FOSTA-Newsletter

FOSTA-Newsletter Ausgabe Nr. 1 in 2025

Sehr geehrte Damen und Herren,

heute möchten wir Sie über neu erschienene FOSTA Abschlussberichte aus den Schwerpunktbereichen Mobilität, Bauwesen sowie Anlagen- und Maschinenbau informieren.

Diese und alle weiteren FOSTA Berichte finden Sie im Matplus Shop.

Wir wünschen Ihnen eine interessante Lektüre.

Ihr Team der FOSTA

P 1281 – Integrale und ganzheitliche Planung von Straßenbrücken auf Basis von hierarchischen Modellen (S 024/10245/17)

Das Forschungsprojekt IntegBridge entwickelt eine teilautomatisierte, computergestützte Methode zur ganzheitlichen Bewertung von Brückenvarianten über den gesamten Lebenszyklus. Mithilfe verknüpfter Datenquellen (Linked Data) und BIM-Modellen werden ökologische, ökonomische und volkswirtschaftliche Auswirkungen berechnet. Die Bauteile der BIM-Modelle sind mit vorbilanzierten Elementen verknüpft, die verschiedene Detaillierungsgrade abbilden und Informationen zu Kosten, Umweltwirkungen und Bauzeiten liefern. Instandhaltungsstrategien werden als Folgeelemente automatisch integriert. Die Modelle können über ODBC oder IFC in die IntegBridge-Software übertragen werden, wo weitere Eingaben (z. B. Verkehr, Zinssatz) ergänzt werden. Volkswirtschaftliche Kosten werden u. a. über ein Warteschlangenmodell berechnet. Der entwickelte Workflow ermöglicht es, Brückenvarianten frühzeitig und umfassend zu vergleichen und optimierte Entscheidungen standortspezifisch zu treffen – mit dem Ziel, nicht die billigste, sondern die langfristig beste Variante zu realisieren. weiterlesen

P 1488 – Validierung von Methoden zur Vermeidung von Liquid Metal Embrittlement an realitätsnahen Prinzipbauteilen (IGF-Nr. 21483 BG)

Im Projekt wurde die LME-Anfälligkeit eines Dualphasen-Stahls unter verschiedenen Bedingungen experimentell und simulativ untersucht. Verlängerte Schweißzeiten im WPS-Prozess erhöhten Art und Intensität der LME-Risse deutlich. Vordehnung zeigte keinen signifikanten Einfluss. Das Anlegen externer Lasten während des Schweißens verstärkte die Rissbildung, was durch Gleeble-Versuche bestätigt wurde. Offset-Schweißung erwies sich als kritischste Störgröße und führte zu neuen Rissarten. Ein optimiertes Schweißprogramm konnte LME-Risse vermeiden. Gleeble-Versuche zeigten: Höhere Temperaturen intensivieren LME, während höhere Dehn- und Aufheizraten sowie elastische Vorspannkräfte sie reduzieren. Plastische Vorspannung hingegen verstärkte die Rissbildung. Bei 850 °C und 3 s Haltezeit trat keine LME auf. LME reduzierte nachweislich die Tragfähigkeit und Energieaufnahme realitätsnaher Bauteile – bestätigt durch numerische Analysen. weiterlesen

P 1513 – Methodenentwicklung zur Auslegung geklebter Verbindungen aus hochfestem Stahl unter Berücksichtigung betriebsrelevanter Beanspruchungen im Maschinen- und Anlagenbau (IGF-Nr. 21445 N)

Die Klebtechnik findet im Landmaschinen- und Anlagenbau bislang wenig Anwendung, besonders bei dickeren Blechen (3–10 mm), obwohl sie in anderen Bereichen etabliert ist. Ein Hindernis ist die geringe Erfahrung in der Auslegung und Anwendung von Klebverbindungen, z. B. hinsichtlich der Beständigkeit gegenüber landwirtschaftlichen Medien. Das zugrunde liegende Forschungsprojekt untersuchte, wie sich die Tragfähigkeit von Klebverbindungen aus höherfesten Stählen in 5 mm dicken Konstruktionen unter Schwingbelastung effizient nutzen lässt. Ziel war die Entwicklung einer für KMU geeigneten Auslegungsmethode nach FKM-Richtlinie. Dazu wurden Einflussgrößen auf die statische und dynamische Festigkeit analysiert. Die Erkenntnisse führten zur Entwicklung und erfolgreichen Verifizierung einer analytischen Auslegungsmethode sowie zur Ableitung praxisnaher Richtlinien für den KMU-Einsatz. weiterlesen

P 1521 – Integrale Spundwandwiderlager von modularer Verbundbrücken für einen zeiteffizienten Bauablauf (S 024/10624/20)

Der Bericht fasst Untersuchungen zur Entwicklung eines Bemessungskonzepts für integrale Rahmenecken bei Verbundbrücken mit Spundwandwiderlagern zusammen. Die integrale Bauweise ermöglicht durch den Verzicht auf Lager und Fugen eine wirtschaftliche und wartungsarme Konstruktion. Spundwandwiderlager senken zusätzlich die Baukosten. Im FOSTA-Projekt P1521 wurde hierzu ein Konzept erarbeitet. Basis ist die Analyse des deutschen Brückenbestands, bei dem 80 % der Bundesfernstraßenbrücken Spannweiten unter 50 m aufweisen – ein Bereich, den das Konzept abdeckt. Versuchsreihen an getrennten Rahmeneckenteilen zeigten hohe Tragfähigkeiten (bis 1200 kNm). Ergänzende numerische Analysen lieferten Erkenntnisse zu Lastpfaden und Einflussparametern. Ein abschließender Großversuch bestätigte die Ergebnisse und zeigte erhöhte Beanspruchung im unteren Bereich. Abschließend wird ein Bemessungskonzept vorgestellt und an einem Beispiel mit 45 m Spannweite angewendet. weiterlesen

P 1529 – Verfahrensvergleich zur Formgebung metallischer Bipolarplatten – Hohlprägen vs. Hohlprägewalzen (IGF-Nr. 21715 BR)

Im Forschungsvorhaben wurden grundlegende Erkenntnisse zum Hohlprägewalzen von metallischen Bipolarplatten (BPP) aus Edelstahlfolie gewonnen. Das bislang wenig erforschte Verfahren ermöglicht potenziell höhere Produktionsraten als Hohlprägen oder Blechhochdruckumformen. Untersucht wurden die Abbildungsgrenzen geometrischer Elemente, erreichbare Taktzeiten sowie deren Vergleich zum Hohlprägen. Die Analyse erfolgte zunächst durch FE-Simulation basierend auf einer definierten Demonstrator-Geometrie, Anlagen- und Werkzeugtechnik. Die Simulationsergebnisse flossen in die Konstruktion und Prozessführung ein und wurden durch Versuchsergebnisse validiert. Daraus konnten darstellbare Geometrien und realisierbare Zykluszeiten unter Toleranzvorgaben abgeleitet werden. Fokus der Ergebnisse liegt auf Abbildbarkeit, Genauigkeit und Geschwindigkeit. Das Projekt schafft insbesondere für KMU neue Marktzugänge, da Produkte und Dienstleistungen gezielt auf die Anforderungen beider Verfahren abgestimmt werden können. weiterlesen

P 1530 – Erweiterung der Prozessgrenzen beim MSG-Heißdrahtschweißen durch Anpassung von Material- und Energieeintrag mittels einer vorgelagerten Heißdrahtvorwärmung (IGF-Nr. 21716 BG)

Trotz der weiten Verbreitung von MSG-Schweißprozessen besteht der Nachteil der gekoppelten Material- und Energieeinbringung. Das Forschungsvorhaben zielte darauf ab, ein MSG-Heißdrahtverfahren mit vorgelagerter ohmscher Zusatzdrahtvorwärmung zu entwickeln, um diese Kopplung zu lösen. Dadurch soll eine gezielte Steuerung von Energie- und Materialeintrag ermöglicht sowie die Abschmelzleistung gesteigert werden. Der optimierte Prozess wurde hinsichtlich Stabilität, Nahtqualität und Anwendbarkeit für Verbindungsschweißen, Auftragsschweißen und additive Fertigung untersucht. Ein Drahtanstellwinkel von 50° erwies sich als günstig für gleichmäßige Nähte, während der MSG-Prozess selbst vorrangig durch die elektrische Erwärmung beeinflusst wird. Für additive Anwendungen sind ein Drahtwinkel von 65° und eine Vorwärmlänge unter 30 mm optimal. Das Verfahren zeigt eine hervorragende Eignung für das einlagige Schweißen von 8 mm dicken Baustahlblechen und weist auch ein großes Potenzial für das Schweißen dickerer Bleche (bis 20 mm) auf. weiterlesen

P 1537 – Holz-Stahl-Hybridbauweisen am Beispiel biegebeanspruchter Tragelemente (IGF-Nr. 21722 N)

Das abgeschlossene Forschungsprojekt „HoStaBau“ befasst sich mit Holz-Stahl-Hybridbauweisen zur Reduktion von CO₂-Emissionen im Bauwesen. Ziel ist es, die Vorteile von Holz als nachhaltigem Baustoff mit der hohen Festigkeit von Stahl zu kombinieren, um Tragquerschnitte zu optimieren. Analytische und numerische Studien zeigen, dass beide Werkstoffe gut kombinierbar sind. In Versuchen mit 106 Probekörpern wurde die Leistungsfähigkeit des klebtechnischen Verbunds nachgewiesen, auch unter Dauerstand-, Feuchte-, Temperatur- und Auslagerungsbedingungen. In 4-Punkt-Biegeversuchen mit 30 Trägern konnte die Tragfähigkeit um bis zu 120 % und die Biegesteifigkeit um bis zu 250 % gegenüber Holzträgern gesteigert werden. Querkraftversuche mit 18 Trägern ergaben eine Steigerung der Schubfestigkeit um bis zu 440 %. Abschließend wurde ein normnahes Bemessungskonzept entwickelt, das eine praxisnahe Anwendung – besonders für KMU – ermöglicht. weiterlesen

P 1561 – Modellierung und Bewertung der Logistikketten für den Wasserstofftransport für die Stahlindustrie unter besonderer Berücksichtigung transportbedingter Energieverluste (IGF-Nr. 38 LBG)

Industrielle Großverbraucher wie Stahlwerke und die Chemieindustrie können durch den Einsatz von Wasserstoff anstelle fossiler Energieträger erhebliche CO₂-Emissionen einsparen. Die Umstellung auf Direktreduktion erfordert große Mengen grünen Wasserstoffs, dessen Versorgung im industriellen Maßstab jedoch noch weitgehend unerprobt ist. Unsicherheiten ergeben sich zudem durch verschiedene Hochlaufszenarien auf Produzenten- und Verbraucherseite. Das Forschungsprojekt untersucht daher Logistikketten unter Berücksichtigung von Verlustgrößen, die aufgrund des flüchtigen Wasserstoffs besonders relevant sind. Das Fraunhofer CML analysiert Transportketten, das Fraunhofer IGP entwickelt Simulationsmodelle zu Verlustmechanismen. Ein Planungstool zur Pipelineauslegung wurde entwickelt, ergänzt durch Modelle für alternative Transportmittel wie Lkw oder Bahn. Simulationen zeigen, dass Energie- und Ladungsverluste, insbesondere bei LH₂, die Wahl des Transportmittels beeinflussen. Erste validierte Logistik-Simulationsmodelle stehen für weitere Anwendungen bereit. weiterlesen