Das Projekt "Teilvorhaben: Deckel und Rotor eines Radnabenmotors in effizienter Metallschaum-Leichtbauweise" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines extrem leichten, kompakten und dennoch leistungsstarken Radnabenmotors für Anwendungen im PKW- und Nutzfahrzeugsektor auf Basis einer neuen Wicklungstechnologie in Verbindung mit Leichtbautechniken. Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung innovativer, anforderungsgerechter Aluminiumschaumkomponenten für Radnabenmotoren, um den Direktantrieb leichter, kompakter und somit für den Markt der Elektromobilität attraktiver zu gestalten. Dazu sollen die Einsatzmöglichkeiten von Al-Schaum- sowie Hybridstrukturen (Al-Schaum mit CFK-Decklagen) untersucht und Konzepte zur Strukturoptimierung bei begrenztem Bauraum erarbeitet werden. Um das Gesamtziel des Projektes zu erreichen, müssen im Teilvorhaben des Fraunhofer IWU folgende Themen bearbeitet werden: - Erstellen von Konzepten für ein integrales Leichtbau-Rotor-Bauteil - Prüfung auf Eignung von Metallschäumen und deren Verbunde für den RNM-Deckel - Analyse und Auswahl geeigneter Materialkombinationen: Aluminiumschaum, Aluminium, FKV - Konzeptbewertung und Auswahl je eines Vorzugskonzeptes - Belastungsgerechte Auslegung von Leichtbaudeckel und -rotor sowie simulativer Eigenschafts- und Eignungsnachweis mit Hilfe der Finite Element Methode (FEM) - Fertigung geeigneter Werkstoffverbunde und Bereitstellung von Probenmaterial und Halbzeugen - Experimenteller und ggf. messtechnischer Eigenschaftsnachweis der Aluminiumschaum-Systeme an Demonstratoren - Analyse der Wirtschaftlichkeit der einzelnen Konzepte sowie der Transfermöglichkeit auf andere Industriebereiche.
Das Projekt "Zellulare Ultraleichtbau-Strukturen Finite Elementeberechnung für metallschaumverstärkte Hohlraumteile" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alulight Deutschland GmbH durchgeführt. Zielsetzung und Anlass des Vorhabens: Metallschaum ist ein hervorragender Leichtbauwerkstoff mit optimalen Eigenschaften für Gewichtsoptimierte Fahrzeuge. Die Anwendung metallischer Schäume wird aber noch durch unzureichende Möglichkeiten, den Werkstoff in seinen Eigenschaften zu berechnen, behindert. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung geeigneter Materialgesetze für Aluminiumschaum, die Erarbeitung einer auf Metallschaumanwendung optimierten Crash-Struktur, einer optimierten hochsteifen Längsträgerstruktur sowie der Nachweis der Berechenbarkeit von Eigenschaften mit Metallschaum verstärkter Strukturen mittels Finite Elemente Analyse. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten Methoden: Zunächst werden durch einachsige Druckversuche Einflussgrößen auf mechanische Eigenschaften quantitativ identifiziert. Dann werden mit Hilfe der Sandwichproben anhand von Messungen mechanische Kennwerte von Aluminiumschaum unter kombinierter Normal- und Scherverformung ermittelt, um Kennwerte für die Charakterisierung von Schaumstrukturen unter mehrachsiger Belastung zu erhalten. Linear elastische FE-Berechnungen zur Verformung von reinem Aluminiumschaum werden im Vergleich zu experimentelle Messungen durchgeführt. Zur Analyse der linear elastischen Eigenschaften werden Vibrationsmessungen an frei aufgehängten stabförmigen Proben aus Aluminiumschaum durchgeführt und die Longitudinal- und Biegeschwingungen gemessen. Diesen Eigenfrequenzen werden analytisch berechnete Eigenfrequenzen und aus FEM-Analysen ermittelte Eigenfrequenzen gegenübergestellt, um die Qualität der FE-Berechnungen zu bestimmen. Zuletzt wird aus den gemessenen Eigenfrequenzen und Eigenmoden durch Rekonstruktion ein konservatives System, bestehend aus Modal-, Massen- und Steifigkeitsmatrix berechnet. Das rekonstruierte System soll dabei die linear elastischen Eigenschaften des Systems korrekt wiedergeben. Bei völliger Übereinstimmung sind beide Systeme spektral und modal identisch. Diese Übereinstimmung wird überprüft. Fazit: Die Modellerstellung für pulvermetallurgisch hergestellten Aluminiumschaum wird durch die starke Abhängigkeit der mechanischen Eigenschaften von der lokal unterschiedlichen Dichte und Anisotropie der mechanischen Eigenschaften enorm erschwert. Daher wurde das Ziel, verbesserte Materialmodelle zu erstellen, zu validieren und anhand dieser Modelle Komponenten mit Aluminiumschaum zu entwickeln, nicht erreicht. Bei der Gewinnung von experimentellen Daten wurden signifikante Fortschritte bezüglich der Ermittlung linear elastischer Eigenschaften durch Vibrationsmessung sowie plastischer Eigenschaften unter mehrachsiger Beanspruchung durch die Entwicklung eines Versuchsstandes (UBTD) erzielt. Es wurde erfolgreich ein System aus Modal, Massen- und Steifigkeitsmatrix entwickelt, das korrekt die Eigenschaften des untersuchten Aluminiumschaums wiedergibt. ...
Das Projekt "Teilvorhaben: Produktive CFK-Komponenten eines Radnabenmotors" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von INVENT Innovative Verbundwerkstoffe Realisation und Vermarktung neuer Technologien GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundvorhabens ist die Entwicklung eines extrem leichten, kompakten und dennoch leistungsstarken Radnabenmotors für Anwendungen im PKW- und Nutzfahrzeugsektor auf Basis einer neuen Wickeltechnik in Verbindung mit Leichtbautechniken. Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung und Fertigung von prototypischen und faserverbundgerechten CFK-Rotoren und -Deckeln für ultra-leichte Radnabenmotoren auf Basis von prozesscharakterisierenden Probeprogrammen und technologiedemonstrierenden Bauteilen. Hierbei soll eine Gewichtsreduktion und kompaktere Bauform mit weiterer Funktionsintegration und erhöhter Schadenstoleranz erreicht werden. Weiterhin wird eine Reduktion der strukturellen Komplexität mit einem Potential für einen hohen Automatisierungsgrad in der Produktion für die CFK-Baugruppe erarbeitet. Um das Gesamtziel des Projektes zu erreichen, müssen im Teilvorhaben der INVENT GmbH bearbeitet werden: - Erstellen von Konzepten für ein integrales CFK-Rotor-Deckel-Bauteil (ggf. hybrid CFK-Metallschaum) - Prüfung der Eignung von Faserverbundmaterialien und hybriden Materialkombinationen für die Rotor- Deckel-Baugruppe des Radnabenmotors - Analyse und Auswahl geeigneter Materialkombinationen: CFK-, CFK-Aluminiumschaum, diverse Zusatzmaterialien für Funktionsintegration (z.B. zur Schwingungs- und Lärmreduktion bzw. zur Erhöhung der Schadenstoleranz) - Konzeptbewertung und Auswahl je eines Vorzugskonzeptes - Belastungsgerechte Topologieoptimierung von der integrierten CFK-Rotor-Deckel-Baugruppe sowie simulativer Eigenschafts- und Eignungsnachweis mit Hilfe der Finite Element Methode (FEM) und detaillierte Konstruktion - Bereitstellung von Probenmaterial und Halbzeugen - Aufbau Fertigungswerkzeuge für integrierter CFK-Rotor-Deckel-Baugruppe (ggf. auch hybrid CFK Metallschaum) und Fertigung dieser - Analyse der Wirtschaftlichkeit der einzelnen Konzepte sowie der Transfermöglichkeit auf andere Industriebereiche.
Das Projekt "Industrielle Nutzung von Stahlblechverbundwerkstoffen mit geschaeumtem Aluminium; Sandwichkonstruktionen aus Stahlblech mit geschaeumtem Aluminium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Hochschule Aachen, Institut für Eisenhüttenkunde durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist, durch eine systematische Optimierung leichte und steife Stahlblech-/Aluminiumschaum-Verbunde zu entwickeln und diese bezueglich ihres Werkstoffverhaltens zu charakterisieren; innovative, rein metallische recycelbare Leichtbauweise; Herstellung durch Walzplattieren und Schaeumen; Sandwichverbunde bis ueber DIN A 3 oder 2 m x 160 mm bei einer Dichte von 0,7 - 2,0 g/Mym3; gute strukturelle und funktionelle Eigenschaften; positive Resultate zu Umformbarkeit, Schweissen, Korrosionsverhalten; erste Vorschlaege zu Anwendungen, bisher keine technische Nutzung.