Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWMIm Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz geförderten Projekt »DigiLaugBeh« begegnen unseren Forschenden gleich auf mehreren Ebenen Herausforderungen: Digitale Zwillinge helfen dabei, den Laugenbehälter von Waschmaschinen in punkto Material zu optimieren. Durch die Simulation der Komponenten aus faserverstärkten Kunststoffen finden die Projektbeteiligten heraus, wie ein Bauteil aussehen muss, das lange hält und gleichzeitig die Geräte energieeffizienter sowie ressourcenschonender gestaltet.
Waschmaschinen Projekt »DigiLaugBeh«: Das aktuellen Energieeffizienzlabel teilt alle Waschmaschinen in Effizienzklassen von A bis G ein. Das bedeutet auch höhere Anforderungen an die Geräte.
Das aktuellen Energieeffizienzlabel teilt alle Waschmaschinen in Effizienzklassen von A bis G ein. Das bedeutet auch höhere Anforderungen an die Geräte. Im Projekt »DigiLaugBeh« legt das Team die Leichtbaukomponente als Digitaler Zwilling aus, um Material und Bauteile zu optimieren.
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Leichtbau und lange Fasern sparen Energie mithilfe von Simulationen
BMWK-Projekt »DigiLaugBeh«: Digitaler Zwilling optimiert Laugenbehälter von Waschmaschinen
Faserverstärkter Kunststoff und Leichtbau sind in der Produktion von Fahrzeugen, aber auch bei der Materialwahl von Haushaltsgeräten kaum mehr wegzudenken. Bei Waschmaschinen kommen bisher meist spritzgegossene Bauteile aus kurzfaserverstärkten Thermoplasten (SFT) zum Einsatz. Sie haben Faserlängen zwischen 200 und 350 Mikrometern. Seit März 2021 gelten EU-weit neue Umwelt-Labels. Diese teilen alle Waschmaschinen in Effizienzklassen von A bis G ein. Immer bessere Geräte kommen auf den Markt und die Menschen achten beim Kauf bewusster auf die Zertifikate. Labels mit A und Pluszeichen gibt es nicht mehr.
Nichts leichter als waschen – auf den Kunststoff in der Wanne kommt es an
Die Anforderungen an die Geräte und die Produktion sind gestiegen. Bisherige Konzepte mit Kurzfasern werden dem nicht mehr gerecht. Im Projekt zeigt sich, dass langfaserverstärkte Kunststoffe eine gute Alternative sind. Bei »DigiLaugBeh« steht ein Demonstrator im Fokus, an dem wir digitale Auslegungen immer wieder validieren und erproben. Es wird der Laugenbehälter einer Waschmaschine simuliert, der das Trocknen und Waschen in einem Gerät ermöglicht. Dieser wird bereits in großer Stückzahl hergestellt.
Der Prozess setzt hohe Anforderungen an das Material in der Wanne – nicht nur an die mechanischen Eigenschaften und die Lebensdauer, sondern auch an die Energiebilanz. Nicht jeder Kunststoff kommt langfristig mit Lauge klar und gleichzeitig gilt schnelleres Schleudern und Leichtbau mit langen Fasern als die Lösung beim Energie sparen. Das erfordert auch robustes Material. Der widerstandsfähige Kunststoff Polypropylen ist eine Möglichkeit, dies zu lösen. Die steigende Faserlänge (zwei bis drei Millimeter im Bauteil) verlängert die Lebensdauer des Materials.
Simulationskettte bis zum Schluss gedacht
Das interdisziplinäre Team hat sich aber noch mehr vorgenommen: Eine ganze Simulationskette bezieht Makro- und Mikroebenen mit ein. Sie legen nicht nur den Prozess und das Material digital aus, sondern beziehen auch die Produktion im Spritzgussverfahren mit ein. Außerdem wird die Umweltbilanz mitgedacht – vom CO2-Fußabdruck, dem Energieverbrauch bis hin zum Recycling. Das Team kombiniert dafür in vielen Schritten verschiedene Simulationsverfahren.
Zukunft Kommerzialisierung in der Industrie
Die Basis zum Vorgehen bildet eine langjährige Kooperation zwischen BOSCH und dem Fraunhofer ITWM, in der die Machbarkeit eines solchen Ansatzes bereits für SFT im industriellen Forschungsumfeld erfolgreich gezeigt wurde. Zum Projektende von »DigiLaugBeh« wird ein an die erhöhten Anforderungen angepasster Demonstrator ausgelegt, gefertigt und erprobt. Der Digitale Zwilling wird immer wieder im Real-Experiment validiert und angepasst.
Parallel entwickelt das Projektteam ein Konzept zur Rückführung von Material, sodass Kunststoff von alten Geräten unter Zugabe von neuem Granulat wieder in den Produktkreislauf findet. Im Idealfall fließen all diese vielschichtigen Ergebnisse in den nächsten fünf Jahren in der industriellen Produktion mit ein.
Als Demonstrator für das Projekt dient der Laugenbehälter einer Waschmaschine.
Projekttreffen am 06. Juli 2023 an der Universität Stuttgart.
Unsere Partner
- Robert Bosch GmbH (Projektleitung)
- Math2Market GmbH
- Universität Stuttgart, Institut für Akustik und Bauphysik (IABP)
- Universität Stuttgart, Institut für Siedlungswasserbau, Wassergüte- und Abfallwirtschaft (ISWA)
- RWTH Aachen, Lehrstuhl für Kunststoffverarbeitung
- Plastics Engineering Group GmbH (PEG), Spin-off der Hochschule Darmstadt
Die zwei assoziierten Partner BSH Hausgeräte GmbH und Celanese Services Germany GmbH stellen Geräte und Material.
Projektförderung und -laufzeit
Das Projekt »DigiLaugBeh« ist vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz gefördert, läuft seit November 2021 im Technologietransfer-Programm Leichtbau (TTP LB) und ist auf drei Jahre angesetzt.