Forschungsprojekte

Elastomere Koppelelemente in Lärmschutzwänden müssen bis zu 50 Jahre teilweise extremen klimatischen und mechanischen Belastungen widerstehen. Das Fraunhofer IWM entwickelt eine wissenschaftlich fundierte Methodik zur Lebensdauervorhersage mittels Temperatur-Zeit-Superposition, kombiniert mit innovativen Prüfverfahren zur In-situ-Bestimmung des Ist-Zustandes alternder Infrastruktur. Projektergebnis sind praxistaugliche Werkzeuge zur Materialqualifikation, die weit über den Bahnbereich hinaus für alle Branchen mit elastomeren Dichtsystemen unter Umwelteinfluss relevant sind, vom Fassaden- bis zum Anlagenbau.

Das Projekt FingerKIt von fünf Fraunhofer-Instituten zielte darauf ab, individualisierte Fingergelenksimplantate mit Hilfe von KI und 3D-Druck zu entwickeln.

Wasserstoffverbrennung in Flugtriebwerken erzeugt deutlich mehr Wasserdampf im Abgas als Kerosin. Die Folgen für die Lebensdauer von Turbinenwerkstoffen sind bislang kaum erforscht. Das Fraunhofer IWM entwickelt einen neuartigen Prüfstand, um Nickelbasislegierungen erstmals in situ unter realitätsnaher Wasserdampf- und Wasserstoffatmosphäre bei hoher Temperatur zu testen. Zehn Werkstoffe werden geprüft, Schädigungsmechanismen aufgeklärt und Abschlagsfaktoren ermittelt Es entsteht eine wichtige Wissensbasis für Unternehmen, die wasserstofftaugliche Turbinenkomponenten sicher auslegen wollen.

Additiv gefertigte Turbinenbauteile aus Nickellegierungen wie IN718 gelten als leicht und effizient. Wie zuverlässig sie im Betrieb tatsächlich sind, untersucht das Projekt HT-Schwellenwert-II. Es überträgt ein bewährtes Konzept zur bruchmechanischen Bewertung des Kurzrissverhaltens auf praxisnahe Bedingungen wie hohe Temperaturen, unterschiedliche Frequenzen, Umgebungsbedingungen und Haltezeiten. Das Projekt liefert dabei abgesicherte Werkstoffdaten, ein weiterentwickeltes Software-Tool zur Bewertung von Materialfehlern (Defekten) und praxisnahe Handlungsempfehlungen, die auch ohne Spezialwissen in Bruchmechanik anwendbar sind.

Wasserstoff versprödet Metalle, teilweise auch bei hohen Temperaturen, wie sie in Gasturbinen, Kompressoren, Elektrolyseuren oder Wärmetauschern auftreten. Bisherige Autoklav-Prüfungen sind teuer, aufwendig und stoßen ab 300 °C an ihre Grenzen. Das Fraunhofer IWM entwickelt gemeinsam mit Partnern eine kostengünstige Hohlprobentechnik, mit der sich Werkstoffkennwerte unter H2-Einfluss bis 900 °C schneller, günstiger und für neue Temperaturbereiche ermitteln lassen.

Im Projekt ML4P wurde eine Toolsuite entwickelt, die den gesamten ML-Lebenszyklus – von der Datenerfassung bis zum robusten Betrieb – abdeckt. Demonstriert an realen Anlagen wie einer Glasbiegeanlage, einer Presshärtelinie und einer Membranfilterproduktion wurde gezeigt, wie Produktionsprozesse durch KI optimiert werden.

Wasserstoffmotoren gelten als vielversprechende Alternative für schwere Offroad-Maschinen, doch Wasserstoff kann metallische Werkstoffe im Motorinneren schädigen, besonders unter zyklischer Belastung. Das Projekt PoWer untersucht systematisch, wie Motorkomponenten unter realer Wasserstoffatmosphäre ermüden und entwickelt robuste Auslegungsstrategien für den Nutzfahrzeugbereich. Mit innovativer Hohlproben- und Mikroprobentechnik werden erstmals lokale Werkstoffschädigungen unter Hochdruck-Wasserstoff quantifiziert. Die Ergebnisse liefern Konstrukteuren und Motorenentwicklern belastbare Daten für die sichere Auslegung von H₂-Antrieben. So wird der Weg frei für zuverlässige, emissionsfreie Schwerlastmaschinen in Bau, Landwirtschaft und Bergbau.

Kraftwerksbauteile werden heute nach Norm konservativ mit der schlechtesten tolerierbaren Werkstoffqualität ausgelegt, obwohl der tatsächlich verbaute Stahl oft deutlich besser ist. Dieses Projekt liefert erstmals eine praxisreife Methode, um die individuelle Werkstoffqualität eines Bauteils während des laufenden Betriebs zu ermitteln und daraus eine genauere Restlebensdauervorhersage abzuleiten. Das Kernstück ist ein am Fraunhofer IWM weiterentwickeltes Kriechverformungsmodell, das mit betriebsbegleitenden Dehnungsmessungen und Finite-Elemente-Simulationen kombiniert wird. Die Methode wurde erfolgreich an einem realen Zwischenüberhitzer-Sammler mit rund 142.000 Betriebsstunden demonstriert und ist für Betreiber, Zustandsbewerter und KMU direkt nutzbar.

Wasserstoffversprödung verursacht bei der Umformung hhochfester verzinkter Stähle unerwartete Kantenrisse, die ganze Produktionschargen zu Ausschuss machen. Dieses Projekt entschlüsselt systematisch das Zusammenspiel von Trennverfahren, Liegezeit und Wasserstoffdiffusion an Schnittkanten von hochfesten Stählen. Durch die Kombination aus definierter Wasserstoffbeladung, modernster Mikrostrukturanalytik und gekoppelter Simulation wird der zeitabhängige Schädigungsmechanismus quantifiziert. Die Ergebnisse münden in praxistaugliche Handlungsempfehlungen für optimale Prozessrouten (Schneiden – Lagern – Umformen). Damit können Unternehmen das volle Umformvermögen höchstfester Stähle sicher ausschöpfen und gleichzeitig Ausschusskosten drastisch senken.

Kupfer zählt mit der Vielzahl seiner Legierungen zu den wichtigsten Werkstoffen für die Elektromobilität und die Energiewende. Trotz der wirtschaftlichen und politischen Bedeutung liegen wesentliche Daten zu Materialeigenschaften, Prozessparametern und CO₂-Fußabdruck entlang der Wertschöpfungskette allerdings bislang nicht hinreichend oder nicht durchgängig vor, weil Informationen an den Schnittstellen zwischen Schmelze, Halbzeugfertigung und anschließenden Prozessstufen nicht übergeben werden bzw. für den Austausch häufig keine Standards existieren. Das Projekt KupferDigital2 adressiert diese Lücke, indem es einen durchgängigen, ontologiebasierten Materialdatenraum liefert, der in der Lage ist, den gesamten Lebenszyklus des Kupfers semantisch abzubilden – von der Schmelze über diverse Kupfer-Halbzeuge und Steckverbinder bis einschließlich des Recyclings. Auf dieser Grundlage entstehen weitere Werkzeuge für Unternehmen der Kupferbranche, mit denen sich zukünftige regulatorische Anforderungen sowie wirtschaftliche und ökologische Ziele – wie etwa der Digitale Produktpass, die CO₂-Bilanzierung oder die KI-gestützte Materialentwicklung – zeitnah adressieren lassen.