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Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2021-04-01 - 2024-03-31

Um die Reichweite und Energieeffizienz von Elektrofahrzeugen erhöhen zu können, muss das Gewicht von Batterien reduziert und der zur Verfügung stehende Raum im Unterboden zwischen Fahrschemel und Hinterachse bestmöglich genutzt werden. Aluminium als Werkstoff für Batteriegehäuse weist ein hohes Leichtbaupotential auf, ist aber hinsichtlich Brandschutz, Kosten und ökologischem Fußabdruck bei der Herstellung nachteilig. Das gilt auch für faserverstärkte Kunststoffe. Mit Elektromobilität gewinnt der ökologische Fußabdruck in der Herstellung und End-of-Life Phase gegenüber der Nutzungsphase an Bedeutung: Nur unter günstigsten Bedingungen amortisiert sich der erhöhte fertigungsbedingte CO2-Ausstoß durch Aluminium und CFK Leichtbau in der Nutzungsphase. Ein Ansatz zur Reduktion des Gewichts und des Fußabdrucks in der Nutzungsphase als auch des Bauraums und der Kosten von Batterien ist die Funktionsintegration, also, dass Bauteile mehrere multiphysikalische Funktionen übernehmen: Thermoregulierung, Vibrations-Dämpfung, Impakt-Energie-Dissipation, Brandschutz, elektromagnetische Schirmung, … Erfolgt diese Funktionsintegration mit Hilfe biobasierter Laminate kann auch die Umweltbilanz in den Phasen vor und nach der Nutzung aufgebessert werden. Durch die Kombination Holz und Stahl in einem Batteriegehäuse können günstige strukturmechanische und thermische Eigenschaften beider Materialien einander komplementieren und daher genutzt werden. Im Projekt Bio!LIB soll nachgewiesen werden, dass durch die Kombination dieser Werkstoffe ein (1) exzellentes Temperatur-Management und (2) Crash-Verhalten, (3) eine verbesserte Vibrations-Dämpfung und (4) ein exzellentes Eingrenzen eines thermischen Durchgehens (auf dem Niveau aktueller State-of-the Art Gehäuse und darüber) erreicht werden kann. Zusätzlich jedoch wird durch eine Funktionsintegration (5) eine Reduktion von Bauraum und Gewicht ermöglicht, bei geringen Kosten und (6) geringerem ökologischen Fußabdruck im Vergleich zu einem Aluminium Gehäuse. Dieser Nachweis erfolgt anhand eines Segments (in Modul bzw. Zellstapelgröße) eines Batteriegehäuses. Dabei werden auch relevante Aspekte der Verbindungs-, Fertigungstechnik, der Dauerhaftigkeit, sowie der Materialtrennung und des Recyclings untersucht, um Fertigungskosten als auch ökologischen Fußabdruck zu minimieren.
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2021-05-01 - 2025-04-30

Biobasierte hybride Werkstoffe und Bauteile haben ein hohes Potenzial, im Sinne der Materialsubstitution zu den Klimazielen von Paris 2050 beizutragen. CARpenTiER ist ein Forschungsprogramm, das die zukünftige Zulieferindustrie (Tiers) für die Automobilindustrie im Bereich Engineering, Verarbeitung und Bearbeitung von Komponenten aus nachwachsenden Rohstoffen stärken soll. CAR steht für computergestützte Forschung, die für eine verbesserte Materialmodellierung in Bezug auf Zuverlässigkeit und Rechengeschwindigkeit und Prozesssteuerung gefordert wird. Die Herstellung solcher biobasierter Hybridstrukturen erfordert neue und angepasste Fertigungsverfahren, insbesondere in den Bereichen Formgebung, Fügen, Bearbeitung und Oberflächentechnik. Die natürliche Variabilität des Rohmaterials ist eine große Herausforderung für die Materialeffizienz und die Prozessführung, der mit dem Ansatz der funktionsorientierten Prozesskontrolle begegnet werden soll. Der Grundgedanke der funktionsorientierten Prozesssteuerung ist die individuelle Bearbeitung des Rohmaterials und jedes einzelnen Bauteils in Analogie zu ausgebildeten Handwerkern. Die Vision von CARpenTiER ist es daher, die Digitalisierung und computergestützte Forschung im Bereich der Material- und Prozesssteuerung von biobasierten Hybridbauteilen weiter voranzutreiben. Die Mission von CARpenTiER ist die Förderung der österreichischen Holz- und Automobilzulieferindustrie für die zukünftige Produktion von biobasierten Hybridbauteilen für den zukünftigen Mobilitätssektor und darüber hinaus (d.h. Maschinenbau).
Forschungsprojekt aus §26 oder §27 Mitteln
Laufzeit : 2021-06-01 - 2022-05-31

Materialermüdung ist die Schädigung von Werkstoffen, welche durch wiederkehrende Be- und Entlastung hervorgerufen wird. Eine große Anzahl von zyklischen Belastungen kann zur Bildung von Rissen und letztendlich zum Bruch führen, obwohl alle Lastspiele unter der statischen Festigkeit des Materials lagen. Materialermüdung ist eine der häufigsten Ursachen für das Versagen von technischen Komponenten und daher von großem technischen und wirtschaftlichem Interesse. Im vorliegenden Projekt sollen die Ermüdungseigenschaften von Holz und Holzwerkstoffen untersucht werden. Insbesondere das Verhalten bei relativ kleinen Lasten, welche zu Bruch im Bereich sehr hoher Lastspiele (Zehn Millionen bis Milliarden Lastspiele) führen können, stehen im Zentrum des Interesses. Dieses ist für Holz bisher in der wissenschaftlichen Literatur nur sehr vereinzelt beschrieben, da eine experimentelle Untersuchung mit üblichen servohydraulischen Prüfanlagen und Prüffrequenzen von typischerweise 20 Hz Monate bis Jahre dauert. Ultraschallermüdung ist eine Prüftechnik, bei der die Proben zu Schwingungen bei 20 000 Hz angeregt werden, anstatt sie mit zyklischen Kräften zu belasten. Durch die hochfrequente Beanspruchung wird die Prüfzeit drastisch reduziert, und Untersuchungen im Bereich zehn Millionen bis Milliarden können innerhalb von Stunden bis maximal Tagen durchgeführt werden. Dabei stellt sich allerdings die Frage, ob die hochfrequent ermittelten Ermüdungseigenschaften relevant für die praktische Anwendung sind. Die typischerweise im Fahrzeugbau auftretenden Schwingungsfrequenzen sind 1 - 100 Hz und liegen damit eher im Bereich der servohydraulischen Prüffrequenzen als bei Ultraschallfrequenz.

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