Ziel des Vorhabens viaMeta ist, Leichtbaupotentiale zukünftiger Fahrzeuge zu erschließen. Dazu werden Strukturen konsequent verschlankt. Den daraus resultierenden, strukturdynamischen Herausforderungen wird mit vibro-akustischen Metamaterialien begegnet. Die Anforderungen auf der Systemebene werden durch Ressourcenschonung, Elektrifizierung und Automatisierung geprägt. Um diese Anforderungen in Hinblick auf Leichtbau- und Komfortoptimalität zu vereinbaren, wird eine Designsystematik für Leichtbau mit vibro-akustischen Metamaterialien vorgeschlagen. Für die Entwicklung ultraleichter Komponenten wird eine ganzheitliche, virtuelle Entwicklungsstrategie unter Einbezug vibro-akustischer Metamaterialien verwirklicht. Deren physikalische Modellierung führt zu ressourcenintensiven Simulationen, daher wird eine Methodik zur Nachbildung der Komponenten in hocheffizienten Modellen mit Methoden des maschinellen Lernens entwickelt. Diese werden geeignet sein, die Lösungsräume mit Methoden der modellbasierten Optimierung nach idealen Leichtbaulösungen mit vibro-akustischen Metamaterialien zu durchsuchen. Die Komponenten werden in einem skalierbaren Produktionsprozess hergestellt und durch neue Methoden validiert.
Die Forschungsergebnisse werden in der Abschlussveranstaltung des Projekts am 17. April 2024 der interessierten Öffentlichkeit präsentiert, im Rahmen der Veranstaltung besteht zudem die Möglichkeit zur Diskussion mit Experten aus Industrie und Forschung. (Hier geht’s zum Programm und zur Anmeldung)
Das Projekt viaMeta ist eine Gemeinschaftsvorhaben von:
Die Mercedes‑Benz AG verantwortet das globale Geschäft von Mercedes‑Benz Cars und Mercedes‑Benz Vans mit über 170.000 Mitarbeitern weltweit. Ola Källenius ist Vorsitzender des Vorstands der Mercedes‑Benz AG. Der Fokus des Unternehmens liegt auf der Entwicklung, der Produktion und dem Vertrieb von Pkw und Vans sowie fahrzeugnahen Dienstleistungen. Darüber hinaus strebt das Unternehmen die führende Position bei Elektromobilität und Fahrzeug‑Software an. Das Produktportfolio umfasst die Marke Mercedes‑Benz mit den Submarken Mercedes‑AMG, Mercedes‑Maybach, Mercedes‑EQ, G‑Klasse sowie die Marke smart. Die Marke Mercedes me bietet Zugang zu den digitalen Diensten von Mercedes‑Benz. Am Forschungsvorhaben viaMeta wird sich unter anderem die Entwicklungsabteilung, welche sich mit der NVH Powertrain Integration CAE befasst, beteiligen. Im Vorhaben besteht Interesse an der Wirksamkeit der geplanten Maßnahmen auf das NVH‑Verhalten im Fahrzeug und deren Abbildung als verwendbares Simulationsmodell.
Die BOGE Elastmetall GmbH, ein global führender Anbieter für Schwingungstechnik und Kunststofflösungen in der Automobilindustrie, erwirtschaftet mit über 4.200 Mitarbeitern einen konsolidierten Jahresumsatz von 836 Millionen Euro (Geschäftsjahr 2018). Das Unternehmen mit der Zentrale in Damme (Deutschland) ist weltweit an elf Standorten – Damme, Simmern, Bonn (alle Deutschland), Trnava (Slowakei), Fontenay (Frankreich), Sorocaba (Brasilien), Hebron (USA), Qingpu, Wuxi, Zhuzhou (alle China) und San Luis Potosí (Mexiko) präsent. Der Eigentümer von BOGE Rubber & Plastics ist die chinesische Zhuzhou Times New Material Technology Co., Ltd. (TMT). TMT ist eine Tochtergesellschaft der China Railway Rolling Stock Corporation Ltd. (CRRC). Der Konzern beschäftigt rund 176.000 Mitarbeiter. Weitere Informationen unter www.boge-rubber-plastics.com
Die Novicos GmbH wurde als Ausgründung aus dem Mechanik-Institut der TU Hamburg-Harburg 2003 gegründet und ist ein anerkannter Entwickler und Anwender von Berechnungsmethoden auf den Gebieten Akustik, Dynamik und Strömung. Novicos verfügt über detaillierte Kenntnisse der neuesten Ansätze und Untersuchungen und arbeitet auf dem Gebiet der Vibro- und Strömungsakustik mit zahlreichen namhaften Unternehmen zusammen. Im Rahmen früherer Projekte wurden von Novicos Algorithmen der Energie-Finite-Elemente-Methode und der H-Boundary-Elemente-Methode implementiert und erfolgreich in Industrieprojekten eingesetzt. Mehr als die Hälfte der Novicos-Mitarbeiter ist promoviert oder im laufenden Promotionsverfahren, was die wissenschaftlich-technischen Ausrichtung des Unternehmens unterstreicht. Novicos bearbeitet in weiteren Projekten zum Vorhaben verwandte Fragestellungen. Zum einen wird die Anwendung von Aerogelen, leichten Werkstoffen mit besonderen akustischen Eigenschaften, in Passagierflugzeugen untersucht. Zum anderen werden neue metallische Werkstoffe mit integrierten Fugen zur Schwingungsdämpfung untersucht, die eine Verringerung des Schalleintrags ins Wasser beim Aufrichten von Offshore-Windkraftanlagen ermöglichen. Die Materialien sind prinzipiell auch im Fahrzeugbau anwendbar.
Das Institut für Kraftfahrzeuge der RWTH Aachen University beforscht das Gesamtfahrzeug einschließlich seiner Systeme und deren Wechselwirkungen. Von der Idee über Komponenten- und Systemkonzepte bis hin zum Fahrzeugprototypen gestalten die Mitarbeitenden das Fahrzeug der Zukunft. Innerhalb des Forschungsvorhabens viaMeta wird das ika durch den Kompetenzbereich Akustik vertreten. Dieser entwickelt im Rahmen intensiver Forschungsarbeiten für die Automobilindustrie sowie öffentliche Fördermittelgeber Methoden zur aktiven und passiven Schwingungsreduktion im Kraftfahrzeug. Bei der Validierung erweitert der Bereich Akustik des ika kontinuierlich vorhandene Kompetenzen im Aufbau von Demonstrationsfahrzeugen und Prinzipprüfständen sowie der Analyse der akustischen Eigenschaften von Fahrzeugkomponenten. So werden im Rahmen weiterer Forschungsvorhaben und Projekte Metall-Faserverbund-Sandwich-Elemente für den Einsatz in Fahrzeugen messtechnisch charakterisiert und das Eigenschwingverhalten sowie das Schalldämmmaß von Komponenten unterschiedlicher Materialien und geometrischer Gestaltung (Stirnwände, Motorhauben) analysiert und bewertet. In weiteren Projekten wurde außerdem der Einfluss verschiedener Optimierungsmaßnahmen auf das vibro-akustische Transferverhalten sowohl auf Komponenten- als auch auf System- und Gesamtfahrzeugebene simulationsgestützt untersucht. Die Bewertung und Verbesserung der Korrelation zwischen Simulationsergebnissen und Messdaten ist in den Projekten des Instituts ein erforderlicher Bestandteil der Validierung von Simulationsmodellen.
Am Fraunhofer LBF werden wissenschaftliche Fragestellungen der Themenbereiche Betriebsfestigkeit, Systemzuverlässigkeit und Schwingungstechnik von 450 Mitarbeitenden anwendungsorientiert bearbeitet. Im Überschneidungsbereich der Forschungsfelder bildet die Entwicklung neuer Materialkonzepte und strukturdynamischer Auslegungsmethoden eine Kernkompetenz, mit der sich das Institut in der Forschungslandschaft und als Partner der gewerblichen Wirtschaft etabliert hat. Dies bildet sich in zahlreichen erfolgreichen Forschungsprojekten ab, auf deren Ergebnisse die Beiträge des Fraunhofer LBF aufbauen werden. Im Rahmen des BMWi-Projekts „LeichtFahr“ wurde eine Methodik zur ganzheitlichen Optimierung des vibro-akustischen Fahrzeugverhaltens mit aktiven und passiven Strukturen entwickelt. Im H2020-Vorhaben „ALLIANCE“ wurde ein partikelschwarmbasiertes Verfahren zur Optimierung neuartiger Leichtbaustrukturen verwirklicht. Wissenschaftliche Grundlagen für die Entwicklung vibro-akustischer Metamaterialen wurden im Rahmen des Fraunhofer ICON-Projekts „ACoustic MEtamaterials“ erarbeitet. Im vom BMWi geförderten innoSpace-Projekt „Silent Running“ werden darauf aufbauend schwingungsmindernde Leichtbaustrukturen für Raumfahranwendungen demonstriert. Im derzeit laufenden internen Fraunhofer PREPARE Projekt „MetaVib“ werden Grundlagen des Einsatzes aktiver und passiver Metamaterialstrukturen zur Schwingungsminderung sowie deren Herstellung durch 3D-Druck, Stanzen und Umformtechniken gemeinsam mit weiteren Fraunhofer Instituten erforscht.