Die Vorhersage von Bauteileigenschaften ist \u00fcber alle Phasen der Produktentwicklung von entscheidender Bedeutung. Bereits in der fr\u00fchen Phase des Entwicklungsprozesses kann durch eine akkurate Modellierung das Zusammenspiel verschiedener Baugruppen oder Materialien untersucht und optimiert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn es um den Einsatz neuer Technologien, Methoden oder Algorithmen geht. Neben der Umsetzung funktionaler Anforderungen k\u00f6nnen aber auch Vorgaben an die Lebensdauer eines Produktes modellbasiert \u00fcberpr\u00fcft und sichergestellt werden.<\/p>\n
In diesem Stadium des Produktentstehungsprozesses spielen physikalische und ph\u00e4nomenologische Wirkmechanismen eine besondere Rolle. Somit muss f\u00fcr jedes Modell eine Validierung auf experimenteller Basis erfolgen, um dessen Zuverl\u00e4ssigkeit zu garantieren. F\u00fcr Anwendungen in der Medizintechnik, der Luftfahrt oder der Automobilindustrie sind hierf\u00fcr hohe Standards gesetzt, die der Forschungsbereich Modellbildung und Validierung in diesem Kontext ganzheitlich abbildet.<\/p>\n
Das servohydraulische Labor des MRP bietet in diesem Zusammenhang eine Pr\u00fcfinfrastruktur f\u00fcr entwicklungs- und serienbegleitende Bauteilpr\u00fcfungen. Es ergibt sich ein anwendungsbezogenes Forschungsumfeld, in welchem die gewonnenen Daten und Erkenntnisse direkt in bestehende Forschungsprojekte und den Ausbau von Systemkompetenzen einflie\u00dfen.<\/p>\n
Auch lassen sich fr\u00fchzeitig neue Handlungs-\/ Forschungsfelder identifizieren und methodengeleitet \u2013 zum Beispiel durch die Konzeption und Umsetzung problemspezifischer Ersatzpr\u00fcfungen \u2013 untersuchen. Hierbei finden sowohl in der Versuchsplanung als auch in der Auswertung beziehungsweise Modellbildung statistische Verfahren Anwendung.<\/p>\n
Der Ansatz der Modellbildung und Validierung wird f\u00fcr verschiedene Produkte in jeweils eigenen Forschungsschwerpunkten umgesetzt. Nachfolgend wird die Vorgehensweise beispielhaft f\u00fcr zwei Schwerpunkte erl\u00e4utert.<\/p>\n
Dem Forschungsschwerpunkt Luftfedern liegt eine langj\u00e4hrige Kooperation mit einem Zulieferer von Luftfedersystemen f\u00fcr PKW zu Grunde. Aus dieser Zusammenarbeit gingen bereits Arbeiten zu Auslegung, Komfort und Lebensdauer hervor. Ein Schwerpunkt der aktuellen Forschungsaktivit\u00e4ten liegt in der detaillierteren Untersuchung lebensdauerbeeinflussender Parameter f\u00fcr Luftfederb\u00e4lge. In diesem Zusammenhang werden Ersatzpr\u00fcfungen abgeleitet, welche die Belastungen auf diesen Werkstoffverbund im Feld abbilden. Neben dem Abgleich mit Daten aus serienbegleitenden Betriebsfestigkeitspr\u00fcfungen, soll eine \u00dcberf\u00fchrung in ein robustes Modell zur Lebensdauerberechnung erfolgen.<\/p>\n
In einem weiteren Forschungsprojekt wird zudem ein Ansatz zur L\u00f6sung des Zielkonflikts zwischen steigenden Komfortanspr\u00fcchen und kleiner werdenden Baur\u00e4umen an der Luftfeder untersucht. Im Fokus liegt hier der Einsatz adsorptiver Materialien wie Aktivkohle oder offenporiger Sch\u00e4ume. \u00dcber diese k\u00f6nnen das statische und dynamische Systemverhalten des eingeschlossenen Luftvolumens ohne zus\u00e4tzlichen Bauraumbedarf eingestellt werden. Das Forschungsziel liegt hierbei in einer modellgest\u00fctzten Auslegung, welche neben mechanischen auch physikalische und thermodynamische Aspekte einbezieht.<\/p>\n
Der Forschungsschwerpunkt Endoprothetik besch\u00e4ftigt sich mit den Wechselwirkungen zwischen k\u00fcnstlichem Gelenkersatz (Metall) und dem menschlichen Knochengewebe (biologisches Material). Hier stehen tribologische bzw. rheologische Fragestellungen im Vordergrund. Durch einen k\u00fcnstlichen Gelenkersatz wird die Funktionalit\u00e4t des Gelenks wiederhergestellt, die dem Patienten eine schmerzfreie Mobilit\u00e4t zur\u00fcckgibt. Die Lebensdauer des k\u00fcnstlichen Gelenks ist allerdings aufgrund verschiedener Faktoren limitiert.<\/p>\n
Eine wichtige Rolle in Hinblick auf Prothesenversagen spielen Abriebpartikel. Mikrostrukturierte Oberfl\u00e4chen k\u00f6nnen den negativen Effekt dieser Partikel auf das Reib- und Verschlei\u00dfverhalten der Kontaktpartner ma\u00dfgeblich beeinflussen. Computersimulationen helfen dabei, die Einflussgr\u00f6\u00dfen (z.B. Kanaltiefe, -breite) zu analysieren und die Strukturierung hinsichtlich der Gleiteigenschaften zu optimieren.<\/p>\n
F\u00fcr die Simulation werden neben den Materialeigenschaften der Gleitpartner auch die rheologischen Eigenschaften des Schmiermediums ben\u00f6tigt. Durch begleitende Versuche, die zusammen mit unserem Kooperationspartner am Universit\u00e4tsklinikum Heidelberg geplant und umgesetzt werden, wird die Validierung des Gesamtmodells erm\u00f6glicht. Die Forschungsschwerpunkte Tribologie von Gleitlackbeschichtungen, gef\u00fcllte Kunststoffe beim geschmierten Gleitkontakt und dynamisches Verhalten nasslaufender Lamellenkupplungen sind ebenfalls in dem Forschungsfeld Modellbildung und Validierung angesiedelt.<\/p>\n