Bauteiloptimierung

Für die Erzeugung, den Transport sowie die Nutzung von Wasserstoff sind zahlreiche Komponenten und Systeme im Einsatz oder müssen noch in den Einsatz gebracht werden. Um die Wasserstoffökonomie möglichst effizient zu gestalten, sind auch diese Wasserstoff-führenden Systeme effizient zu gestalten und mit einer hohen Leistungsdichte zu versehen.

Das Fraunhofer LBF bietet hierfür, basierend auf einer jahrzehntelangen Erfahrung im Bereich Bauteil- und Systemoptimierung, zahlreiche Methoden und Ansätze, um einsatz- und nutzungsspezifische Komponenten, etwa im Antriebstrang von Nutzfahrzeugen, im Hinblick auf Lebensdauer, Sicherheit und Beanspruchbarkeit zu optimieren. Die im Rahmen des Leistungszentrums verfolgten Ansätze zur Betriebsfestigkeit-, Systemzuverlässigkeitsbewertung sowie die Analytik und Simulationsmethoden dienen einerseits dazu, die Sicherheit von Wasserstoff-beaufschlagten Komponenten und Systemen zu erhöhen. Andererseits bieten die Erkenntnisse jedoch auch erhebliches Potenzial zur Optimierung einzelner Bauteile bis hin zu ganzen Strukturen hinsichtlich ihrer Haltbarkeit und Zuverlässigkeit, aber auch hinsichtlich Ansätzen für Materialinnovationen.

Auf Basis experimenteller und numerischer Untersuchungen der Werkstoff- und Bauteilschwingfestigkeit sowie der Betriebsfestigkeitsanalysen von Transport- und Speicherkomponenten werden Lebensdauerbewertungen für kritische Bauteile durchgeführt. Basierend auf diesen Analysen werden Optimierungspotenziale für die Bauteilauslegung von Infrastrukturelementen, Antriebskomponenten oder Systemelementen von Brennstoffzellen (z. B. hinsichtlich Geometrie, Materialstärke) abgeleitet. Mithilfe dieser Erkenntnisse kann wiederum die Lebensdauer der Komponenten und Systeme erhöht werden. Durch die optimierte Bauteilauslegung wird zudem der Einsatz neuer (optimierter) Materialien und Bauteile die Effizienz von Brennstoffzellen erhöhen.