler des Fraunhofer LBF haben ein 10 kWh Batteriesystem mit eigensicheren LFP-Zellen sowie integriertem Batterie-Manage-mentsystem entwickelt und aufgebaut. Es dient unter anderem für die Inbetriebnahme des neuen Batterietesters in Darmstadt. Scientists of the Fraunhofer LBF have developed and constructed a 10 kWh battery system with intrinsically safe LFP cells and an integrated battery management system. Among other things, it will be used for commissioning the new battery tester in Darmstadt.
72 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Nach erfolgreicher Ausrüstung der Fraunhofer LBF-For-
schungsflotte am Zentrum für Systemzuverlässigkeit zum
Januar 2014 konnten im März weitere Fahrzeuge in die
Testphase integriert werden. Neben Smarts (Elektro,
Benziner) und einem Nissan Leaf werden für festgelegte
Referenzstrecken und dynamische Testrouten zwei
BMW i3 (1x elektrisch, 1x mit Range Extender) und vor
allem ein Tesla Model S intensiv eingesetzt.
Elektromobilität im Einsatz
DenbeeindruckendenVerbrauchswertennachAngaben
desNeuenEuropäischenFahrzyklusNEFZstehenauchbei
E-FahrzeugenteilweiseernüchterndeZahlendererfahrenen
Realitätgegenüber.DasFraunhoferLBFhatandiesemPunkt
angesetztundbasierendaufStatistikenzuFahrstrecken
aufAutobahnensowieimInnerorts-undAußerortsverkehr
sowieaufBasiseigenerErhebungeneineknapp80kmlange
ReferenzstreckedurchDarmstadtundUmgebungentwickelt,die
einetypischeFahrzeugnutzunginBallungsräumenbeschreibt.
GegenüberstatistischenDurchschnittswertenwurdediese
ReferenzstreckebewusstinRichtunggrößererFahrstreckenanteile
innerortsverschobensowiedieinMetropolregionenvorhandene
guteAnbindunganBundesautobahnenberücksichtigt.
Typische Referenzstrecke
UmtypischeEnergieverbräuche,TemperaturverläufeinE-Motor
undBatteriesystemundzugleichWirkungsgradezuerfassen,
wurdenStreckenparameterwieVerbindungsfunktionsstufen,
Höhenprofilund-differenz,StreckenanteilimMischverkehrsowie
HäufigkeitvonKreisbogenfahrtenabgebildet,umdieBeschleuni-
gungswerteundbelastungsseitigwechselndeTraktionsmomente
anspruchsvollzugestalten.
ZurAufnahme,VerarbeitungundAuswertungderMessdaten
sinddieFahrzeugemitindividuellen,zueinemgroßenTeilin
EigenentwicklungentstandenenMesssystemen,ausgerüstet,
diedemwissenschaftlichenFokusdesjeweiligenFahrzeugs
gerechtwerden.NebenderDurchführungvonBewertungenzur
WärmeentwicklunginPermanentmagnetenderElektromotoren
imFraunhofer-LeitprojektKritikalität seltener Erden,werden
UntersuchungenzuBatteriesystemundNutzerverhaltenim
RahmenderForschungsprojekteWell2Battery2Wheel und
Well2Wheeldurchgeführt.LetzteresdurchleuchtetdenEinsatz
vonElektrofahrzeugenalsmobileZwischenspeicherfürelektri-
scheEnergieimVerteilnetz,umhiermöglichePotentialefürNut-
zerundEnergieversorgerherauszustellen.Well2Battery2Wheel
hingegenbetrachtetdieIntegrationderElektrofahrzeugeins
SmartGridausgehendvonderBatterie.Wiesehentypische
Contact: Christian Debes · Telephone: +49 6151 705 - 8382 · christian.debes@lbf.fraunhofer.de
Electromobility on the right track.
Elektromobilitätauf demrichtigenWeg.
F R A U N H O F E R L B F F O R S C H U N G S F L O T T E U N T E R W E G S A U F R E F E R E N Z S T R E C K E N
F R A U N H O F E R L B F R E S E A R C H F L E E T O N T H E W A Y O N R E F E R E N C E R O U T E S
Datenerfassung und Anzeige im Nissan Leaf.Data acquisition and display in the Nissan Leaf.
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 73
developmentandoptimizationintheelectromobilitysector.
Afast-chargingstationwasaddedtothecharginginfrastruc-
tureintheFraunhoferLBFtomakethesemileagespossible.
SummaryAdditionsweremadetotheFraunhoferLBFresearch
fleetwithfurtherelectricvehiclesofsegmentsAtoDwhich
wereequippedwithmeasuringsystemstorepresentthe
completerangeandtotakeintoaccountamaximumnumber
ofusecases.Integratedinvariousdevelopmentprojects,the
focusamongtheelectricvehiclesisontemperaturecurvesin
theengine,electricloadsonthebatteryanduserbehavior.The
optionoffastrechargingforeveryvehiclemeantthatitwas
possibletodrivemanykilometersandobtaininterestingresults.
Lade-undEntladezyklenaus,undwelcheindividuellenEinflüsse
aufdieBatteriesindz.B.vonUmfeldundNutzererkennbar?Mit
denerfasstenDegradationserscheinungenwerdenAussagenzur
LebensdauerdesEnergiespeichersgetroffenundPurpose-Design-
Grundsätzeabgeleitet.
Customer Benefi tsDuringthenecessaryascertainment
ofmechanical,thermalandelectricalloadsonthebattery
system,theNissanLeafalonewasdrivenaround2,000kmon
referenceroutesinJuly2014.Thefrontrunneroftheresearch
fleetwastheTeslawhichtraveledover2,500kminAugust,
includingbusinesstripsandtripstoandfromtheworkplace.
Scientificassessmentsbasedonthisenabletargeted
Typische Routenabschnitte der Fraunhofer LBF-Referenzstrecke: innerorts (links) und auf der Landstraße (rechts).Typical route sections of the Fraunhofer LBF reference route: in town (left) and on rural roads (right).
Fahrleistungen der Fraunhofer LBF-Forschungsfl otte 2014.Mileages of the Fraunhofer LBF research fl eet 2014.
74 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Dynamische Systeme werden hinsichtlich Schwingungs-
verhalten und Lastamplituden wesentlich durch das kom-
plexe Übertragungsverhalten der Elastomerlager beein-
flusst. In der Simulation stehen hierfür je nach
Simulationsziel und verfügbarer Datenbasis Elastomerla-
germodelle unterschiedlicher Detailierungsgrade zur Ver-
fügung. Am Fraunhofer LBF wurde ein Modell für Elasto-
merlager zum Einsatz in dynamischen Mehrkörpersystemen
entwickelt, welches über den Stand der Technik hinausge-
hend, mehraxiale Koppeleffekte berücksichtigt.
Koppeleffekte in Elastomerlagern
Elastomereweiseneinnichtlinearesvisko-elastischesMaterial-
verhaltenauf.ZurmathematischenBeschreibungkönnenFeder-
undDämpferelementejenacherforderlicherSimulationsgüte
undverfügbarerParameterkombiniertwerden.InersterNähe-
rungkanneinKelvin-Voigt-Modell–eineparalleleSchaltung
jeeinerwegabhängigenundgeschwindigkeitsabhängigen
KraftformulierunginlinearerForm–ausreichendsein.Üblichfür
diewegabhängigeKraftformulierungistjedocheinenichtlineare
Beschreibung.DurchAbbildungeinerderSteifigkeitskennlinie
überlagertenHysteresewirddarüberhinauseineweitaus
höhereSimulationsgüteerzielt.DasKelvin-Voigt-Modellhat
einebeschränkteGültigkeitaufeinenArbeitspunktbzw.einen
sehrschmalenFrequenzbereich.DurchdieKombinationmit
anderenElementen(z.B.Maxwell-Elemente)kanndieErwei-
terungaufeinenbreitenFrequenzbereicherzieltwerden.Das
amFraunhoferLBFentwickelteElastomerlagermodellumfasst
Modellansätzefürdieweg-undgeschwindigkeitsabhängigen
TermeentsprechenddemskizziertenStandderTechnik.Mit
dieserModellierungkannbereitseinehoheErgebnisgüte
erreichtwerden.DerzeitigwerdeninderProduktentwicklung
imWesentlichenLagermodellemitvollständigentkoppelter
AbbildungdersechsBewegungsfreiheitsgradeeingesetzt.
ExperimentelleUntersuchungenamFraunhoferLBFhaben
gezeigt,dassdasÜbertragungsverhaltenvonElastomerlagern
ineinerBelastungsrichtungdeutlichvariierenkann,sofern
mindestensineinerweiterenRichtungzeitsynchroneine
signifikanteBelastungauftritt.Dieskannbeispielsweiseder
Fallsein,wennstatischeVorlastenvariierenoderBetriebslasten
nichtdominantausgeprägtineinerderLagerachsenauftreten.
AufbauendaufdiesenErkenntnissenwurdedasSimulati-
Contact: Riccardo Möller · Telephone: +49 6151 705 - 408 · riccardo.moeller@lbf.fraunhofer.de
Multi-axial elastomeric bearing model for dynamic multi-body simulations.
MultiaxialesElastomerlager- modellfürdynamische Mehrkörpersimulationen.
A N W E N D U N G S FA L L F Ü R E L A S T O M E R L A G E R M O D E L L E
A P P L I C AT I O N C A S E O F E L A S T O M E R I C B E A R I N G M O D E L L
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 75
whichareintendedtoreflecttheirbehavioroptimally,areused
inthenumericaldesignandvalidationprocessofthesesystems.
Amodelofelastomericbearingsfordynamicmulti-body
simulationwasdevelopedatFraunhoferLBF,inordertosupport
thisdesignandvalidationprocess.Itwasdeducedfromthe
experimentalinvestigations,thatcouplingeffectsoccurbet-
weentheindividualdegreesoffreedominelastomericbearings
undermulti-axialstress.Thefunctionalityoftheelastomeric
bearingmodeldevelopedatFraunhoferLBFwasextended
byincludingthosecouplingeffects.Thisallowsachievinga
significantincreaseintheresultqualityinthesimulation.
onsmodellfürElastomerlageramFraunhoferLBFumdieaus
experimentellenUntersuchungenabgeleitetenKoppelterme
erweitert.BesondersausgeprägtkonntendabeiKoppeleffekte
fürdiewegabhängigenKraftanteileidentifiziertwerden.Die
ErweiterungdesSimulationsmodellsgehteinhermitderAnpas-
sungderBauteilcharakterisierungsowiederParametrierung,da
dieKoppeleffektederFreiheitsgrademiteinementsprechenden
PrüfaufbaumesstechnischerfasstundindenParametern
verarbeitetwerdenmüssen.
Customer BenefitsUsingthemulti-axialelastomericbearing
modelindynamicmulti-bodysimulationoffersadvantagesfor
systems,whoseelastomericbearingsarestressedmulti-axially
andsynchronously.Thebearingmodelcanbeusedtoachieve
asignificantimprovementinthequalityofresults.Furthermore,
integratingallthesixdegreesoffreedomofanelastomeric
bearinginoneelementresultsinsimplifieddatahandlingand
reductionofthemodelingoutlay.
SummaryElastomericbearingsareimportantpartsofmany
technicalsystems.Simulationmodelsofelastomericbearings,
Beispiel eines Fahrwerklagers.Sample of suspension mount.
Bauteilkennlinien (Hauptlastrichtung) unter multiaxialer Belastung.Bearing characteristic (main loading direction) under multi-axial loading.
Vergleich der gemessenen und simulierten Kraftverläufe im Elastomerlager unter multiaxialer Belastung. Comparison of measured and simulated force in elastomeric bearing under multi-axial loading.
„ Mit experimentellen Charak-terisierungen parametrieren wir multiaxiale Elastomer-lagermodelle für die MKS mit hoher Simulationsgüte.“
RiccardoMöller,FraunhoferLBF
76 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
In der Automobilindustrie hat das Thema Verkabelungen
in der Produktentstehung einen hohen Stellenwert. Zur
Simulation des Verlegeprozesses von Kabeln und Lei-
tungssätzen sind Zug-, Torsions- und Biegesteifigkeiten
relevante Parameter. Diese Werte können durch Experi-
mente an jedem Kabel und an jedem Querschnitt eines
Kabelbaumsegments bestimmt werden. Durch die große
Anzahl notwendiger Versuche wird dieses Vorgehen bei
Kabelbaumsegmenten nicht mehr wirtschaftlich tragbar
und praktisch kaum umsetzbar. Daher wurde gemeinsam
mit der Daimler AG ein numerisches Konzept zur Bestim-
mung der Steifigkeitswerte entwickelt, dass zunächst für
ein- und mehradrige Kabel umgesetzt wurde und zukünf-
tig für Kabelbaumsegmente im Rahmen des ITEA3-
Projekts „Idealism“ erweitert wird.
Numerische und experimentelle Ermittlung von
Kabelsteifigkeiten
DafürdieBerechnungderSteifigkeitvonKabelnverschiedene
EffektewiePlastizität,großeVerformungen,Kontakteund
nichtlinearesMaterialverhalteneineRollespielen,istdieVer-
wendungeinesFEM-Toolssinnvoll.BeiderFEM-Modellierung
derKabelwurdebesondererWertaufdieFlexibilitätund
ParametrisierbarkeitderGeometrieunddieUnterstützung
vonverseiltenundverdrilltenKabeladerngelegt.Weiterhin
wurdedieModellierungundAnalyseineinenautomatisierten
Prozesseingebettet,umohneweitereEingriffeeinesBedieners
reproduzierbarSteifigkeitswertezuerzeugen.IndieFEM-Um-
gebungAnsyseingebundenePython,JScriptsundXMLSkripte
ermöglichendieeinfacheundautomatischeBerechnungeiner
hohenAnzahlverschiedenerKabel.
DieberechnetenSteifigkeitensindabhängigvondenGeome-
trie-undMaterialeigenschaften.DadiesegroßenToleranzen
unterliegen,müsseninausführlichenUntersuchungendie
sensibelstenParameterermitteltwerden.MitdiesemWissen
lassensichdanndieunterenundoberenGrenzwertefürdie
Steifigkeiteneinfachberechnen.
FürdiemechanischePrüfungvonKabelnsindkeineMessvor-
schriftenoderstandardisierteMethodenbekannt,daherwur-
deeinneuesVorgehendefiniert,welchesdieexperimentellen
undnumerischenBelangeberücksichtigt.FürdenAbgleichder
numerischenSimulationenwurdenumfassendeexperimentelle
UntersuchungenzurBestimmungvonKabelsteifigkeiten
durchgeführt.SomitkonntenZug-,Biegung-undTorsions-
steifigkeitenbeliebigermehradrigerKabelexperimentellund
numerischermitteltwerden.DieserProzesssollinZukunftauf
ganzeKabelbaumsegmenteerweitertwerden.
Contact: Heiko Atzrodt · Telephone: +49 6151 705 - 349 · heiko.atzrodt@lbf.fraunhofer.de
Laying simulation for multi-core cables.
MehradrigeKabelin derVerlegesimulation.
B E S T I M M U N G D E R S T E I F I G K E I T E N
D E T E R M I N I N G T H E S T I F F N E S S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 77
Customer Benefi tsTheFraunhoferLBFhasamassedskillsin
themodelingandmeasurementofmulti-corecables.Using
thisexpertise,itispossibletodeterminetheinputparameters
forlayingsimulationsofmulti-corecablesbothnumerically
andexperimentally.Automationofthiscomplexcalculation
taskhasalsobeensuccessfullyachieved,makingitpossibleto
useitevenwithoutknowledgeofFEM.Thisprocesscanbe
transferredtoawiderangeofmechanicalsystems.
SummaryThestiffnessesofcablesandcableharnesssections
arerequiredtosimulatethelayingofcablesandcableharness.
TheFraunhoferLBFjointlywithDaimlerAGhasdeveloped
experimentalandnumericalmethodsforthedetermination
ofmulti-corecables.Inthiscasethemodelingandanalysis
proceduresupportsstrandedandtwistedcablecoreswith
friction-afflictedinternalcontacts,largedeformationsand
plasticallydeformablecomponents.Theresultsforsingle
andmulti-corecableswerecomparedwithresultsfromthe
experimentalinvestigations.Themethodsdevelopedwillbe
extendedtocableharnesssegmentsastheworkcontinues.
Experimentelle Ermittlung der Steifi gkeit über das Kraft-Weg Diagramm. Experimental determination of the stiffness using the load-displacement diagram.
Simulationsmodell eines mehradrigen Kabels.Simulation model of a multi-core cable.
Guenter Schmidgall, Production oriented Product validation, Daimler AG
„DurchdieZusammenarbeitmitdemFraunhoferLBFkonntedieDaimlerAGneuesWissenundErkenntnisseüberdiemechanischenEigenschaftenvonKabelnerlangen.DasFraunhoferLBFhatdabeidienotwendigenKompetenzenimexperimentellenundnumerischenBereicheingebracht.“
“AsaresultofthecooperationwiththeFraunhoferLBF,DaimlerAGobtainednewknowledgeandunderstandingofthemechanicalpropertiesofcables.Inthiscase,theFraunhoferLBFcontributedthenecessaryskillsintheexperimentalandnumericalfield.“
78 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Unsicherheit tritt auf, wenn Produkt- oder Prozesseigen-
schaften eines Systems nicht oder nur eingeschränkt de-
terminiert werden können. Wie kann Unsicherheit in zeit-
lich veränderlichen, lasttragenden Systemen beschrieben
werden? Wie kann Unsicherheit in passiven und aktiven
Systemen verglichen und bewertet werden? Kann Unsi-
cherheit durch aktive Systeme erfolgreicher beherrscht
werden als in passiven Systemen? Mit diesen Fragen be-
schäftigt sich u. a. der von der Deutschen Forschungsge-
meinschaft DFG geförderte Sonderforschungsbereich SFB
805 „Beherrschung von Unsicherheit in lasttragenden Sys-
temen des Maschinenbaus“.
Bewertung von Unsicherheit in passiven und aktiven
Systemen
JedesProduktdesMaschinenbausdurchläuftwährendseines
ProduktlebenslaufsverschiedenePhaseninderEntwicklung,
ProduktionundNutzung.InderEntwicklungreichendiePhasen
vonderIdeebishinzumEntwurfundderKonstruktion.Inder
ProduktionreichensievonderWerkstoff-biszurBauteilher-
stellungundinderNutzungvondererstenInbetriebnahme
biszumEndederBetriebsdauer.InProzessenallerPhasentritt
Unsicherheitauf,diemaßgeblichdieProdukt-undProzess-
eigenschaftenbeeinflusst.ImRahmendesSFB805werden
Methodenentwickelt,diezumeinenlebensphasenübergreifend
Unsicherheitbeschreibenundbewertenundzumanderen
Unsicherheitu.a.durchdenEinsatzaktiverTechnologien
beherrschen.DieseFragestellungenwerdenvoneineminterdis-
ziplinärenTeamausMathematikernundIngenieurenbearbeitet.
DieHäufigkeitsichausprägenderProdukt-undProzesseigen-
schaftenkanninVerteilungsdichtefunktionen,dieausderZu-
verlässigkeitstechnikbekanntsind,dargestelltwerden(Abb.1).
UnsicherheitinlasttragendenSystemenmachtsichz.B.als
StreuunginderHäufigkeitvonBelastungundBelastbarkeitum
dieErwartungswertederBelastungNBundBelastbarkeitNG,W
bemerkbar.EinZielistes,durchaktiveTechnologienz.B.die
BelastbarkeitNAaktivzuerhöhenunddamitdenEinsatzbereich
bzw.SicherheitsbeiwertSzuerweiternundeinVersagenim
BereichsichüberschneidenderVerteilungsdichtefunktionenzu
verhindern.
Control of uncertainty in active load-bearing systems.
BeherrschungvonUnsicherheitinaktivenlasttragendenSystemen.
M E T H O D E N U N D T E C H N O L O G I E N
M E T H O D S A N D T E C H N O L O G I E S
Contact: Georg Enß · Telephone: +49 6151 705 - 8249 · georg.enss@lbf.fraunhofer.deDr. Roland Platz · Telephone: +49 6151 705 - 288 · roland.platz@lbf.fraunhofer.de
SummaryTheCollaborativeResearchCentreSFB805“Control
ofUncertaintyinLoad-CarryingSystemsinMechanicalEnginee-
ring“ispubliclyfundedbytheGermanResearchFoundation
DFGsince2009.ThegroupSystemReliabilityandMachine
AcousticsSzMatTUDarmstadtisparticipatingwiththree
subprojects.Amongothers,theydealwiththecomparison
ofpassiveandactivesystemsforvibrationattenuation,load
distributionandbucklingcontrol.Controlofuncertaintyin
thesefieldsisachievedby,first,descriptionandevaluation
ofuncertaintyand,second,solutionstocontroluncertainty,
e.g.bymeansofactivesystems.Thedevelopedmethodsand
technologiesaretestednumericallyandexperimentally.
DieserZusammenhangwirdu.a.amBeispielderaktivenSta-
bilisierunggegenKnickeneineraxialbelastetenBalkenstruktur
aneinemdafürentwickeltenPrüfstanddemonstriert(Abb.2).
ExperimentellkannamPrüfstanddieErhöhungderertragbaren
Axiallastum40%oberhalbderkritischenKnicklastfüreinen
geregeltenflachenBalkenreproduzierbarnachgewiesen
werden.DarüberhinauszeigtdasBeispiel,dassdieStreuung
derertragbarenLastimaktivenSystemca.umdenFaktor4
kleineristalsimvergleichbarenpassivenSystem.DerVergleich
despassivenmitdemaktivenSystemzeigt,dassdasaktive
SystemsowohleinenerweitertenEinsatzbereichalsaucheine
Beherrschungbzw.ReduktionderUnsicherheitliefert.
Customer BenefitsThedevelopedmethodologyenables
theanalysisandcomparisonofuncertaintyinpassiveand
activeload-bearingsystems.Byevaluatinguncertaintyduring
thedevelopmentprocess,uncertaintymaybecontrolled
duringoperationofdynamicstructurese.g.bymeansof
activesystems.
Vergleich der Verteilungsdichtefunktion der Belastung sowie Belastbarkeit eines passiven und aktiven lasttragenden Systems.Comparison of frequency distribution density of loading as well as load capacity of a passive and active load-bearing system.
Prüfstand (Tischaufbau) zur Beherrschung von Unsicherheit in der aktiven Stabilisierung gegen Knicken. Test rig to control uncertainty with active buckling control.
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 79
www.sfb805.tu-darmstadt.de
80 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 81
Polymertechnik mitSystem.SystematicPolymerTechnology.
Umweltfreundliche, kratzfeste Lacke.
Eco-friendly scratch resistant coatings.
82
Schnelle Bestimmung des Phasenverhaltens von Polymermischungen.
Rapid determination of phase behavior of polymer mixtures.
84
Emissionsreduzierte Kunststoffcompounds.
Low emission plastic materials.
86
Schwingfestigkeitsversuche und Material charakterisierung an Elastomeren.
Cyclic fatigue testing and material characterization of elastomers.
88
82 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Beschichtungen für Hölzer und Kunststoffe sind in unse-
rem Leben allgegenwärtig. Das Design, die Funktion und
die Lebensdauer von Produkten werden schon durch einen
dünnen Lackfilm maßgeblich positiv beeinflusst. Kommer-
ziell erhältliche Lacksysteme enthalten oftmals einen An-
teil gesundheitlich bedenklicher flüchtiger Komponenten.
Das Fraunhofer LBF erarbeitet daher Lösungsansätze zur
Minimierung gesundheitlicher Risiken bei gleichzeitigem
Erhalt des Eigenschaftsprofils der Lacke.
Maßgeschneiderte Silikapartikel als Füllstoffe in Lacken
MarktüblicheBinderfüremissionsarmeLacke,dievorOrtvom
KundenselbstmiteinfacherTechnikappliziertwerdenkönnen,
sindbeispielsweisewässrigeDispersionenvonPolyurethanparti-
keln.NachdemAnstrichverdunstetdasWasserundesverbleibt
dieeigentlicheLackschicht.DamitnachdemEintrocknender
DispersioneinhomogenerundgeschlossenerFilmentsteht,muss
dasPolymerweichgenugsein,umbeimoderatenTemperaturen
zusammenzufließen.DieseFilmbildungseigenschaftstehtim
direktenWiderspruchzueinergefordertenKratzfestigkeit.
SystembedingtstelltalsodieVerknüpfungvonumweltfreund-
licherenBindemittelnaufWasserbasismiteinerverbesserten
KratzfestigkeiteinegroßeHerausforderungdar.ErsteFortschritte
werdendurchdasEinbringenvonSilika-Partikelnerzielt.Hierbei
werdenoftmalsinihrerFormundefiniertepyrogeneKieselsäuren
indenLackeingearbeitet,waszwardieKratzfestigkeitverbessert,
jedochmassiveEinbußendesGlanzesundderTransparenzmit
sichbringt.WasserbasierteHolzbeschichtungenmithohem
Silika-AnteilneigenaußerdemzumVergrauen,sodassdieOptik
dernatürlichenHolzmaserunggetrübtwird.Diesevisuellen
NachteilekönnennundurchdieimFraunhoferLBFentwickelten
LackdispersionenaufeinMinimumreduziertwerden.Hierzuwer-
densphärische,oberflächenmodifizierteSilika-Partikelhergestellt
(Abb.2).ZumErhaltderTransparenzwirddiePartikelgrößedabei
unter50nmgehalten,sodassdasLichtbeimDurchstrahlendes
FilmsnichtandemanorganischenMaterialgestreutwird.Die
OberflächewirdzusätzlichmitfunktionellenGruppenversehen,
dieeinechemischeAnbindungandieLackmatrixermöglichen.
AndersalsinherkömmlichenLacken,werdendiePartikel
nichtnachträglichindasSystemeingerührt,sondernwährend
derSynthesederLackdispersiondirektandiePolymerpartikel
kovalentgebunden.DieseMethodestellteinegleichmäßige
Eco-friendly scratch resistant coatings.
Umweltfreundliche, kratzfesteLacke.
S I L I K A M O D I F I Z I E R T E , W Ä S S R I G E P O LY U R E T H A N D I S P E R S I O N
W A T E R - B A S E D P O LY U R E T H A N E D I S P E R S I O N W I T H M O D I F I E D S I L I C A P A R T I C L E S
Contact: Dr. Roland Klein · Telephone: +49 6151 705 - 8611 · roland.klein@lbf.fraunhofer.de
Abb. 1: Visuelle Transparenzprüfung des neuen und umweltfreundlichen LacksFig. 1: Optical transparency check.
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 83
undagglomeratfreieVerteilungdesanorganischenMaterialsim
BindemittelundimverfilmtenLacksicher(Abb.1).Innerhalbder
BeschichtungkönnensoSilika-Gehaltevon20Gew.%unter
ErhaltderTransparenzunddesGlanzeserzieltwerden.Orien-
tierendeUntersuchungenbeidenProjektpartnern(Institutfür
LackeundFarben,ILF,Magdeburg;InstitutfürHolztechnologie,
IHD,Dresden)demonstriereneineverbesserteKratzfestigkeit
gegenüberunmodifiziertenLackdispersionen.
Customer BenefitsBasedontheprojectresults,Fraunhofer
LBFcancreateandmodifydifferentinorganicnanoparticlesas
fillersforaqueouspolyurethanecoating.Thisincreasesscratch
resistancewhileatthesametimepreservingthetransparency
andglossofthefinalcoating.
SummaryPrivateuserssuchasSMEsareincreasinglyaskingfor
environmentallycompatible,water-basedcoatings.Itisobvious
thatavoidingvolatileorganiccompounds(VOC)takespriority.
Oneofthemaindrawbacksoftheaqueouscoatingsystems
currentlyonthemarketistheirpoorscratch-resistance.Silica
particlesareoftenaddedtoincreasethisresistancebuttheyin
Abb. 3: 50 nm Ultramikrotomdünnschnitt einer synthetisierten Beschichtung im Transmissionselektronenmikroskop. Fig. 3: 50 nm ultramicrotom thincut of our synthesized coating under transmission electron microscope.
Abb. 2: Synthese von Silika-Nanopartikeln mit elektronen-mikroskopischer Aufnahme und Größenverteilung.Fig. 2: Synthesis of silica nano particles with electron-microscopical picture and particle size distribution.
turncompromisetheopticalproperties.TheFraunhoferLBFis
thereforedevelopingleadingedgewater-basedpolyurethane
dispersionswithwell-definedmodifiedsilicaparticles.Asaresult
oftheevendistributionandbindingtotheorganicmaterial,the
coatingsexhibithardlyanylossoftransparencyandgloss.
DasIGF-Vorhaben(443ZBG)derForschungsgesellschaft
Kunststoffee.V.(FGK)zumThema„KratzfesteHolz-und
KunststoffbeschichtungenaufderBasisvonsilikamodifizierten,
wässrigenPolyurethandispersionen“wurdeüberdieAiFim
RahmendesProgrammszurFörderungderindustriellenGemein-
schaftsforschungundentwicklung(IGF)vomBundesministerium
fürWirtschaftundEnergieaufgrundeinesBeschlussesdes
DeutschenBundestagesgefördert.FürdieseFörderungsei
gedankt.AuchfürdieUnterstützungderFGKseigedankt.
WeiterhindankenwirdenimprojektbegleitendenAusschuss
vertretenenUnternehmenfürihrefachlicheUnterstützung.
84 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Für die Materialentwicklung mit mehrkomponentigen
Systemen wie Polymermischungen ist häufig die Kenntnis
des Phasenverhaltens in Abhängigkeit von der Temperatur
erforderlich. Hierzu muss eine Vielzahl unterschiedlicher
Mischungen präpariert und für jede dieser Mischungen die
Phasenübergangstemperatur bestimmt werden. Somit ist
die Ermittlung solcher Phasendiagramme sehr aufwändig.
Deshalb initiierte der Reifenhersteller Michelin beim Dutch
Polymer Institute (DPI) ein Projekt, welches die Entwick-
lung einer Hochdurchsatz-Methode zur Bestimmung von
Phasendiagrammen zum Thema hatte. Zunächst ging es
um Gummimischungen, die entwickelte Methode ist je-
doch weit darüber hinaus anwendbar.
Hochdurchsatz-Methode zur Aufnahme von
Phasendiagrammen
IndemForschungsvorhabenwurdevomBereichKunststoffe
desFraunhoferLBFundderUniversitätJenaeineHochdurch-
satzmethodezurschnellenBestimmungdesPhasenverhaltens
vonPolymermischungenentwickelt.DieUniversitätJena
beschäftigtesichmitderProbenpräparationmittelsSynthese-
undPipettierrobotern.AmFraunhoferLBFwurdeeine
Hochdurchsatz-Lichtstreuanlageunddiedazugehörige
Mess-undAuswertesoftwarezurparallelenDetektionder
PhasenübergangstemperatureneinersehrgroßenProbenzahl
entwickelt.AnlageundMessmethodikstehenfürKundenauf-
trägeamLBFzurVerfügung.DieProbenbefindensichineiner
Mikrotiterplattemitbiszu96Näpfchenoderwerdenaufeinem
flachenGlasträgerappliziert.IneinemOfenmitInertgasspülung
könnenauf-undabsteigendeTemperaturrampenmitden
Probengefahrenwerden.PhasenumwandlungenwieMischen
undEntmischenaberauchKristallisationsvorgängewerdensehr
sensitivmittelsKleinwinkellichtstreuungdetektiert.Hierfürsind
indenOfenwändenQuarzglasfenstergegenüberderUnter-und
OberseitederTiterplatteeingelassen.AlsLichtquelledientein
Laser.DasStreumusterwirddurcheinespezielleDetektionsoptik
erfasst.DurchVerfahrenvonLaserundDetektionsoptikwerden
dieNäpfchenderTiterplattekontinuierlichnacheinander
abgerastert.Abb.1zeigteinSchemadesGesamtaufbaus.
DasLichtstreusystemkannKundenangebotenundfürderen
Erfordernissekonfiguriertwerden.
Aufnahme von Phasendiagrammen durch
Kleinwinkel-Lichtstreuung
Abb.2zeigtalsBeispielStreumustervonPolymermischungen
unterschiedlicherZusammensetzungbeiderselbenTemperatur.
DasStreumusterinderoberstenZeilelinksistkaumausgeprägt
undentsprichtdemeinerhomogengemischtenProbe.Dasstark
Rapid determination of phase behavior of polymer mixtures.
SchnelleBestimmungdesPhasen-verhaltensvonPolymermischungen.
H O C H D U R C H S A T Z K L E I N W I N K E L - L I C H T S T R E U U N G
H I G H - T H R O U G H P U T S M A L L A N G L E L I G H T S C A T T E R I N G
Contact: Dr. Bernd Steinhoff · Telephone: +49 6151 705 - 8747 · bernd.steinhoff@lbf.fraunhofer.deDr. Ingo Alig · Telephone: +49 6151 705 - 8659 · ingo.alig@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 85
Zunehmende Intensität. Intensity increasing.
AnwendungensinddieBestimmungdesPhasenverhaltensbei
derEntwicklungvonWirkstoffformulierungenimpharmazeu-
tischenBereichodervonMischungeninderKosmetik-und
Lebensmittelindustrie.NebenPhasendiagrammenlässtsichdie
AusbildungvonfestenPhasenauseinemanfänglichflüssigen
Systembeobachten.Diesfindetz.B.währenddesTrocknungs-
vorgangsvonLackenstattaberauchwährendderKristallisation
ausderflüssigenPhaseoderSchmelze.
Customer BenefitsFordevelopmentofformulationswhere
phaseseparationortheformationofasolidphase(e.g.curing
orcrystallization)isanissue,largenumbersofsampleshaveto
betested.LBFoffershigh-throughputmeasurementsforthe
customers.Thehigh-throughputsmallanglelightscattering
systemhasbeendevelopedforuseinindustriallaboratories
andcanbeconfiguredtothespecialneedsofthecustomers.
SummaryInmanyfieldsofformulationdevelopmentit
isnecessarytounderstandthephasebehavior.Amethod
forhigh-throughputtestinglargenumbersofsampleshas
beendevelopedandestablishedattheplasticsdivisionof
FraunhoferLBF.
ausgeprägteStreumusterinderoberstenZeilerechtsisttypisch
füreineentmischteProbe.DasmittlereStreumusterweisteine
nurgeringeIntensitätauf:DiedazugehörendeProbeistnoch
nahezuhomogenundbeginntsichgeradezuentmischen.Die
zugehörigeTemperaturkannalsPhasenseparationstemperatur
dieserProbeidentifiziertwerden.AusdenwährendeinerTempe-
raturrampefürMischungenverschiedenerZusammensetzungen
aufgenommenenLichtstreubildernlässtsichschließlichein
Phasendiagrammerstellen.InAbb.3istschematischeinBeispiel
füreinsolchesPhasendiagrammdargestellt.
AusderIntensitätsverteilungimStreumusterlässtsichdarüber
hinausaufdiePhasenstrukturschließen:EinStreumustermit
radialerIntensitätsverteilungmitvomZentrumausabfallender
IntensitätweistaufeinzelnerundeTropfenhin,währendeine
ringförmigeIntensitätsverteilungeineco-kontinuierlicheStruktur
widerspiegelt(Abb.4).
Anwendungsmöglichkeiten
Temperatur-undzusammensetzungsabhängigesMischungsver-
haltenzeigtsichbeivielenunterschiedlichenMaterialklassenbzw.
Formulierungen.DazugehörenKlebstoffeoderRezepturenfür
LackeoderBeschichtungen.DieAnwendbarkeitderMethodeist
dabeinichtaufPolymersystemebeschränkt.Möglicheweitere
Abb. 1: Messaufbau (schematisch).Fig. 1: Schema of measurement system.
Abb. 3: Beispiel eines Phasendiagramms (Schema).Fig. 3: Example of phase diagram (schema).
Abb. 4: Zusammenhang von Streumuster und Domänenmorphologie.Fig. 4: Relationship between scattering pattern and domain morphology.
Abb. 2: Streumuster von unterschiedlichen Mischungen bei identischer Temperatur.Fig. 2: Scattering patterns of different mixtures at the same temperature.
86 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Getrieben durch strenge Grenzwerte, vorgegeben bei-
spielsweise durch die Automobilindustrie, wächst der
Druck der Kunststoffindustrie emissionsreduzierte Kunst-
stoffrezepturen zu entwickeln. Gleichzeitig stehen die
Hersteller dabei jedoch unter einem hohen Kostendruck.
Diese Teilaspekte korrespondieren gegensätzlich zueinan-
der und liefern DIE Herausforderung für die Prozessent-
wicklung emissionsoptimierter Kunststoffcompounds.
Weniger Emissionen bei stabiler Wirtschaftlichkeit
DiedurchgeführtenArbeitenbeschäftigensichmitderOpti-
mierungderEntgasungsleistungbeiderCompoundierungmit
Hochleistungs-Doppelschneckenextrudern.DieUntersuchungen
wurdenaneinemfürdieIndustrieinteressantenCompound
PP-Talkum(30Gew.%Talkum)unterindustrienahenVerarbei-
tungsbedingungendurchgeführt.Zielwares,dieEmissionen
imVergleichzumStandderTechnik,ohneEinbußender
Wirtschaftlichkeit,signifikantzureduzieren.
IneinemerstenSchrittwurdederIst-Zustanddokumentiert.
DazuwurdenimFraunhoferLBFdasBasispolymer(Sackware),
zweiunterschiedliche,kommerzielleIndustriecompoundsund
einaufdemDoppelschneckenextruderZSK32MCderFirma
CoperionGmbHnachaktuellemStandderTechnikhergestelltes
PP-Talkum-Compoundcharakterisiert.AufbauendaufderHypo-
these,dassderPolymerabbauwährendderVerarbeitungeinen
signifikantenEinflussaufdieEmissionenhat,wurdeineinem
zweitenVersuchsblockbewussteinsehrmaterialschonender
Schneckenaufbaugewählt.Eskonntegezeigtwerden,dass
durchdieseMaßnahmenderPolymerabbauundgleichzeitigder
AnteilderRestflüchteimCompoundreduziertwerdenkonnten.
DieCompoundqualitätwardabeijedochnichtausreichend.
MitdenErkenntnissenausdendurchgeführtensystematischen
VersuchsblöckensowiedenEmpfehlungenausdemStand
derTechnik,wurdeeineneuartigemodulareEntgasungszone
entwickeltundaufgebaut.DurchdiesemodulareEntgasungs-
zonekonntensystematisch,fürdieEntgasungwesentliche
ParametervariiertundderenEinflussaufdieGesamtemissionen
dokumentiertwerden.
Eskonntesogezeigtwerden,dassfüreineeffektiveEntgasung
beihohenSchneckendrehzahlenundMaschinenauslastungen
aucheine,imVergleichzumStandderTechnik,deutlichlängere
Entgasungszonenotwendigist.UmdienotwendigeVerfahrens-
längedabeinichtzuerhöhenwurdederVerfahrensabbau,bei
weiterhinausreichenderDispergierungderFüllstoffe,angepasst.
FürzweiuntersuchteSchneckendrehzahlen(600min-1;
1200min-1)konntedurcheineOptimierungdesGesamtpro-
Low emission plastic materials.
Emissionsreduzierte Kunststoffcompounds.
O P T I M I E R U N G D E R E N T G A S U N G S L E I S T U N G
O P T I M I S I N G D E G A S I N G E F F I C I E N C Y
Contact: Dr. Christian Beinert · Telephone: +49 6151 705 - 8735 · christian.beinert@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 87
processallowstheestimationofutilityofchangesinthe
processandalsothecalculationofthecost-benefitratio.Due
topracticalapproachfollowedintheprojectworkthedirect
implementationofobtainedresultsinthecurrentindustrial
practiceispossible.Theprocessingindustrycantakethe
challengesofconsumerindustryproducingthelowemission
plasticswithoutlosingthecosteffectivenessoftheprocess
andthusthisadvantagecontributesdirectlytotheeconomic
success.
SummaryThedegassingprocessduringcompoundingwith
co-rotatingtwinscrewextruderwasoptimizedefficiently
throughtheexperimentsconductedatLBF.Bymeansofvarying
theprocessparameterssystematicallytheVOC-contents
incompoundscouldbereduceddownto70%approx.as
comparedtothecompoundsaccordingtothestateofart,
withoutusinganystrippingagentorapplyinghighvacuum.The
processparametersweresetinsuchawaythattheextruders
couldrunonhigherloadsandthusthecosteffectivenessofthe
processcouldbemaintained.Infurtherstepsthelowemission
plasticmaterialswillbeanalyzedalongthevalueaddedchain
consideringtheinjectionmoldingprocess.
zessesdieRestflüchtesignifikantgesenktwerden.Verglichen
mitdemCompoundnachaktuellemStandderTechnik,konnte
dieGesamtkohlenstoffkonzentrationumüber70%gesenkt
werdenundlagdamitsogarunterhalbdesAusgangswertesdes
unverarbeitetenBasispolymers.
DurchdieerfolgreichenArbeitenwurdeanschaulichgezeigt,
dassdurcheineoptimierteEntgasungszone,auchohneden
EinsatzvonSchleppmittelundHochvakuum,einedeutliche
MinderungvonEmissionenausKunststoffcompounds,auch
beihohenMaschinenauslastungen,möglichist.DieProjekter-
gebnissestellensoeinenweiterenwichtigenSchrittinRichtung
„low-emission-plastics“dar.
Customer BenefitsWiththehelpofthefindingsofabove
statedworktherecommendationsregardingprocesssetup
couldbegiventotheplasticprocessingindustry.The
degassingefficiencyofhighspeedtwinscrewextrudercan
beoptimizedwiththeminorcapitalinvestmentevenforhigh
throughputs.Therecommendationswerepreparedforthe
modificationofexistingdegassingequipmenttooptimize
degassingzone.Eventherecommendationsregardingthe
furtherreductionofVOCscouldbegivenforstagesduringthe
compoundingprocess.Thesystematicstudyofthedegassing
Hochleistungsdoppelschneckenextruder ZSK32MC mit modularer Entgasungseinheit im Fraunhofer LBF. High-Speed-Twinscrew-Extruder with adapted modular degassing unit at Fraunhofer LBF.
88 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Bauteile mit Elastomerkomponenten wie Dämpfer, Dich-
tungen, Förderbänder oder Reifen sind während des Ge-
brauchs mechanischen Belastungen und wechselnden
Umwelteinflüssen ausgesetzt. Thermomechanische Bean-
spruchungen, Strahlung, Feuchte oder chemische Substan-
zen wirken dabei zumeist in Kombination und verändern
die Materialeigenschaften der Elastomere. Für Produktent-
wicklung und Lebensdauervorhersage ist es erforderlich,
die zugrundeliegenden Alterungs- und Versagensmecha-
nismen besser zu verstehen. Hierzu werden die langjähri-
gen Erfahrungen des Fraunhofer LBF bei Betriebsfestig-
keitsprüfungen an Elastomerbauteilen mit der
physikalischen und chemischen Elastomercharakterisie-
rung im Bereich Kunststoffe kombiniert.
Kopplung von Schwingfestigkeitsversuchen mit Untersu-
chungen alterungsbedingter Werkstoffveränderungen
InderPraxisistdiethermo-oxidativeAlterungeinederhäufigs-
tenVersagensursachenfürElastomerbauteile.Diethermische
AlterungvonElastomerenführtzuFestigkeits-undModulän-
derungen,diemitalterungsbedingtenÄnderungenderNetz-
werkdichteerklärtwerden.UmpraxisrelevanteAlterungs-und
PrüfprozedurenfürElastomereabzuleiten,wurdenkraft-und
wegeregelteSchwingfestigkeitsversuchemitUntersuchungen
deralterungsbedingtenMaterialveränderungenverknüpft.
HierzuwurdeeinrußhaltigesGummimaterialbeiverschiedenen
TemperatureninLuftoderunterStickstoffgealtert.Nach
definiertenAuslagerungszeitenwurdendieProbenentnommen
undvermessen.
Abbildung1zeigtexemplarischweggeregelteWöhlerkurven
nachverschiedenenAlterungszeitenbei100°CunterLuft.Mit
zunehmenderAlterungsdauerverkürztsichdieLebensdauer.
ZurBewertungderWirkungenderthermischenAlterungauf
StrukturundEigenschaftenwerdendynamisch-mechanische
Analyse,Zugversuche,MessungendesDruckverformungsrestes,
Quellungsmessungen,Festkörper-NMRundchemischeAnalytik
eingesetzt.Abbildung2zeigtexemplarischdenSchubmodul
imBereichdesGummiplateausnachverschiedenlangen
Auslagerungszeitenbei100°CunterLuft.Dieanfängliche
ZunahmedesModulsdurchVersprödungoderVerringerung
derPlastifizierungwirddurchdenthermo-oxidativenNetz-
werkabbauüberlagert.
NebenderdiskontinuierlichenErfassungalterungsbedingter
MaterialveränderungenwurdenkontinuierlicheMessungen
derSpannungsrelaxationdurchgeführt.Abbildung3zeigt
diezeitlicheAbnahmederRückstellkraftfüreinerußgefüllte
Cyclic fatigue testing and material characterization of elastomers.
Schwingfestigkeitsversuche undMaterialcharakterisierung anElastomeren.
A B L E I T U N G V O N A N G E PA S S T E N A LT E R U N G S - U N D P R Ü F P R O Z E D U R E N F Ü R E L A S T O M E R E
D E V E L O P M E N T O F C U S T O M I Z E D A G I N G A N D T E S T P R O C E D U R E S F O R E L A S T O M E R S
Contact: Dr. Ingo Alig · Telephone: +49 6151 705 - 8659 · ingo.alig@lbf.fraunhofer.deMarc Wallmichrath · Telephone: +49 6151 705 - 467 · marc.wallmichrath@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 89
Incombinationwithmaterialdevelopmentormaterial
selectionanddesignofelastomericcomponents,thisallows
expandedoffersforourcustomers.
SummaryCouplingofthermalaging,characterizationand
fatiguetestsonelastomersallowderivingoptimizedaging
proceduresforacceleratedfatiguetesting.Thedetectionof
changesinthematerialpropertiesbytensiletests,stressrelaxa-
tionexperiments,dynamicmechanicalanalysis,measurements
ofcompressionsettingandswellingmeasurementsaswell
assolid-stateNMRandchemicalanalysisonextractsallowsa
betterunderstandingoftheunderlyingagingmechanismsand
toderiveconclusionsforimprovedtestproceduresandmaterial
development.
ElastomerprobeinLuftbeiOfentemperaturenvon100°Cund
110°C.DieBeschleunigungderSpannungsrelaxationmitzu-
nehmenderTemperaturberuhtaufderthermischenAktivierung
desoxidativenNetzwerkabbausunddermolekularenProzesse.
AusdemPlateaumodul,demQuellgradoderderRelaxations-
kurvederkernmagnetischenResonanzspektroskopiekönnen
weitereInformationenzualterungsbedingtenÄnderungender
Netzwerkstrukturgewonnenwerden.
WährendderAlterungkönnenthermo-oxidativerAbbauund
dieBildungneuerVernetzungsstellengleichzeitigerfolgen.
DerVergleichderAlterunginLuftundunterStickstofferlaubt,
zwischenthermo-oxidativenundanderenMechanismenzu
unterscheiden.NebenchemischenVernetzungensindVerände-
rungenimFüllstoffnetzwerkoderdasAustragenvonHilfsstoffen
zuberücksichtigen.DurchVergleichmitdenErgebnissender
SchwingfestigkeitsversuchewerdendieAuswirkungender
AlterungaufdiegemessenenParameterbewertet.
Customer BenefitsInadditiontotheestablishedfatigue
tests,abroadspectrumofmethodsforelastomercharacteri-
zationisavailableindepartmentplastics.Thisallowsabetter
evaluationofaging-relatedmaterialchangesinelastomers.
Basedonthis,customer-relatedstrategiesforaccelerated
thermalagingandtailoredloadprogramscanbederived.
Abb. 1: Weggeregelte Wöhlerkurven eines rußgefüllten Gummima-terials nach unterschiedlichen Auslagerungszeiten bei 100 °C in Luft.Fig. 1: Strain controlled Wöhler curves of a carbon black filled rubber after different aging times at 100 °C in air.
Abb. 3: Spannungsrelaxation einer Gummi- mischung bei 100 °C und 110 °C in Luft. Fig. 3: Stress relaxation of a rubber compound at 100 °C and 110 °C in air.
„Wir koppeln zyklische Ermüdungstests mit der Elastomercharakterisierung, um angepasste Alterungs-prozeduren zu entwickeln.“
Dr.IngoAlig,FraunhoferLBF
Abb. 2: Änderung des Schubmoduls eines rußgefüllten Gummis (Mess-temperatur: 50 °C) während der thermischen Alterung bei 100 °C in Luft. Fig. 2: Changes in shear modulus of a carbon black filled rubber com-pound (measurement temperature: 50 °C) during thermal ageing at 100 °C in air.
90 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 91
NeuePerspektivenNewprospects.
Portfolio Elastomerwerkstoffe und Elastomerbauteile.Portfolio elastomeric materials and elastomeric components.
92
Mehr Ruhe an Deck – Prognosewerkzeug für akustische Eigenschaften von Schiffen.More silence on deck – Software tool to predict the vibro-acoustic behavior of vessels.
94
EAP-Spacer für aktive Fenster – vollintegriert und kostengünstig.EAP-spacer for active windows – fully integrated, low-cost solution.
96
Spart Kosten: Miniatur Parallelroboter in Leichtbauweise.Saves on cost: miniature parallel robot in Lightweight Construction.
97
Mechanische Modelle leicht erstellt: unser Werkzeugkoffer.Mechanical models easily implemented: with our Toolbox.
98
Kunststoffe mit integrierten Funktionalitäten und Verrippungen.Plastics with integrated functionalities and ribbing for mass production.
99
Variabel verkleben für einen betriebsfesten Leichtbau.Variable bonding for reliable Lightweight Construction.
100
Integrative Simulation als Werkzeug zur Auslegung hoch belasteter Kunststoffbauteile.Integrative simulation as a design tool for highly stressed reinforced plastic components.
101
Strukturintensität – Was steckt dahinter?Structural intensity – What is behind?
102
92 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
OptikvonPerspektiven
PortfolioElastomerwerkstoffeundElastomerbauteile.Portfolio elastomeric materials and elastomeric components.
Elastomer-Metall-Bauteile(Gummilager)sindalsElemente
zurEntkopplunginschwingungsfähigenSystemenausdem
modernenMaschinenbaunichtwegzudenken.Siesind
VoraussetzungfürFunktionalitätundZuverlässigkeitder
Systeme.AktuelleEntwicklungenermöglichenschaltbare,
adaptiveAggregatlager,welchesichaufunterschiedliche
Systemschwingungeneinstellenkönnen.
ImFraunhoferLBFhabensichindenletztenJahrendie
EntwicklungsprojektemitdenAutomobilherstellernundderen
ZulieferernspeziellindenBereichenderCharakterisierung,
ModellbildungunddesmultiaxialenBetriebslastennachfahr-
versuchesvonElastomerbauteilenetabliert.Durchdieüber-
greifendeZusammenarbeitderInstitutsbereicheAdaptronik,
BetriebsfestigkeitundKunststoffesindneueLeistungsangebote
fürunsereKundenentstanden.Sokanndieexperimentelle
CharakterisierungdesÜbertragungsverhaltensvonElastomer-
bauteilenüberdenbetriebsfestigkeitsrelevantenFrequenzbereich
(typischerweise50–100Hz)fürNVHrelevanteBaugruppenbis
hinzu2000Hzausgedehntwerden.InderNumerikunter-
stützengeeigneteModelledieSystemsimulationenimNVH
Bereich.FürdieSimulationderfahrdynamischenEigenschaften
undderBetriebsfestigkeithatdasFraunhoferLBFmultiaxiale
undrechenzeitoptimierteModellefürElastomerbauteileim
Einsatz.NebenderCharakterisierungderBauteileigenschaften
werdenauchdieverwendetenElastomerwerkstoffeimInstitut
analysiert.HierfürstehteinbreitesSpektrumphysikalischer
undchemischerCharakterisierungsmethodenzurVerfügung.
AktuelleForschungsprojekteverknüpfendasthermischeAlte-
rungsverhaltenmitÄnderungenderMaterialeigenschaftenund
derLebensdauerunterzyklischerBelastung.Erweitertwirddas
AngebotsspektrumdurchHilfestellungbeiderMaterialauswahl
undRezepturentwicklung.
DasFraunhoferLBFbieteteinumfassendesLeistungs-
spektrumzuderThematikElastomerbauteileund-werkstoffe.
1) Charakterisierung, Modellbildung, Betriebslasten-
nachfahrversuche und Lebensdaueranalyse (s. Seite 74)
• KennwertermittlungundCharakterisierungdes
ÜbertragungsverhaltensvonElastomerbauteilenim
Frequenzbereichbis100Hz
• SchwingfestigkeitsversucheanMaterialproben
• UntersuchungdertemperaturabhängigenBauteileigenschaften
• Uni-undmultiaxialeBetriebsfestigkeitsversucheanElasto-
merbauteilen(speziellAggregatelagerundFahrwerkslager)
• Uni-undmultiaxialeModellbildungvonElastomerbauteilen
fürdiedynamischeSystemsimulation(Betriebsfestigkeit/
Fahrdynamik)einschließlichModellparametrierung
Contact:MarcWallmichrath·Telephone:+496151705-467
Contact: Matthias Schmidt, Marc Wallmichrath, Dr. Ingo Alig matthias.schmidt@lbf.fraunhofer.de, marc.wallmichrath@lbf.fraunhofer.de, ingo.alig@lbf.fraunhofer.de
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 93
• ErforschungundEntwicklungneuerLagerungskomponenten
(z.B.aktiveAggregatlager,Polymerwerkstoffeund
elektroaktivePolymere)
• ParametrierungundValidierungnumerischerModelle
• TransferpfadanalyseimRahmenvonNVHTestsimFahrzeug
• NachfahrenvonBetriebsmessungenamPrüfstandzurErpro-
bungundzumTestvonaktivenLagernundderenRegelung
Contact:MatthiasSchmidt·Telephone:+496151705-452
Customer Benefi tsTheFraunhoferLBF’srangeofservicesin
thefieldofelastomericmaterialsandcomponentshasbeen
extendedsignificantlyoverthepasttwoyears.Interdisciplinary
researchprojects,e.g.onthetopicofelastomeraging,have
additionallystimulatedandacceleratedthedevelopment
ofsystem-basedservices.TheFraunhoferLBFistherefore
adevelopmentpartnerformaterialcharacterization,the
developmentofactivebearings,experimentalandnumerical
fatiguelifeanalysisofcomponentsandmodelinginthe
disciplinesoffatiguestrength,systemdynamicsandNVH.
Theinstitutestillcontinuestoofferitscomprehensiverange
ofestablishedresearchservices.
2) Charakterisierung von Materialverhalten und
Netzwerkstruktur, Medieneinwirkung und Alterung
(s. Seite 88)
• Temperatur-,FrequenzundAmplitudenabhängigkeitder
Materialeigenschaften(Spannungs-Dehnungsverhalten,
mechanischeRelaxation,Kriechen,Druckverformungsrest,
elektrische,dielektrischeundelektromechanischeEigenschaften)
• CharakterisierungdesElastomer-undFüllstoffnetzwerkes
(dynamisch-mechanischeAnalyse,Kernresonanz-
spektroskopie,Quellungsexperimente)
• UntersuchungvonAlterungundMedienbeständigkeitsowie
Langzeitvorhersage(thermo-oxidativeAlterung,Abbauvon
Antioxidantien,DiffusionvonWeichmachernusw.)
• BereitstellungundValidierungvonMaterialmodellen
fürdieFEM(viskoelastischeEigenschaften,Temperatur-
Frequenz-Superposition,nichtlinearesVerhalten)
Contact:Dr.IngoAlig·Telephone:+496151705-8659
3) Neue Entwicklungsmöglichkeiten für
Automotive sowie Maschinen- und Anlagenbau
(s. Jahresbericht 2013)
• HochfrequenteCharakterisierungvonElastomerbauteilen
sowievonpassivenundaktivenLagernbis2000Hz
Elastomerprüfkörper nach verschiedenen Zeiten der thermischen Alterung.Elastomeric specimen after different times of thermal aging.
Quellungsexperimente und Lösungsmittelextraktion an Elastomerproben.Swelling experiments and solvent extraction on elastomeric samples.
94 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
DasThemaKomfortistindenletztenJahrenfürSchiffspassa-
gierealsQualitätskriteriumimmerwichtigergeworden.Störende
GeräuscheundungewollteSchwingungenkönnensichzudem
negativaufdieSicherheitanBordauswirken.Eigentümerund
Werften folgendaherdemTrendund setzenniedrigeGrenz-
werte fürLärmundVibrationenan,diewährenddesSchiffs-
betriebeszubeachtensind.
Effi ziente Vorhersage von Schwingungen
WerftenstellenüberwiegendUnikateher,weshalbihnendie
Möglichkeitfehlt,ihreProdukteanphysikalischenPrototypen
zuverfeinern.Einefrühzeitigeundeffizienterechnergestützte
VorhersagedesvibroakustischenVerhaltensvonSchiffs-
entwürfenkanndaherhelfen,akustischeAuffälligkeitenzu
identifizieren,dasSchiffsdesignzuoptimierenundkostspielige
NacharbeitimAnschlussanProbefahrtenzuvermeiden.
AmFraunhoferLBFwurdeeinmethodischesVorgehen
basierendaufparametrischer,modularerundhierarchischer
Modellbildungentwickelt.DerFokuslagaufdereinfachen
Austauschbarkeitsowieeinerschnellenundunkomplizierten
InitialisierungdereinzelnenTeilmodelle.Durchdengewählten
AnsatzkanndasGesamtmodellwährenddesgesamten
Entwurfsprozessesverwendetwerden,dadiezunächstsehr
einfachenTeilmodelleimLaufedesEntwurfsdurchdetailliertere
BeschreibungenersetztoderMachbarkeitsuntersuchungen
unterVerwendungunterschiedlicherKomponentendurch-
geführtwerdenkönnen.Weiterhinistesmöglich,durch
ParametervariationendenEinflusssensitiverParametereiner
Komponentezubestimmen.
UmdieÜbertragungvonGeräuschenundVibrationenindie
Schiffsstrukturenzusimulieren,habendieWissenschaftlerdes
FraunhoferLBFdierelevantenKörperschallquellennumerisch
modelliert.AlsAnwendungsbeispielewurdenHauptmaschinen
undPumpenuntersucht,ModelleaufgebautundmitMess-
datenvalidiert.DervorgeschlageneSimulationsansatzwurde
aneinemskaliertenDrehschwingungsversuchsstand,welcher
auseinemVerbrennungsmotor,einemRotorundeinerWirbel-
strombremseaufgebautist,überprüft.Eswurdenhinsichtlich
Contact: Christoph Tamm · Telephone: +49 6151 705 - 8431 · christoph.tamm@lbf.fraunhofer.de
MehrRuheanDeck–PrognosewerkzeugfürakustischeEigenschaftenvonSchiffen.More silence on deck – Software tool to predict the vibro-acoustic behavior of vessels.
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 95
SummaryInanearlyphaseofdesign,accurateandefficient
analysismethodsforpredictingthevibro-acousticbehavior
ofvesselsareofcentralimportance.Ownersandshipyards
definelowlimitsfornoiseandvibrationthatmustbemet
duringoperationoftheship.Anewlydevelopedsimulation
toolsupportsshipyardsincomplyingwithlegallimitsand
evaluatingthefeasibilityofnoisereductionmeasuresduring
thedevelopmentprocess.Noiseandvibrationonboardoccurs
duetoawidevarietyofstructure-bornenoiseexciters.Resear-
cheratFraunhoferLBFdevelopedmethodsfortheprediction
ofpowertraincomponents,whichareoneofthemainnoise
andvibrationexcitationsourcesonboard.
derQuellmodellierungumfangreicheVergleichsmessungen
zurKalibrierungderAntriebsstrang-Modelledurchgeführt.
DaraufhinwurdeeinnumerischesModellfürdenVerbren-
nungsmotorentwickeltundstationäreBetriebsbedingungen
sowietransienteEreignissewiebeispielsweiseZündaussetzer
undHochläufedesMotorsaufSystemebenemitMatlab/
Simulinksimuliert.
Customer Benefi tsTheproposednumericalmodelsarea
partofasoftwaretoolboxtopredictthevibro-acousticbeha-
viorofavesselefficiently.Oneoftheaimsofthistoolboxis
theidentificationofacousticexcitationmechanismsinanearly
phaseofdesignandalsoinparalleltothedevelopmentpro-
cess.Themodularandhierarchicmodelingschemeenablesthe
usertoeasilyreplacesubmodelstoassesstheimpactofnoise
andvibrationreductionmeasures.Furthermore,theresearch
anddevelopmentactivitiesatFraunhoferLBFcontinuesothat
themethodologiescanbetransferredandappliedontasksin
theautomotive,aviationoranyotherengineeringindustry.
Prinzipskizze einer Hauptantriebsmaschine.Schematic diagram of a main engine.
Skalierter Antriebsstrangversuchsstand zur Validierung der Simulationsergebnisse.Scaled torsional vibration test stand for the validation of simulation results.
96 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
EAP-SpacerfüraktiveFenster–vollintegriertundkostengünstig.EAP-spacer for active windows – fully integrated, low-cost solution.
FürdenPrototypdesaktivenDoppelglasfensterswurden
schmaleElektroden-undElastomerschichtengefertigtund
ineinemKunststoffgehäuseübereinandergestapelt.Dessen
Abmessungenentsprechendeneneineskonventionellen
Spacers,derdiebeidenGlasscheibenaufAbstandhält.Der
LautsprecherselbstistalsovollständigindenSpacerintegriert,
dasGehäuseübernimmtdielasttragendeAufgabedes
Originalbauteils.ÜberLöcherimDeckelwirdderSchallin
denInnenraumdesDoppelglasfenstersabgestrahlt.
Bereitsmitnureinem20cmlangenLautsprecher(ca.7%
desFensterrahmens)konnteimLaboreineReduktionder
abgestrahltenSchallleistungvon3,3dBimSummenpegel
bis500Hzerreichtwerden.EineVergrößerungderaktiven
FlächeversprichtweiteresPotential.
DieAnwendungimaktivenFensterverdeutlichtzumeinen
densteigendenTechnologiereifegradderEAPsfürdynamische
Anwendungen,zumanderenderenflexibleEinsatzmöglichkeit
inzukünftigenProdukten.
ImLOEWE-ZentrumAdRIAwurdenverschiedeneMöglichkeiten
untersucht,ummitaktivenMethodenLärmschutzfensterzu
verbessern.EineHerausforderungstelltestetsdieAktorikdar:
PiezoaktorenmusstenbisherimSichtfeldaufderScheibe
angebrachtwerden,umdortdieScheibenschwingungen
undsomitdenSchalldurchgangzumindern.Spezielle,am
FraunhoferLBFentwickelte,schlankeLautsprecheraufBasis
elektroaktiverPolymere(EAPs)könnendagegenimFenster-
rahmeneingebautwerden,waszueinemkompaktenAufbau
führtundkeinerleiSichteinschränkungmitsichbringt.Damit
kannderSchalldruckzwischendenScheibenaktivgeregelt
unddieTransmissionreduziertwerden.
EAP-StapelaktorenbestehenauseinerVielzahlabwechselnd
angeordneterElastomer-undElektrodenschichten,überdie
einhoheselektrischesFeldaufgeprägtwird.Indemneu
entwickeltenDesignansatzsinddieElektrodenmetallisch
ausgeführtundmitmikroskopischfeinenLöchernversehen.
DieserlaubtdeminkompressiblenElastomereinelokale
DeformationimBetrieb.SowohlElastomer-alsauchElektro-
denschichtenkönnennahezubeliebiggeformtsein,was
großekonstruktiveFreiheitengewährt.
Contact: Oliver Heuss, Dr. William Kaal · Telephone: +49 6151 705 - 417 · oliver.heuss@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 97
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
SpartKosten:MiniaturParallelroboterinLeichtbauweise.Saves on cost: miniature parallel robot in Lightweight Construction.
Contact: Mihail Lilov MBA · Telephone: +49 6151 705 - 336 · mihail.lilov@lbf.fraunhofer.de
RoboterswurdeunterLinuxaufeinerLow-CostHardware
(BeagleBoneBlack)umgesetzt,diesichdurchihrekompakte
Bauweise,beigleichzeitighoherIO-DichteundLeistungsfähig-
keitauszeichnet.
DerParallelroboterstehtnunalsDemonstratorfürdieweitere
ErprobungvonRegelungs-undSteuerungskonzeptenfür
unkonventionelleAntriebssystemeinderAutomatisierung
zurVerfügung.EbensokanndasSystemalsTestumgebung
füraktiveSchwingungsminderungsmaßnahmeninderAuto-
matisierungzumEinsatzkommen.NebenderAnwendung
alsVersuchsträgerkannderParallelroboterimBereichder
AutomatisierungstechnikzurFeinpositionierungundHandling
imMikrometerbereicheingesetztwerden.
DerKostenfaktorbeiMikromontageaufgabenindustrieller
AufbauteninmanuellerHandfertigungkannsehrhoch
werden.DieMontagekostenkönnendurchdenEinsatz
vonPräzisionsroboternstarkreduziertwerden.Piezobasierte
RotationsantriebestelleneineinnovativeLösungzurUmsetz-
ungneuartiger,mechatronischersowieadaptronischer
Systemedar.
DieseAntriebsartzeichnetsichdurcheineleichteAnsteue-
rung,hoheBeschleunigungundhohePräzisionausundistin
derBenutzungnahezuverschleißfrei.DurchdenEinsatzvon
PiezoantriebenstattkonventionellerElektroantriebekönnen
beiParallelroboterndiegewünschtenhohenDynamiken
undGenauigkeitenleichtrealisiertwerden.Beisolchen
hochdynamischenSystemensolldieTrägheitundsomitdie
bewegteMassemöglichstniedriggehaltenwerden.Ineinem
KooperationsprojektzwischenFraunhoferLBFundTechnischer
HochschuleMittelhessenTHMwurdeeinportabler,piezoba-
sierterParallelroboterinLeichtbauweisemiteinemArmgestell
auskohlenstofffaserverstärktemKunststoffundGelenken
ausAluminiumundKunststoffgleitlagernentwickelt.Der
Parallelroboterwirddurchdreihochpräzise,piezobasierte
Wanderwellenmotorenangetrieben,welcheeineGenauigkeit
vonwenigenMikrometernsicherstellen.DieRegelungdes
„ Durch die Bearbeitung des Projektes am Fraunhofer LBF habe ich gelernt, mit den eng gesteckten Zielen und den Anforderungen der Industrie umzuge-hen und praktikable Lösungen für diese Herausforderungen zu erarbeiten.“
ThomasMüller,TechnischeHochschuleMittelhessen
98 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
MechanischeModelleleichterstellt:unserWerkzeugkoffer.Mechanical models easily implemented: with our Toolbox.
AlsweiteresWerkzeugwurdedie„ModelOrderReduction“
Toolboxentwickelt.DamitkönnenkomplexeSysteme,die
bereitsnumerischmitFinitenElementenuntersuchtwurden,
nachMatlab/Simulinkimportiertwerden.DieseSchnittstelle
zwischenMatlab/SimulinkundderFE-Simulationssoftware
ANSYSbieteteinegleichzeitigeReduktiondesGesamtsystems
an.DamitkönnensehrgroßeModelleihrwesentliches
GesamtsystemverhaltenbeibehaltenundaufGrundvonredu-
ziertenFreiheitsgradeneinezeitlichgutePerformanceleisten.
AmFraunhoferLBFwerdendieToolboxenentwickelt,
implementiert,dokumentiertundgetestet.Damitprofitieren
KundenjederBranchedurchdieeffektiveLösungvon
strukturdynamischenProblemstellungen.Dernumerische
Werkzeugkofferwirdab2015käuflicherhältlichsein.Wir
beratengernebeiderVerwendungderToolboxundbei
darüberhinausgehendenoffenenFragen.
SiebenötigeneinfürSiepassendesextraWerkzeug?Gerne!–
SprechenSieunsan!
InderheutigenZeittretendurchdengesteigertenWunsch
nachKomfort,LeichtbauundLanglebigkeitschwingungstech-
nischeFragenwährendundnachdemEntwicklungsprozess
auf.BranchenunabhängighabenvieleHerstellerwederZeit,
nochBudgetkapazitäten,umHardwarelösungenzufinden.
NumerischeSimulationenschaffenandieserStelleAbhilfe
undsparendurchgezieltevorherigeUntersuchungenund
AuslegungenbaresGeldundwertvolleZeit.
AmFraunhoferLBFwerdenToolboxeninMatlab/Simulink
entwickelt,umAuslegungensimulativdurchführenzukönnen.
DieToolboxenunterstützendieErstellungundAnalysevon
mechanischenundmechatronischenSystemen.Damitkönnen
Machbarkeitsstudien,wiedieUntersuchungvonStrukturen
undderenSchwingungen,durchgeführtwerden.UmdasSys-
temverhaltenvonunerwünschtenSchwingungenzubefreien,
könnenverschiedeneMaßnahmenundMethodenangewen-
detwerden.Die„StructureandVibration“Toolboxerleichtert
außerdemdieAnalyseundAuswertungderKonzeptvergleiche
durcheineinnovative,modulareSystemmodellierung.Die
Toolbox„unabhängigeModellierungstrategie“umfasstdie
stufenweiseDetaillierungderKomplexitätderModelleund
erlaubtdieEinbindungvonanalytischen,numerischensowie
messtechnischerfasstenDaten.
Contact: Jennifer Thiel · Telephone: +49 6151 705 - 8273 · jennifer.thiel@lbf.fraunhofer.de
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 99
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
KunststoffemitintegriertenFunktionalitätenundVerrippungen.Plastics with integrated functionalities and ribbing for mass production.
Contact: Felix Weidmann · Telephone: +49 6151 705 - 8843 · felix.weidmann@lbf.fraunhofer.de
EndlosfaserverstärkteThermoplastehabenindenvergangenen
JahreneineVielzahlneuerAnwendungsbereicheerschlossen,
welchebisherdurchisotropemetallischeWerkstoffeoder
duroplastischeFaser-Kunststoff-Verbunde(FKV)abgedeckt
wurden.UrsächlichfürdieseEntwicklungistdasbreite
AngebothochqualitativerthermoplastischerFaser-Matrix-
Halbzeuge,wieetwaOrganoblecheundUD-Tapes.
Bauteilherstellermachensichdabeizumeinendiehohen
gewichtsspezifischenEigenschaftenzuNutze.Zumanderen
profitierensie,abgesehenvonVorteilenhinsichtlichder
ArbeitshygieneundderLager-undRezyklierfähigkeit,vor
allemvondenkurzenTaktzeitenundeinfachenWeiterverar-
beitungsmöglichkeiten,beispielsweisedurchSchweißenoder
Umspritzen.SeiteinigenJahrenwirdanneuenVerfahren
gearbeitet,dieFormgebungvonOrganoblechendurch
ThermoformenmitderAufbringungvonFunktionalitäten
undVerrippungenzukombinieren.Dabeiwerdenletztere
aufdasheißeOrganoblechimSpritzgießwerkzeugeinseitig
aufgespritzt(Outsert-Technik).Nachteiligistdabei,dasshäufig
dickwandigeunddamitkostenintensiveOrganoblechever-
wendetwerdenundweiterhindieaufgespritztenStrukturen
eineFügungdarstellen,derenAnbindungandasOrganoblech
einemöglicheSchwachstelledarstellt.
AmFraunhoferLBFisteineTechnologieinEntwicklung,die
dieseNachteilevermeidensoll.DieseTechnologiebasiert
aufdemSpritzgießprozess,beiwelchemsehrdünnwandige
OrganoblecheindiehochbelastetenRandlageneinesthermo-
plastischenSandwich-FKVangeordnetwerden.Derniedrig
belasteteKernwirddurchdieThermoplastschmelzeausgefüllt,
welcheebensoineinemProzessschrittvomSandwich-Kern
heraushomogeneFunktionalitätenundVerrippungenander
OberflächedesSandwich-Bauteilsausformt,ohnedabeieine
Fügestellezuerzeugen.
DerKundeprofitiertdabeizumeinendurchdieniedrigen
WerkstoffkostenbeigleicherBauteilbelastbarkeit.Weiterhin
stelltdieseTechnologieeinsehrkosteneffizientesVerfahren
dar,dadienötigenTaktzeitenzurHerstellungeinessolchen
funktionalisiertenSandwich-Verbundessehrgeringsind.
DamiteignetessichhervorragendfürdieFertigungvon
Großserienbauteilen.
100 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
VariabelverklebenfüreinenbetriebsfestenLeichtbau.Variable bonding for reliable Lightweight Construction.
ZielderaktuellenForschungamLBFistdieEntwicklung
einesKlebstoffsystems,mitdemeinsolcherGradientder
SteifigkeitinnerhalbeinerKlebefugeerzeugtwerdenkann.
UmdiesesZielzuerreichen,wurdeeinDual-CureKlebstoff
entwickelt,beidem,andersalsbeihandelsüblichenDual-Cure
Formulierungen,nichteinemöglichsthomogeneSteifigkeit
erreichtwerdensoll.VielmehrwirdeinerderbeidenVernet-
zungsmechanismendazuverwendet,dieNetzwerkdichtelokal
zuerhöhenundsomitdieSteifigkeitdesKlebstoffsgenau
steuernzukönnen.
BeiderEntwicklungeinessolchenKlebstoffsystemsprofitiert
dasLBFvonderengenVernetzungseinerunterschiedlichen
Teilbereiche.DasnotwendigeKnowhowzurEntwicklung
maßgeschneiderterpolymererWerkstoffeausdemBereich
KunststoffesowiedierechnerischeAuslegungundexperimen-
tellenAnalysemöglichkeitendesBereichsBetriebsfestigkeit
ermöglicheneineneffizientenundzielgerichtetenEntwick-
lungsprozess.
DieVerwendungvonKlebstoffenisteinfundamentaler
BestandteilmodernerProduktkonzepteinsbesonderebeim
EinsatzvonMultimaterialbauweisen.Füreineneffizienten
LeichtbauistdasVerklebenverschiedensterMaterialien
unerlässlich.UnterschiedlichsteMaterialienlassensichdurch
Verklebenmiteinanderverbinden,ohnedabeidieFügepartner
zuschwächen,wiebeiklassischenFügeverfahren,etwadem
SchraubenoderdemNieten.Auchkannmeistaufeinen
hohenWärmeeintrag,wiebeispielsweisebeimSchweißen,
verzichtetwerden.
EinfachüberlappendeFügungenunterschiedlichster
FügepartnerstellenimindustriellenMaßstabdieam
häufigstenverwendeteKlebtechnikdar.UnterLasttreten
indenkantennahenBereichenderKlebstoffschichtjedoch
Spannungsspitzenauf.BesondersimFalleschwingender
LastenführendieseSpannungsspitzenzueinemfrühzeitigen
VersagenderKlebefuge.Demkannjedochentgegengewirkt
werden!NimmtdieSteifigkeitderKlebschichtvonderMitte
hinzudenRandbereichenaufgeeigneteArtundWeiseab,
könnendieSpannungsspitzenreduziertwerden,unddie
GesamtfestigkeitderKlebungwirdsomiterhöht.DieLösung
istalsoeinKlebstoffmitlokalsteuerbarerSteifigkeit.
Contact: Dr. Jan Spengler · Telephone: +49 6151 705 - 8851 · jan.spengler@lbf.fraunhofer.deDr. Jens Eufi nger · Telephone: +49 6151 705-276 · jens.eufi nger@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 101
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
IntegrativeSimulationalsWerkzeugzurAuslegunghoch-belasteterKunststoffbauteile.Integrative simulation as a design tool for highly stressed reinforced plastic components.
Contact: Sebastian Mönnich · Telephone: +49 6151 705-8751 · sebastian.moennich@lbf.fraunhofer.deKatharina Haydn · Telephone: +49 6151 705-411 · katharina.haydn@lbf.fraunhofer.de
BeiderAuslegungvonBauteilenauskurzfaserverstärkten
Thermoplastengiltes,nebendemanisotropenMaterialver-
haltenEinflussfaktorenwiemehraxialeSpannungszustände,
hoheSpannungsgradientenoderMittelspannungsempfind-
lichkeitenzuberücksichtigen.Umeinemöglichstzuverlässige
AussageüberdieBeanspruchungenimBauteilunddiezu
erwartendeLebensdauerzuerhalten,isteinegeschlossene
numerischeProzesskette,diedenHerstellungsprozessbe-
rücksichtigt,sinnvoll.Diesewirddurchspeziellabgestimmte,
experimentelleUntersuchungenkomplettiert.
Dieentwickelte,sogenannte„IntegrativeSimulation“
begleitetdenProjektingenieurvonderSpritzgusssimulation
(MikrostrukturderFasern),überdas„Faser-Mapping“im
Finite-Elemente-ModellbishinzurBetriebsfestigkeitsbe-
wertungdurchangepassteFestigkeitshypothesen.
InsgesamthandeltessichbeidersimulativenProzesskette
umeinekomplexeAnalysedesHerstellungsprozessesund
derstrukturmechanischenBeanspruchung.Daherwurden
Methodenentwickelt,umErgebnisseausEinzelschrittenex-
perimentellzuvalidierenundsoihreVerwendunginweiteren
Simulationsschrittenabzusichern.Sowirdu.a.mithilfederam
FraunhoferLBFentwickelten,µCT-gestütztenEinzelfaseranaly-
sedieberechneteFaserorientierungüberprüftundoptimiert.
FürdiebetriebsfesteBauteilauslegungsindbeliebige
mehrachsigeSpannungszuständebeianisotropenMaterialien
besonderszubeachten,danichtnurmultiaxiale,sondern
auchuniaxialeSchwingbelastungenörtlichzumultiaxialen
Schwingbeanspruchungenführen,undzusätzlichdieMaterial-
festigkeitrichtungsabhängigist.BeiderWahleinergeeigneten
HypothesezurLebensdauervorhersageistdieszuberück-
sichtigen.D.h.,dieimisotropenFallgängigenVerfahrender
FestigkeitsbeurteilungmehrachsigerBeanspruchungszustände
(z.B.klassischeVergleichsspannungshypothesen)sindfürden
anisotropenFallungeeignet.VielmehrmüssenAnsätzezur
Anwendungkommen,dieesermöglichen,diewechselnde
mehraxialeBeanspruchunginAbhängigkeitderBeanspru-
chungshöheund-richtungzubeurteilen.
ImFraunhoferLBFwurdedieursprünglichfürdenstatischen
FallentwickeltequadratischeBruchhypothesenachTsai-Wu
dahingehendmodifiziert,dassbasierendaufexperimenteller-
mitteltenSchwingfestigkeitenunteruniaxialerBeanspruchung
beliebigemultiaxialeBeanspruchungeninfolgezufallsartiger
Belastungskollektivebewertetwerdenkönnen.DasamLBF
entwickelteVerfahrenwurdeexperimentellerprobtund
konnteamBeispielkurzfaserverstärktenPolyamidsunter
harmonischersowiezufallsartigermultiaxialerBelastung
erfolgreichvalidiertwerden.
Zyklischer Bruchkörper zur Bewertung multiaxialer Beanspruchungen.Fracture body for assessing cyclic, multiaxial loading.
Spannungsverteilung (1. HS) an einer mildgekerbten Zugprobe. Homogenisierung der Schichteigenschaften für je 5 Schichten (rechts) bzw. gesamte Bauteildicke (links).Stress distribution (1st principal) on mildly notched specimen. Homogenization of layer properties in 5 layers respectively (right) and total wall thickness (left).
102 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
N E U E P E R S P E K T I V E N | N E W P R O S P E C T S
Strukturintensität–Wasstecktdahinter?Structural intensity – What is behind?
AnwendungfindetdieSTIinverschiedenenBereichen.Soll
mittelseineraktivenRegelungdieSchwingungineinem
Strukturbereichgemindertwerden,sostelltderEnergiefluss
indiesenBereicheinerobusteRegelgrößedar.Weiterhinwird
inderLiteraturgezeigt,dassmittelsderSTIRisseinStrukturen
detektiertwerdenkönnen,dasichderEnergieverlaufbei
AuftreteneinesRissesstarkändert.
AufbauendaufderAnalysederSTIkönnenauchStruk-
turbereicheidentifiziertwerden,indenenderEinsatzvon
DämpfungsbelägenzurEnergiedissipationoderkonstruktive
ÄnderungenzurKörperschalldämmungbesondersaussichts-
reichsind.DieseAnwendungderSTIweisteinhohesPotenzial
zurKostenreduktioninderProduktentwicklungauf,sodass
weitereForschungindiesemBereichzurAbleitungkonkreter,
allgemeingültigerStrukturmaßnahmenwichtigist.
GeratenfesteStruktureninSchwingung,sobreitetsichin
ihnenKörperschallausundeskannlokalzuunerwünscht
starkenSchwingungenoderzueinernichterwünschten
Schallabstrahlungkommen.Entwicklungszielistesdaher,
Strukturensozugestaltenoderaktivzubeeinflussen,dass
dieseEffektevermindertwerden.DieStrukturintensität(STI),
welchedenEnergieflussdersichausbreitendenKörper-
schallwellenbeschreibt,isteinevielversprechendeGröße,
dieneueAnsätzezurgezieltenStrukturoptimierungoder
zurSchwingungskontrollebietet.
MitderSTIkannfürjedenPunkteinesFestkörpersbestimmt
werden,wievielKörperschallenergieinwelcheRichtungfließt.
SieliefertsomitkonkreteInformationendarüber,aufwelchen
PfadensichderKörperschallimInnereneinerStrukturvon
einerAnregungsstelleausgehendverbreitet.DieAnalyseder
STIermöglichtesdemAnwenderdaherzuverstehen,wieso
sicheinspeziellesSchwingverhalteninderStruktureinstellt
unddientsomitdemerweitertenStrukturverständnis.Oftmals
istohneeineAnalysederSTInichterklärbar,wiesoesbei
ähnlichenStrukturendennochzueinemunterschiedlichen
Schwingungsverhaltenkommt.
Contact: M.Sc. Clarissa Schaal · Telephone: +49 6151 16 - 6923 · schaal@szm.tu-darmstadt.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 103
DasFachgebietSystemzuverlässigkeit
undMaschinenakustikSzMder
TechnischenUniversitätDarmstadtist
personellundinhaltlichengmitdem
FraunhoferLBFverbunden.Esverfolgt
dasZiel,Grundlagen,Methodenund
VerfahrenzurBewertungderZuverläs-
sigkeitkomplexertechnischerSysteme
zuentwickeln.DieseThematikstellt
internationaleinneuesForschungsgebiet
dar.DurchdieIntegrationderArbeits-
gruppeMaschinenakustikimJahr2005
wurdendieKompetenzenimHinblickauf
dieEntwicklungleiserundzuverlässiger
Produktekonsequentergänzt.
TheresearchgroupSystemReliabilityand
MachineAcousticsat„TechnischeUni-
versitätDarmstadt“iscloselyinterlinked
withFraunhoferLBFbothintermsofstaff
andresearchsubjects.Itsfocusisonthe
developmentoffundamentals,methods,
andproceduresfortheevaluationofthe
reliabilityofcomplexsystems–anew
researchareaonaninternationalscale.
TheintegrationoftheMachineAcoustics
groupin2005enhancedtheunit‘s
expertiseintheareaofthedevelopment
ofquieterandmorereliableproducts.
SYSTEMZUVERLÄSSIGKEIT UND MASCHINENAKUSTIK
SYSTEM RELIABILITY AND MACHINE ACOUSTICS
Kontakt
Prof. Dr.-Ing. T. MelzTelefon: +49 6151 705 - 252tobias.melz@lbf.fraunhofer.de
Dr.-Ing. J. Bös Telefon: +49 6151 16 - 2903boes@szm.tu-darmstadt.de
unterderPrämisse,polymerenFunktions-
materialiendenWegineinepraktische
Nutzbarkeitzuebnen.Weiterhin
wirddasVerhaltenvonPolymerenan
Grenzflächenuntersucht.Sowerden
neuartigehaft-undphasenvermittelnde
Additiveentwickelt,diefürmaßgeschnei-
derteHaftungzwischenverschiedenen
KunststoffenoderKunststoffenmit
anorganischenKomponentensorgen.
DieEntwicklungneuartigerKomposit-
undHybridmaterialienisteinweiterer
Forschungsschwerpunkt.
TheresearchgroupMacromolecular
ChemistryattheTechnischeUniversität
Darmstadtfocusesonfunctionaland
DieArbeitsgruppebefasstsichmit
funktionalenundkolloidalen
PolymersystemensowiePolymerenan
Grenzflächen.ZuderenAufbauwerden
nebenÜbergangsmetall-katalysierten
Polykondensationsprozessenvorallem
kontrollierteundlebendePolymerisati-
onsverfahrengenutzt.Besondersintensiv
werdenneuePolymerefürdie(Opto-)
Elektronikbearbeitet,i.B.organischeLEDs
undorganischeTransistormaterialien
colloidalpolymersystemsaswellaspoly-
mersatinterfaces.Forthedevelopment
ofthesepolymersmethodslikepolycon-
densation,controlledandlivingradical
polymerizationsareused.Aparticular
intensiveresearchedfieldisthedevelop-
mentofnewpolymersfororganicLEDs
andorganicfieldeffecttransistorsonthe
premisetoopenthewayforfunctional
polymermaterials.Inadditionwestudy
thebehaviorofpolymersatinterfaces.
Newinnovativeadhesionenhancingand
phasetransferadditivesfortheadhesion
betweendifferentpolymersorpolymers
withinorganicmaterialsaredevelopedto
improvethepropertiesoftechnicalused
materials.Moreoverthesearchforthe
efficientuseofcomposite-andhybrid
materialsisanothertopicourgroupis
engaged with.
Kontakt
Prof. Dr. rer. nat. M. RehahnTelefon: +49 6151 16 - 5278 m.rehahn@mc.tu-darmstadt.de
MAKROMOLEKULARE CHEMIE
MACROMOLECULAR CHEMISTRY
Associated Departments.
DieassoziiertenFachgebiete.
104 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
WeitereLabor-undPrüfeinrichtungendesFraunhoferLBFfindenSieaufunsererInternetseite:www.lbf.fraunhofer.de/laborundversuch
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 105
FORSCHUNG MIT SYSTEM
VonderMaterialsynthesebiszumkomplettenSystem,vonder
KonzeptideebiszumfertigenProdukt,vonderAuslegungbis
zurEinsatzerprobung–dasFraunhoferLBFerstelltimengen
DialogmitIhnendaspassendeLeistungspaket.
DasInstitutstehtfürinnovativeLösungeninderSchwingungs-
technik,imLeichtbau,inderZuverlässigkeitundinderPoly-
mertechnik.Schwerpunkteliegenaufsicherheitsrelevanten
BauteilenundSystemen,aufMaterial-undKomponenten-
funktionensowieaufstrukturmechanischenEigenschaften.
InallenPhasenderSystementwicklungund-bewertungwerden
numerischewieexperimentelleMethodeneingesetztum
technischundwirtschaftlichvorteilhafteLösungenzuerzielen.
AlsProjektpartnerprofitierenSievonderinterdisziplinären
ZusammensetzungunsererProjektteams,insbesonderebei
komplexensystemischenFragestellungen.
Experimentelle Versuchstechniken
Variable Versuchsaufbauten:
•ElektrodynamischerotatorischePrüfungen
•ServohydraulischePrüfzylinderfürKräftezwischen5und
2500kNundTorsionsmomentebis64kNm(>200hydrau-
lischePrüfzylinder,330Kraftsensoren,Dehnungsaufnehmer)
•DiverseelektrodynamischeSchwingerreger(Shaker)fürLast-
bereichvon20Nbis27kN(RKV)undeinemFrequenzbereich
bis15kHzundBeschleunigungenbis100g
•Innendruckversuchseinrichtungenbis750bar
•VersuchseinrichtungfüraktiveSysteme
imAntriebsstrang(VaSA)
•IntegrationvonVerbrennungsantriebeninkomplexe
Prüfaufbauten
•Prüfstandsdesign,SpannzeugkonstruktionundProben-
herstellungnachKundenanforderung
Labor-undPrüfeinrichtungenfür IhreindividuellenAnforderungen.
Stationäre Versuchsaufbauten:
•8ZweiaxialeRad-/Naben-VersuchsständefürPkw,Nutz-
undSonderfahrzeugesowieMotorrädereinschließlich
BremssimulationundAntriebssimulation
•VollkinematischerRad-StraßensimulatorW/ALT
(WheelAcceleratedLifeTesting)
•25-KanalGanzfahrzeugprüfstandfürPkw,Transporter,
Elektro-undHybridfahrzeuge
•12-Kanal-AchsprüfstandfürBetriebsfestigkeitsuntersuch-
ungenkomplexerSystemevonPkw-undNutzfahrzeugachsen
•Flexibeleinsetzbarer8-Kanal-Prüfstand(Nutzfahrzeuge,
Militärfahrzeuge,Schienenfahrzeuge)
•Versuchsaufbauzur2-oder3-kanaligenPrüfungvon
Sattelkupplungen
•GetriebeprüfstandfürKomponentenimAntriebsstrang
(Antriebswellen,Gelenke,KupplungenundKomplettge-
triebe),Nenndrehmomentmax.2000Nm,Drehzahlmax.
7500U/min
•LagerprüfstandzurpraxisnahenPrüfungvon
Pkw-RadlagerninderOriginalbaugruppe
•DreiaxialerVersuchsstandzurPrüfungvon
Pkw-Anhängerkupplungen
•ServohydraulischeSäulenprüfmaschinenvon5bis2500kN
•ResonanzprüfmaschinenfürPrüfkräftevon20bis600kN
•Kleinlastprüfständeab1N
•3Tension-TorsionPrüfstände
•2Elastomerprüfstände(1-und3-Kanal)
•Fallgewichtsanlagebis11000JEnergieeintrag
•Impactprüfständevon2bis800J,z.B.fürLeichtbaustrukturen,
•StatischeZug-undDruckprüfungmitbiszu200kN,
z.B.CompressionafterImpact(CAI)
•PrüfstandzurSimulationderPerformancevonMotorlagern
•PrüfstandzurCharakterisierungvonPiezoaktoren
•BatterieprüfzentrummitgroßerKlimakammerund
leistungsstarkemmehraxialenSchwingungstisch(MAST)
•HochdynamischePrüfmaschinebisca.2000Hzzur
CharakterisierungvonpassivenundaktivenLagern
Laboratory equipment and testing facilities – the entire world of testing technology.
106 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
•ElektromechanischerPrüfstandzurparallelenPrüfung
vonWerkstoff-ProbenfürElastomer-Wöhlerlinienunter
Temperaturbeanspruchung
Messtechnik:
•KundenspezifischeanalogeSignalaufbereitung(Filter,
Messbereichsanpassung,Temperatur-undFrequenzmessung)
•Kostengünstige,flexibelaufeinenAnwendungsfallanpass-
bareBeschleunigungsaufnehmer
•MessdatenerfassungphysikalischerGrößen,Telemetrieanlagen
zurErfassunganrotierendenSystemen,Hochfrequenzanalyse
•Modulare,freiprogrammierbareMessdatenerfassungfür
LangzeituntersuchungenanKundenfahrzeugenmitAbfrage
perModem
•Wärmebildkamera,z.B.zurThermischenSpannungsanalyse
(TSA)oderLock-inThermographie
•Bildkorrelationssystem(optischeDehnungs-und
Verformungsmessung)
•EntwicklungvonSensorik,speziellanMessaufgaben
desKundenangepasst
•AbrollprüfstandfürFahrzeugräder
•RapidControlPrototypingSystemealsEntwicklungs-
umgebungfürAlgorithmenderRegelungstechnikund
Signalverarbeitung
•4Pkw/Lieferwagen-MessräderRoaDyn®S650derFirma
KistleranpassbaranverschiedeneFelgengrößenundstatische
Radlasten
•4Nfz-MessräderderFirmaKistlerIGelRoaDyn®S6HTmit
Vertikal-undLongitudinalkraftmaximal200kN,Seitenkraft
maximal100kN,undentsprechendenBrems-/Antriebs-,
Hoch-undLängsmomenteanverschiedeneFahrzeuge
undKonfigurationenanpassbar
•SystemzurOrtungvonSchädeninGroßstrukturen
(AcousticEmission)
•Farbeindringprüfung
•FaseroptischeDehnungsmesstechnikmitSpleissgerät
undmehrerenInterrogatoren
•Ultraschallhandgerätmitverschiedenen
FrequenzbereichenfürMetalleundKunststoffe
•BerührungsloseMessungderDehnungsverteilung
mit3D-Kamerasystembis400Hz
•OptischeDehnungsregelungvonWöhlerversuchen
mitKunststoffen
•ComputertomographieundRöntgenlaminographie,
z.B.fürgroßeflächigeFaserverbundstrukturen
•UnwuchterregerfürdieSimulationvonAggregaten
•DigitalVideoMikroskop
•MobilesAuswuchtsystem
•MessplatzTF-Analyzer
•Rotations-LaservibrometerfüreinexzellentesSignal-
Rausch-Verhältnisundeinenbiszu20000U/min
erweitertenDrehzahlbereich
Strukturschwingungen und Akustik:
•ReflexionsarmerAkustik-Messraum
•Schallpegelmesser,Messmikrofone(20kHz),2Mikrofonarrays
•Mehrals50ein-bzw.dreiachsigeBeschleunigungsaufnehmer
(Messbereich:0Hzbis20kHz)
•Impulshämmer,elektrodynamischeShaker
•LaserScanningVibrometer(ein-unddreidimensionale,
berührungsloseSchwinggeschwindigkeitsmessung)
•Ein16-,40-undein64-kanaligesSystemzurErfassung
undAnalysevibroakustischerMessgrößen
• Datenlogger
•LMSTestLabundLMSTestXpress
•AkustischeKamerazurLokalisierungakustischerEmissionen
•KunstkopfMesssystemfürhörgerechteserfassenakustischer
Messgrößen
•BauakustikMesssystemnachDINStandard
•Schallintensitäts-Sonde
•SchallquellenortungmittelsakustischerHolographie
•Experimentelle(EMA)undoperationelle(OMA)Modalanalyse,
Betriebsschwingformanalyse(ODS)
•Transferpfadanalyse
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 107
•AnalyseimZeit-undFrequenzbereich(z.B.Transferverhalten,
FourierAnalyse,Terzanalyse,Torsionsschwingungen,
Psychoakustik)
•Bewegungs-undVerformungsanalyseinkl.Visualisierung
mitHochgeschwindigkeitskameras
Umweltsimulation unter zyklischer Belastung:
•KlimakammernzurTrocknung;KonditionierungvonProben
undBauteilensowiezurSimulationvonUmweltbedingungen
fürTemperaturbereichevon-70 °Cbis+350°C
•Hochtemperaturversuchseinrichtungenbis1100°C
•EinrichtungenzurSimulationvonMedieneinflüssen,wie
z.B.Salz,Bremsflüssigkeit,KraftstoffemitTemperaturregelung
bis100°C,Wasserstoff
•MechanischeVibrationsbelastung(Sinus,Rauschen,Schock)
mitüberlagerterthermischerBeanspruchung
•SimulierteBewitterung(Ci4000Weather-Ometer)
•PrüfkörperfürUmwelteinflüsseanKunststoffen
(MultiTesterundMultiWeldTester)
Sonderversuchsstände:
•Kombiniertelektrisch,mechanischePrüfungvonSensoren
(z.B.DMS,FOBG)undstrukturintegriertenKomponenten
(z.B.Faserverbund-Sensor-Wechselwirkungen)
•BelastungseinrichtungenzurQualifzierungmultifunktionaler
Materialien
•HochdynamischePrüfanlagenfürAnwendungen
biszu1000Hz(z.B.zurPrüfungvonMikrosystemen,
CharakterisierungvonElastomeren,etc.)
•ElektrischeundmechanischeZuverlässigkeitsprüfung
vonAkkusundElektronik-Bauteilen
Prototypen Fertigung:
•Kunststoff-Lasersinter-SystemEOSINTP3
•Drahterodiermaschine
•Startlochbohrmaschine
•Wasserstrahlschneidanlage
•3D-Drucker
•FräsmaschineDatronM8
•ReflowOfen
Material- und Bauteilentwicklung von Kunststoffen:
FürdieEntwicklungneuerunddiekundenspezifischeAnpas-
sungetablierterMaterialien,WerkstoffeundBauteileverfügt
dasFraunhofer-InstitutfürBetriebsfestigkeitundSystemzuver-
lässigkeitLBFüberflexibelnutzbareSyntheselabore,analyti-
scheCharakterisierungsmethodenundVerarbeitungstechnika.
Polymersynthese und Additiventwickung:
•SynthesenunterverschiedenstenBedingungenvom
GrammbiszumKilogramm-Maßstab
•ModerneSyntheseverfahrenz.B.kontrolliertePolymerisation
•Oberflächenmodifizierung
•Formulierungsentwicklung
Kunststoffverarbeitung:
•CompoundierungmitDoppelschneckenextrudern
von11bis34mm
•Flachfolienextrusion
•Spritzguss
•BeschichtungvonFolienimRolle-zu-Rolle-Verfahren
•Inline-ProzesskontrolleverschiedenerKunststoff-
verarbeitungsverfahren
108 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Realitätsnah simulieren
KomplementärzuunserenexperimentellenEntwicklungsdienst-
leistungenfindenSieimFraunhoferLBFeinumfangreiches
AngebotanSimulationslösungen.Wirbietendienumerische
AnalysevonSystemen,ihreOptimierungundauchdieNeuent-
wicklungvonpassivenundaktivenTeil-oderGesamtsystemen.
Systemanalyse und Bewertung:
WirbeurteilenIhreKomponentenundSystemenachstatischen,
dynamischen,zyklischenundmultiphysikalischenGesichtspunkten:
•NumerischeBauteilbewertungunterBerücksichtigungder
Fertigung(Urformen,Umformen,Fügen,Kerben,
Eigenspannungen)
•RechnerischeBetriebslastensimulationundLebensdauerab-
schätzungaufBasissimulierterundgemessenerBelastungen
•SimulationinhomogenerWerkstoffsysteme,z.B.
Verbundwerkstoffe
•BerücksichtigungdesnichtlinearenWerkstoffverhaltens
•Analysemechanischer,elektromechanischer,thermo-
mechanischerundvibroakustischerSysteme
•SchwingungstechnischeBewertungundOptimierung
technischerSystemeFertigungssimulationoptimiertBau-
teileigenschaften
Faserverbundlabor:
•FormenbauunterNutzungvonz.B.Rapid-Prototyping
•Prototypen-Fertigung
•HerstellungvonFaserverbundprobenmitPrepreg,
Vakuuminfusion,VAP,RTM
Polymeranalytik:
•BestimmungderchemischenIdentitätvonKunststoffen
undAdditiven
•Molekulargewichtsbestimmung-undVerteilungvonPolymeren
durchGrößenausschlusschromatographie(GPC,SEC)
•ChemischeZusammensetzungundFunktionalitätsanalyse
vonPolymeren
•MehrdimensionaleTrennverfahrenundMethodenkopplungen
Materialeigenschaften:
•ThermischeEigenschaften:z.B.Schmelztemperatur/
GlasübergangstemperaturdurchDSCoderDMA
•ThermischeStabilitätundFüllstoffgehaltevonKunststoffen
durchThermogravimetrie(TGA)
•Morphologie/KristallinitätmitStreumethoden
•BestimmungelektrischerEigenschaften,
triboelektrischeAufladung
• Rheologie
•BrandeigenschaftenvonKunststoffe
Fürverschiedene,standardisiertePrüfungen(z.B.dieRad-
prüfungimzweiaxialenRad-/Naben-Versuchsstand)istunser
InstitutakkreditiertnachDINENISO/IEC17025:2005.
Realitätsnah simulieren
KomplementärzuunserenexperimentellenEntwicklungsdienst-
leistungenfindenSieimFraunhoferLBFeinumfangreiches
Faserverbundlabor:
•FormenbauunterNutzungvonz.B.Rapid-Prototyping
•Prototypen-Fertigung
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 109
MehrüberunsereAngeboteerfahrenSieaufdenFraunhofer
LBF-Internetseiten:www.lbf.fraunhofer.de
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Unser Know-how verbessert Ihren Entwicklungsprozess:
WirdimensionierenIhreKomponentenundBauteile
bedarfsgerecht:
•Topologie-undGestaltoptimierungimHinblickaufFunktiona-
lität,Betriebsfestigkeit,LeichtbauundFertigungsrestriktionen
•Lastdatenableitung,z.B.durchMehrkörpersimulation,auch
unterVerwendungdomänenübergreifenderSimulationen
•EntwicklungmechatronischerundadaptronischerSysteme
WirentwickelnModellezurrealistischenBeschreibung
desWerkstoff-,Bauteil-undSystemverhaltens:
•ModellierungvonKomponenten(AktorenundSensoren)
aufBasisvonFunktionswerkstoffenmitelektromechanischer
Kopplung(piezoelektrischeWandler,elektroaktiveElastomere,
magnetorheologischeFluide,Formgedächtnislegierungen)
•EntwicklungnichtlinearerWerkstoff-undStrukturmodelle
(z.B.Elastomermodelle,Verbundwerkstoffe)
•MultidisziplinäreSimulation–KopplungvonSimulationscodes
•OrdnungsreduktionvonFE-ModellenfürdieSystemsimulation
•IdentifikationvonSimulationsmodellenausMessdaten
•ÜberführenvonModelleninEchtzeitanwendungen
•AnpassungundOptimierungvondynamischenSimulations-
modellenzurLastdatenbestimmung
•AuslegungvonfaserverstärktenKunststoffbauteilenunter
BerücksichtigungdesHerstellungsprozesses
•MaterialkartenentwicklungfürdieKunststoffsimulation
•AufstellenvonanisotropenSteifigkeitsmatrizenüber
Homogenisierungsmethoden
DieUmsetzungvonVorschriften,NormenundZulassungs-
bedingungenineffizienteundaufdenEntwicklungsprozess
abgestimmteNachweisverfahrenderSystemeigenschaften
isteineunsererStärken.Beispiele:
•ErarbeitungkombinierterNachweisverfahren(Versuch/
Simulation)fürdieSicherheitvonBauteilen
•AbleitungvonErsatzversuchen
•EntwicklungvonMethodenzurBewertungderBetriebsfestig-
keitvonMetall-undKeramikbauteilensowievonBauteilen
ausverstärktenundunverstärktenKunststoffen
Entwicklung von Neusystemen:
ErgebnisseunsererMarktvorlaufforschungkönnenIhre
Produktevoranbringen.DieengeVerknüpfungzurTechnischen
UniversitätDarmstadtundBeteiligunganSonderforschungsbe-
reichenderDFGundandererwissenschaftlicherGroßprojekte
vernetzenunsmitderGrundlagenforschungauchimBereich
dernumerischenMethoden.AnderSchnittstellezwischen
ForschungundUmsetzungnutzenwirdieseErkenntnissezur
UnterstützungIhrerEntwicklungsaufgaben.
ProfitierenSieauchvonunserenstarkenNetzwerkenund
unsererExpertisebeiderAkquisitionvonFördermöglichkeiten
durchEU,BundundLand.
110 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
DieFraunhofer-Gesellschaft.The Fraunhofer Gesellschaft.
ForschenfürdiePraxisistdiezentraleAufgabederFraunhofer-
Gesellschaft.Die1949gegründeteForschungsorganisation
betreibtanwendungsorientierteForschungzumNutzender
WirtschaftundzumVorteilderGesellschaft.Vertragspartner
undAuftraggebersindIndustrie-undDienstleistungsunter-
nehmensowiedieöffentlicheHand.
DieFraunhofer-GesellschaftbetreibtinDeutschlandderzeit
66InstituteundForschungseinrichtungen.Knapp24.000
MitarbeiterinnenundMitarbeiter,überwiegendmitnatur-oder
ingenieurwissenschaftlicherAusbildung,erarbeitendasjährliche
Forschungsvolumenvonmehrals2MilliardenEuro.Davon
fallenrund1,7MilliardenEuroaufdenLeistungsbereich
Vertragsforschung.Über70ProzentdiesesLeistungsbereichs
erwirtschaftetdieFraunhofer-GesellschaftmitAufträgenaus
derIndustrieundmitöffentlichfinanziertenForschungspro-
jekten.Knapp30ProzentwerdenvonBundundLändernals
Grundfinanzierungbeigesteuert,damitdieInstituteProblem-
lösungenentwickelnkönnen,dieerstinfünfoderzehnJahren
fürWirtschaftundGesellschaftaktuellwerden.
InternationaleKooperationenmitexzellentenForschungs-
partnernundinnovativenUnternehmenweltweitsorgenfür
einendirektenZugangzudenwichtigstengegenwärtigen
undzukünftigenWissenschafts-undWirtschaftsräumen.
MitihrerklarenAusrichtungaufdieangewandte
ForschungundihrerFokussierungaufzukunfts-
relevanteSchlüsseltechnologienspieltdieFraunhofer-
GesellschafteinezentraleRolleimInnovationsprozess
DeutschlandsundEuropas.DieWirkungderange-
wandtenForschunggehtüberdendirektenNutzen
fürdieKundenhinaus:MitihrerForschungs-und
EntwicklungsarbeittragendieFraunhofer-Institute
zurWettbewerbsfähigkeitderRegion,Deutschlands
undEuropasbei.SiefördernInnovationen,stärkendie
technologischeLeistungsfähigkeit,verbesserndieAkzeptanz
modernerTechnikundsorgenfürAus-undWeiterbildungdes
dringendbenötigtenwissenschaftlich-technischenNachwuchses.
IhrenMitarbeiterinnenundMitarbeiternbietetdieFraunhofer-
GesellschaftdieMöglichkeitzurfachlichenundpersönlichen
EntwicklungfüranspruchsvollePositioneninihrenInstituten,
anHochschulen,inWirtschaftundGesellschaft.Studierenden
eröffnensichaufgrundderpraxisnahenAusbildungund
ErfahrunganFraunhofer-InstitutenhervorragendeEinstiegs-
undEntwicklungschanceninUnternehmen.
NamensgeberderalsgemeinnütziganerkanntenFraunhofer-
GesellschaftistderMünchnerGelehrteJosephvonFraunhofer
(1787–1826).ErwaralsForscher,ErfinderundUnternehmer
gleichermaßenerfolgreich.
www.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 111FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 111
Der Fraunhofer-Verbund MATERIALS bündelt die Kompe-
tenzen der materialwissenschaftlich orientierten Institute
der Fraunhofer-Gesellschaft.
MaterialwissenschaftundWerkstofftechnikumfasstbei
FraunhoferdiegesamteWertschöpfungskettevonderEnt-
wicklungneuerundderVerbesserungbestehenderMaterialien
überdieFertigungsverfahrenimquasi-industriellenMaßstab,
dieCharakterisierungderEigenschaftenbishinzurBewertung
desEinsatzverhaltens.EntsprechendesgiltfürdieausdenMate-
rialienhergestelltenBauteileundderenVerhalteninSystemen.
InalldiesenFeldernwerdennebendenexperimentellenUnter-
suchungeninLaborsundTechnikagleichrangigdieVerfahren
dernumerischenSimulationundModellierungeingesetzt,dies
überalleSkalen,vomMolekülbiszumBauteilundzurProzess-
simulation.StofflichdecktderFraunhofer-VerbundMATERIALS
dengesamtenBereichdermetallischen,anorganisch-nichtme-
tallischen,polymerenundausnachwachsendenRohstoffen
erzeugtenWerkstoffesowieHalbleitermaterialienab.
DerVerbundsetztseinKnow-howvorallemindenGeschäfts-
feldernEnergie&Umwelt,Mobilität,Gesundheit,Maschinen-&
Anlagenbau,Bauen&Wohnen,Mikrosystemtechnikund
Sicherheitein.ÜbermaßgeschneiderteWerkstoff-undBauteil-
entwicklungensowiedieBewertungdeskundenspezifischen
EinsatzverhaltenswerdenSysteminnovationenrealisiert.Mit
strategischenVorschauenunterstütztderVerbunddieEnt-
wicklungvonMaterialenundTechnologienfürdieZukunft.
Ziele des Verbundes sind:
•ErhöhungvonSicherheitundKomfortsowieReduzierung
desRessourcenverbrauchsindenBereichenVerkehrstechnik,
Maschinen-undAnlagenbau,Bauen&Wohnen.
•SteigerungderEffizienzvonSystemenderEnergieerzeugung,
Energiewandlung,Energiespeicherungund-verteilung.
•VerbesserungderBiokompatibilitätundderFunktionvon
medizin-oderbiotechnischeingesetztenMaterialien.
•ErhöhungderIntegrationsdichteundVerbesserungder
GebrauchseigenschaftenvonBauteilenderMikroelektronik
undMikrosystemtechnik.
•VerbesserungderNutzungvonRohstoffenundQualitätsver-
besserungderdaraushergestelltenProdukte,Recyclingkon-
zepte
Beteiligt sind die Fraunhofer-Institute für
•AngewandtePolymerforschungIAP
•BauphysikIBP
•BetriebsfestigkeitundSystemzuverlässigkeitLBF
•ChemischeTechnologieICT
•FertigungstechnikundAngewandteMaterialforschungIFAM
•Holzforschung,Wilhelm-Klauditz-Institut,WKI
•KeramischeTechnologienundSystemeIKTS
•Kurzzeitdynamik,Ernst-Mach-Institut,EMI
•SilicatforschungISC
•SolareEnergiesystemeISE
•System-undInnovationsforschungISI
•WerkstoffmechanikIWM
•ZerstörungsfreiePrüfverfahrenIZFP
•WindenergieundEnergiesystemtechnikIWES
sowie als ständige Gäste die Institute für:
•Techno-undWirtschaftsmathematikITWM
•Grenzflächen-undBioverfahrenstechnikIGB
•IntegrierteSchaltungenIIS.
Verbundvorsitzender:
Prof.Dr.-Ing.PeterElsner
Fraunhofer-InstitutfürChemischeTechnologieICT
Joseph-von-Fraunhofer-Straße7·76327Pfinztal
Stellv. Verbundvorsitzender:
Prof.Dr.-Ing.PeterGumbsch,FraunhoferIWM
Geschäftsführung:
Dr.phil.nat.UrsulaEul
Telephone:+496151705-262·Fax:+496151705-214
ursula.eul@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-InstitutfürBetriebsfestigkeitund
SystemzuverlässigkeitLBF·Bartningstraße47·64289Darmstadt
www.materials.fraunhofer.de
Fraunhofer-VerbundMATERIALS.The Fraunhofer Materials Group.
© F
rau
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AM
112 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
AusgründungenundBeteiligungendesFraunhoferLBF.Fraunhofer LBF spin-offs.
ISYS Adaptive Solutions GmbH – Reliable tests for reliable products
DieISYSAdaptiveSolutionsGmbHisteinSpin-OffdesFraunhoferLBFausdemBereichAdaptronikmit
SitzinDarmstadt-Kranichstein.KerngeschäftistdieEntwicklungundderVertriebvonSonderprüfmaschinen,
insbesondereprüftechnischeLösungenzurhöherfrequentenundhochpräzisenmechanischenCharakterisierungundDauerprüfung
vonMaterialproben,Klein-undKleinstbauteilen.UnterVerwendungpiezokeramischerAktorenwurdenindenletztenJahrenstandar-
disiertePrüfmaschinenentwickelt,dieaufkundenspezifischeAnforderungenangepasstwerdenkönnen.InKooperationmitdem
FraunhoferLBFkonntendiesePrüfmaschinenunteranderemfürUntersuchungendesVHCF-(VeryHighCycleFatigue)Verhaltensopti-
miertwerdenundliefernseitdemBauteil-undMaterialkennwerteäußersterPräzisionundZuverlässigkeit.EinneuerGeschäftszweig
derISYSAdaptiveSolutionsistdieApplikationvonSpezial-Dehnungsmessstreifen.AufdiejeweiligenKundenbedürfnisseangepasste
DehnungsmessstreifenwerdenauchinkleinsterAuflageentwickelt,produziertundbeiBedarffachgerechtappliziert.Darüberhinaus
bietetdieISYSinKooperationmitExpertendesFraunhoferLBFstrukturdynamischeAnalysenunddarausabgeleiteteOptimierungen
vonPrüf-undProduktionsmaschinenan.
Ansprechpartner:Dipl.-Kfm.AndréNeu·Telephone:+49615166920-0·info@isys-as.de·www.isys-as.de
Software-Entwicklung und Vertrieb (S&S GmbH)
DieStress&StrengthGmbH(S&S)wurdeimMai2000vomFraunhoferLBFalsSpin-Offgegründet.Kern-
geschäftistEntwicklungundVertriebvonSpezialsoftwarefürdieZeitreihen-undDatenanalysesowieden
rechnerischenBetriebsfestigkeitsnachweis.DasSpin-OffbefasstsichhauptsächlichmitdersoftwaretechnischenUmsetzungvonim
FraunhoferLBFentwickeltennumerischenMethodenundvertreibtdieseSoftwareprodukte.AlsKMUistdieS&Saucherfolgreich
alsProjektpartnerfürFörder-undForschungsprojekteindenobengenanntenKompetenzbereicheneingebunden.ZieldesUnter-
nehmensistes,alsPartnermitbreitgefächerterKompetenzfürSoftwareundAlgorithmeninderBetriebsfestigkeitdieIndustrie,
vorallemindenBranchenAutomobil-,Bahn-,Luft-undRaumfahrtindustrie,Medizintechnik,OptikunddesMaschinenbausbei
ForschungundEntwicklungzuunterstützen.UnteranderemzählenfolgendeUnternehmenzuihrenKunden:AccurideWheel
EndSolutions(USA)|AlcoaWheelProductsEuropeLtd(Ungarn)|AudiAG|HyundaiMotorGroup(Südkorea)|MANNutzfahr-
zeugeAG|OttoFuchsMetallwerke|Dr.Ing.h.c.F.PorscheAktiengesellschaft|UniwheelsAutomotive(Germany)GmbH|
WheelsIndiaLtd.(Indien).
Ansprechpartner:Dipl.-Kfm.AndréNeu·Dipl.-Ing.RüdigerHeim·Telephone:+49615196731-0·info@s-and-s.de·www.s-and-s.de
Fluid Digital Control
DieFludiconGmbHistTechnologieführerimBereichderElektrorheologie.Elektrorheologische
Fluide(ERF)lassensichinihrerViskositätdurchAnlegeneineselektrischenSteuerfeldes
verändern.DarüberkönnenadaptiveKomponentenwiez.B.verstellbareDämpfer,Kupplungen,nicht-mechanischeVentile
undAktorenrealisiertwerden.Fludiconwurde2001alsSpin-OffderSchenckAGinDarmstadtgegründet.Heutesinddas
FraunhoferLBFundseinWürzburgerSchwesterinstitut,dasFraunhoferISC,anderFludiconGmbHbeteiligt.Durchdie
BeteiligungderForschungsinstituteamUnternehmenkönnenForschungsergebnisseundMarkterfordernissebesserabge-
glichenundInnovationenschnellerrealisiertwerden.FraunhoferISCundLBFbringendabeiihreExpertiseindenBereichen
derMaterialtechnologie(ISC)undaktiven,elektromechanischenStruktursystemensowiederStrukturoptimierung(LBF)ein.
Ansprechpartner:Dipl.-Ing.HeinzUlrichHensgen·Telephone:+4961512798-6·kontakt@fludicon.de·www.fludicon.de
Das Technologienetzwerk Rhein-Main Adaptronik e. V.
wurde 2007 auf Initiative des Fraunhofer LBF als einge-
tragener Verein in Darmstadt gegründet. Hier ist auch
die Geschäftsstelle angesiedelt.
Zu den Mitgliedern gehören kleine und mittlere Betriebe
sowie große Industrieunternehmen, hinzu kommen
Universitäten, Fachhochschulen und Forschungsein-
richtungen. Der Verein bietet damit ein breites Kompe-
tenzspektrum rund um die Adaptronik, von Materialien
und Werkstofftechnik über Sensorik und Aktorik bis hin
zu Prototyping und Prüftechnik, von der Grundlagenun-
tersuchung bis zur Anwendung.
ZieldesRhein-MainAdaptronike.V.istes,AkteureausWirt-
schaftundWissenschaft,dieanunterschiedlichenStellender
Wertschöpfungsketteforschen,entwickelnoderanwenden,zu
vernetzenundweiterePotenzialederTechnologiezuerarbeiten
undauszuschöpfen.
DerVereinbietetseinenMitgliederneinePlattformzumoffenen
Dialog,zumvertrauensvollenErfahrungsaustauschundzur
InitiierungundUmsetzunggemeinsamerProjekte.Darüber
hinauszählenu.a.InformationenzuFörderoptionenund
Fachveranstaltungen,gemeinsameMarketingaktivitätensowie
VermittlungvonKooperationspartnernzudenZielen.
Rhein-MainAdaptronike.V.richtetsichvorallemandieZiel-
märkteAutomotive,Maschinen-undAnlagenbau,Aerospace
undAutomatisierungstechnik.
DasZusammenführenvongeeignetenPartnernwirdfortge-
setztunderweitert.Perspektivischisteinebundesweite
AusweitungderVereinsaktivitätenvorgesehen.ImZugedieser
auchgeografischenAusweitungwirdsichderVerein2015in
„KompetenznetzAdaptronike.V.“umbenennen.
Vorstand:
Prof.Dr.-Ing.TobiasMelz(Vorsitzender),FraunhoferLBF
Dr.HartmutBaumgart,AdamOpelAG
Dr.phil.nat.UrsulaEul(stv.Vorsitzendeund
Geschäftsführung),FraunhoferLBF
Telephone:+496151705-262
eul@rhein-main-adaptronik.com
www.rhein-main-adaptronik.com
Mitglieder im Netzwerk sind (Stand Dezember 2014):
•AdamOpelAG
•ContiTechVibrationControlGmbH
•DeutschesZentrumfürLuft-undRaumfahrte.V.(DLR)
•FLUDICONGmbH
•Fraunhofer-InstitutfürBetriebsfestigkeit
undSystemzuverlässigkeitLBF
•FreudenbergForschungsdiensteKG
•InstitutfürFaserverbundleichtbauundAdaptronikdesDLRe.V.
•HochschuleDarmstadt
•ISYSAdaptiveSolutionsGmbH
•KSBAktiengesellschaft
•LORDGermanyGmbH
•MecatronixAG
•SparkasseDarmstadt(Fördermitglied)
•SchenckRoTecGmbH
•TechnischeUniversitätDarmstadt
•ts3–thesmartsystemsolutiongmbh
Rhein-MainAdaptronik:EinePartnerschaft,vieleVorteile.One partnership – many advantages.
113
Save the Date!
6.und7.April2016inDarmstadt
AllianzenundNetzwerke.Alliances and networks.
114 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
MitunseremEngagementinVerbündenundmarktorientiertenNetzwerkeninnerhalbundaußerhalbderFraunhofer-Gesell-
schafterweiternwirIhreundunsereMöglichkeitenintechnischerundwirtschaftlicherHinsicht.Dieengeundinterdisziplinäre
ZusammenarbeitmitunserenspezialisiertenSchwester-InstitutenimFraunhofer-LeistungsverbundschaffthervorragendeVoraus-
setzungenfürdenAufbauvonSystemleistungenundverstärktunsereInnovationskraftfürdieAuslegungIhrerProduktentwick-
lungen.GleichzeitigkönnenwirmitdenIndustriepartnernindenwirtschaftsnahenNetzwerkenüberdieProzesskettehinweg
neueEntwicklungenwettbewerbsfähigundeffizientgestalten.NutzenSieunsereumfangreichenMöglichkeitenineinem
NetzwerkvonExpertenausWirtschaft,WissenschaftundangewandterFuE.
Fraunhofer-Allianz Leichtbauwww.leichtbau.fraunhofer.deSprecher(komm.):Prof.Dr.-Ing.AndreasBüterandreas.bueter@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Allianz Numerische Simulation von Produkten und Prozessenwww.simulation.fraunhofer.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:BjörnHaffke·björn.haffke@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Allianz Hochleistungskeramikwww.hochleistungskeramik.fraunhofer.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Dr.-Ing.KlausLipp·klaus.lipp@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Allianz Verkehrwww.verkehr.fraunhofer.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Prof.Dr.-Ing.TobiasMelztobias.melz@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Allianz Adaptronikwww.adaptronik.fraunhofer.deSprecher:Prof.Dr.-Ing.TobiasMelztobias.melz@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Verbund Werkstoffe, Bauteilewww.vwb.fraunhofer.deGeschäftsführung:Dr.phil.nat.UrsulaEulursula.eul@lbf.fraunhofer.deVerbundsprecher:Prof.Dr.Ing.PeterElsner(FraunhoferICT)
Fraunhofer-Allianz autoMOBILproduktionwww.automobil.fraunhofer.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Dipl.-Ing.IvoKrauseivo.krause@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Innovationscluster Technologien für den hybriden Leichtbau »KITe hyLITE «, Karlsruhewww.fahrzeugleichtbau.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Prof.Dr.-Ing.AndreasBüter·andreas.bueter@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer Academywww.academy.fraunhofer.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Prof.Dr.-Ing.AndreasBüterandreas.bueter@lbf.fraunhofer.de
Fraunhofer-Allianz Batterienwww.batterien.fraunhofer.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Dr.-Ing.ChalidelDsokichalid.el.dsoki@lbf.fraunhofer.de
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 115
Ourinvolvementinalliancesandmarket-orientednetworkswithinandoutsideoftheFraunhoferGesellschaftexpandsyour
technicalandeconomicpossibilities.Thecloseandinterdisciplinarycooperationwithourspecializedsisterinstitutesinthe
Fraunhoferperformancealliancelaystheoptimumfoundationsforthesetupofsystemperformancesandstrengthensour
innovationpotentialforthedesignofyourproductdevelopments.Atthesametime,wecancreatecompetitiveandvery
profitablenewdevelopmentsalongtheprocesschainwithindustrypartnersinmarket-relatednetworks.Takeadvantageof
ourextensivepossibilitiesinanetworkofexpertsfrombusiness,researchandadministration.
www.rhein-main-adaptronik.deVorstandsvorsitzender:Prof.Dr.-Ing.TobiasMelzGeschäftsführung:Dr.phil.nat.U.Euleul@rhein-main-adaptronik.com
www.euceman.comAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Prof.Dr.-Ing.TobiasMelztobias.melz@lbf.fraunhofer.de
www.materials-valley-rheinmain.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Prof.Dr.-Ing.TobiasMelztobias.melz@lbf.fraunhofer.de
www.forum-elektromobilitaet.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Dipl.-Ing.RüdigerHeimruediger.heim@lbf.fraunhofer.de
www.earpa.orgAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Prof.Dr.-Ing.ThiloBeinthilo.bein@lbf.fraunhofer.de
www.dvm-berlin.deAnsprechpartnerimFraunhoferLBF:Dipl.-Ing.RüdigerHeimruediger.heim@lbf.fraunhofer.de
FraunhoferLBF– ZahlenundFakten.Fraunhofer LBF – further facts and figures.
DetaillierteInformationenfindenSieunter:www.lbf.fraunhofer.de/datenundfakten
29 x Vorlesungen Lectures
67 x AkademischeAbschlüsse (Promotionen,Master,Diplomarbeiten) Academicexaminations
234 xPresseveröffentlichungen Press releases
96 xwissenschaftliche Veröffentlichungen scientificpublications
62 xMitarbeitininternationalen FachausschüssenundGremien Workininternationalexpertcommitteesandpanels
FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014 117
InformationenzuwissenschaftlichenVeröffentlichungen2014,Vorträgen,Vorlesungen,Promotionen,Patentensowieunserem
EngagementinFachausschüssenbietenwirIhnenineinemgesondertenPDFan.SiefindenesaufunsererInternetseite
www.lbf.fraunhofer.de/datenundfakten. DarüberhinausinformierenwirSieaufdenFraunhoferLBF-Webseitenauchstetsüber
aktuelleVorträgeunsererWissenschaftlersowieüberVeranstaltungenundMessen,andenendasFraunhoferLBFbeteiligtist.
Informationregardingscientificpublicationsreleasedin2014,papers,lectures,doctoratespatentsandourinvolvement
invarioustechnicalcommitteeshasbeenconsolidatedinaseparatepdffile,whichyouwillfindonourwebsite
www.lbf.fraunhofer.de/datenundfaktenInaddition,ourwebsitealsoprovidesinformationonthelatestpapers
readbyourscientistsaswellasinformationonongoingeventsandtradeshowsattendedbyFraunhoferLBF.
118 FRAUNHOFER LBF ANNUAL REPORT 2014
Herausgeber | Publisher
Fraunhofer-InstitutfürBetriebsfestigkeit
undSystemzuverlässigkeitLBF
Bartningstraße47
64289Darmstadt
Telephone:+496151705-0
Fax:+496151705-214
info@lbf.fraunhofer.de
www.lbf.fraunhofer.de
Institutsleitung | Acting Director of Institute
Prof.Dr.-Ing.TobiasMelz(komm.)
Redaktion | Editor
Dr.phil.nat.UrsulaEul,
AbteilungsleiterinStrategischesManagement
Koordination | Coordination
AnkeZeidler-Finsel,
PresseundÖffentlichkeitsarbeit
Koordinaten für GPS | GPS coordinates
49°54’13’’N
08°40’56’’E
DieAnfahrtsbeschreibungfindenSieimInternetunter:
www.lbf.fraunhofer.de/anfahrt
Konzeption | Conception
Dr.phil.nat.UrsulaEul,FraunhoferLBF
innos–SperlichGmbH,Göttingen,www.innos-sperlich.de
Design / Layout / PrePress
GuteBotschafterGmbH
SpezialistenfürPositionierungsdesign
HalternamSee,KölnamRhein,WienanderDonau
www.gute-botschafter.de
Fotografie | Photography
KatrinBinner,RüdigerDunker,fotolia(Assmy,Clarini,
goodluz,Gunnar,Grafvision,kmiragaya,PictureArt),
istockphoto(koi88),LBF-Archiv,JürgenMai,MEVVerlag
GmbH,FelixKrumbholz,RolandPlatz,UrsulaRaapke
Druck | Printing
gutenbergbeuysgesellschaftfürdigital-
undprintmedienmbh,feindruckerei,Hannover
www.feindruckerei.de
ISSN
1864-0958
©Fraunhofer-InstitutfürBetriebsfestigkeitund
SystemzuverlässigkeitLBF,Darmstadt,März2015
AlleRechte,insbesonderedasRechtderVervielfältigung
undVerbreitungsowiederÜbersetzung,vorbehalten.
Impressum.Imprint.
Dr. Hartmut Baumgart (Vorsitzender)
Adam Opel AG, Rüsselsheim
Dr.-Ing. Gerold Bremer
Volkswagen AG, Wolfsburg
Dr.-Ing. Mathias Glasmacher
Diehl Stiftung & Co. KG, Nürnberg
Dr. Arbogast M. Grunau
Schaeffler Technologies AG & Co. KG, Herzogenaurach
Dr.-Ing. Frank Höller
Carl Zeiss AG, Oberkochen
Dr.-Ing. Ferdinand Hollmann
Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bonn
Dr. Stefan Kienzle
Daimler AG, Ulm
Dr. Patrick Kim
Bayerische Motorenwerke AG, München
Dr.-Ing. Peter Klose
Klose Engineering GbR, Hardthausen
Dr. Ulrike Mattig
Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Kunst, Wiesbaden
Dr.-Ing. Andreas Müller
Dr. h.c. F. Porsche AG, Weissach
Prof. Dr.-Ing. Matthias Oechsner
Technische Universität Darmstadt, Darmstadt
Hermann Riehl
Bundesministerium für Bildung und Forschung, Bonn
Dr.-Ing. Oliver Schlicht
Audi AG, Ingolstadt
Edgar Westermair
Bayerische Motorenwerke AG, München
Dr. Hans-Joachim Wieland, FOSTA Forschungsvereinigung
Stahlanwendung e. V., Düsseldorf
Die Institutsleitung des Fraunhofer LBF dankt den Kuratoren im Namen aller Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter für ihr Engagement sowie für die fruchtbare und konstruktive Zusammenarbeit!
Das Kuratorium setzt sich aus Vertretern der Wissenschaft, Wirtschaft und öffentlichen Hand zusammen. Die Mitglieder stehen dem Vorstand der Fraunhofer-Gesellschaft und der Institutsleitung beratend zur Seite.
Kuratorium.Board of Trustees.
Vielen Dank für Ihr Vertrauen!Thank you for your trust!
Wir danken allen Kunden und Partnern, die uns für den Jahresbericht 2014 ihr Logo zur Verfügung gestellt haben und allen, die in Projekten mit uns kooperiert haben.
FR
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ISSN 1864-0958
www.lbf.fraunhofer.de Jahresbericht Annual report 2014
V I B R A T I O N T E C H N O L O G Y, L I G H T W E I G H T C O N S T R U C T I O N , R E L I A B I L I T Y, P O LY M E R T E C H N O L O G Y