Kategorie: Projekte

Veröffentlicht am

RE:LIGHT

Forschungsinfrastruktur für nachhaltigen Flugzeugleichtbau

Das Projekt RE:LIGHT zielt darauf ab, die Forschung an nachhaltigen und kreislauffähigen Leichtbaustrukturen für den Flugzeugbau auszubauen. Hierfür entstehen neue Forschungs- und Demonstrationsmöglichkeiten entlang der gesamten Prozesskette – von der Materialentwicklung über die Fertigung und Strukturprüfung bis hin zu Reparatur, Demontage und Recycling.

Kreislauffähige Leichtbauwerkstoffe und ressourceneffiziente Fertigung

Ein Schwerpunkt der neuen Forschungsinfrastruktur liegt auf der Entwicklung und Untersuchung ressourceneffizienter Prozessketten für thermoplastische Hochleistungs-Faserverbundstrukturen. Durch die Erweiterung der bestehenden Infrastruktur können künftig Werkstoffe, Fertigungsverfahren und Strukturkonzepte über ihren gesamten Lebenszyklus – von der Herstellung über die Nutzung bis hin zu Reparatur, Demontage und Recycling – umfassend erforscht und bewertet werden.

Das IFW erweitert hierfür seine Infrastruktur um moderne laserbasierte Fertigungs-, Füge- und Trenntechnologien sowie flexible Fertigungssysteme. Dadurch können zukünftig neue Prozessketten für kreislauffähige Leichtbaustrukturen entwickelt und unter industrienahen Bedingungen untersucht werden. Das PuK schafft mit neuen Anlagen zur Werkstoffentwicklung und -charakterisierung die Voraussetzungen, um innovative thermoplastische Hochleistungswerkstoffe und Hybridmaterialien hinsichtlich ihrer Kreislauffähigkeit und ihres Einsatzpotenzials zu erforschen. Das IFL erweitert seine experimentellen und numerischen Forschungsmöglichkeiten zur strukturellen Bewertung dieser Werkstoffe und untersucht damit deren mechanisches Verhalten und Eignung für zukünftige Leichtbaustrukturen.

Robotik und digitale Technologien für die Produktion von morgen

Ein zweiter Schwerpunkt der Forschungsinfrastruktur schafft die Voraussetzungen, den Einsatz kognitiver und humanoider Robotersysteme in zukünftigen Fertigungs- und Recyclingprozessen wissenschaftlich zu untersuchen. Im Mittelpunkt steht dabei die Frage, wie intelligente Assistenzsysteme Menschen bei variantenreichen und komplexen Produktionsaufgaben unterstützen und sich flexibel in bestehende Fertigungsumgebungen integrieren lassen.

Am IFW entstehen hierfür eine neue Forschungsumgebung für die Mensch-Roboter-Kollaboration mit flexiblen Robotersystemen. Damit soll untersucht werden, wie kognitive und humanoide Robotersysteme insbesondere bei hoher Variantenvielfalt und geringer Standardisierung eingesetzt werden können. Untersucht werden unter anderem Anwendungen in der Demontage, beim Umgang mit Rezyklaten sowie bei der Verarbeitung und Inspektion komplexer Bauteile. Robotische Assistenz wird dabei als gezielte Erweiterung menschlicher Handlungsspielräume verstanden und soll sich flexibel in bestehende Fertigungsumgebungen integrieren lassen.

Gemeinsame Weiterentwicklung des Forschungsstandorts Stade

RE:LIGHT ist Teil der gemeinsamen Entwicklungsstrategie des Forschungsstandorts CFK NORD in Stade. Gemeinsam mit den Forschungsaktivitäten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und des Fraunhofer IFAM entstehen dort komplementäre Forschungsplattformen für nachhaltige und adaptive Leichtbautechnologien.

Das HPCFK verbindet langfristige wissenschaftliche Fragestellungen mit den Anforderungen der industriellen Praxis und schafft damit die Grundlage für zukünftige Technologien. DLR und Fraunhofer IFAM ergänzen diese Kompetenzen durch ihre anwendungs- und transferorientierte Forschung sowie ihre Expertise bei der Skalierung und industriellen Validierung neuer Technologien.

Mit der erweiterten Forschungsinfrastruktur stärkt RE:LIGHT die Voraussetzungen für zukünftige Forschungs- und Entwicklungsprojekte und schafft neue Möglichkeiten, innovative Werkstoffe, Fertigungsverfahren und Produktionskonzepte unter industrienahen Bedingungen zu entwickeln und zu validieren. Damit leistet das Vorhaben einen Beitrag zur Entwicklung ressourceneffizienter und digitaler Schlüsseltechnologien für den Flugzeugleichtbau und stärkt zugleich den Forschungs- und Innovationsstandort Stade.

Das Projekt RE:LIGHT wird durch das Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur und die NBank gefördert. Die Förderung erfolgt mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen der Plattform Strategische Technologien für Europa (STEP).

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Carsten Schmidt
Tel.: +49 (0) 4141 – 77638 – 11
Mobil: +49 (0) 172 – 4180190
E-Mail: schmidt_c@ifw.uni-hannover.de

Laufzeit: 2026 – 2028

 

Förderer: Europäischer Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) im Rahmen der Plattform Strategische Technologien für Europa (STEP)

 

Veröffentlicht am

HY-Launch

Laserbasierte Fertigungstechnologien zur Herstellung von Wasserstoffspeichern

Das Projekt HY-Launch zielt darauf ab, im Rahmen des ITZ Nord
(H2AM) eine einzigartige Forschungs- und Entwicklungsplattform für
Faserverbund-Leichtbau-Tanksysteme zu schaffen, die speziell auf die
Anforderungen der Luft- und Schifffahrt zugeschnitten ist. Das Projekt
ermöglicht es künftig insbesondere kleinen und mittleren Unternehmen (KMU), neuartige Wasserstoff-Tanksysteme in gemeinsamen Forschungsprojekten und mit reduziertem wirtschaftlichem Risiko zu entwickeln und so bestehende Markteintrittsbarrieren abzubauen. Die Infrastruktur ist dabei auf die Entwicklung und Erprobung kompakter Tanksysteme und repräsentativer Testkörper ausgelegt, um eine Vielzahl an Material- und Konstruktionsparametern effizient untersuchen zu können.

Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Einsatz der Laser-basierten
Automated Fiber Placement – Technologie, die neue Designoptionen eröffnet und gegenüber herkömmlichen Faserwickelverfahren zusätzliche Gewichtsreduktionen ermöglicht. Darüber hinaus plant das Konsortium, seine Prüfkapazitäten weiter auszubauen. So sollen Prüfsysteme für statische und zyklische Tests unter kryogenen Temperaturbedingungen beschafft werden, die den besonders hohen thermischen und mechanischen Anforderungen an Wasserstofftanks gerecht werden.

Durch die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit von Expertinnen und Experten aus den Bereichen Werkstofftechnik, Strukturauslegung, Fertigungstechnik und Bauteilprüfung im Rahmen der Forschungskooperation HP CFK werden innovative Wasserstoffspeicher entlang des gesamten Produktentwicklungsprozesses erforscht – sowohl für Druckgas- als auch für kryogene Anwendungen.

Ansprechpartner:

Dr.-Ing. Carsten Schmidt
Tel.: +49 (0) 4141 – 77638 – 11
Mobil: +49 (0) 172 – 4180190
E-Mail: schmidt_c@ifw.uni-hannover.de

Laufzeit: 2024 – 2027

Förderer: Bundesministerium für Verkehr

Veröffentlicht am

reFrame

Nachhaltiger Leichtbau für die Mobilität der Zukunft

Faserverstärkte Kunststoffe bieten enormes Potenzial zur Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und CO2-Emissionen in Mobilitätsanwendungen. Dennoch stellt ihr zunehmender Einsatz langfristig eine große Herausforderung für die Verwertung nach dem Lebensende dar. Besonders kritisch ist das Recycling von hochbelastbaren, kostenintensiven Kohlenstofffasern, deren Herstellung im Vergleich zu Stahl mit nahezu fünffachem Energieaufwand und 15-facher CO2-Emission einhergeht. Dies bietet ein erhebliches ökonomisches und ökologisches Wiederverwertungspotenzial. Jedoch führen bestehende Recyclingansätze für Faserverbundstrukturen – sei es chemisch, pyrolytisch oder mechanisch – häufig zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften gegenüber jungfräulichen Materialien. Dies erschwert den Einsatz von Rezyklaten in hochbelasteten, gewichtsrelevanten Anwendungen, wie sie beispielsweise in der Luftfahrt vorkommen. Der aktuelle industrielle und wissenschaftliche Kenntnisstand im Umgang mit recycelten Materialien, insbesondere hinsichtlich ihrer Berücksichtigung in der Strukturauslegung und Schadensmodellierung, ist daher als unzureichend zu bewerten.

Das Projekt reFrame hat sich zum Ziel gesetzt, eine geschlossene Recyclingroute für thermoplastische end-of-use CFK-Bauteile zu entwickeln, um sie erneut für Leichtbau-Hochleistungsanwendungen nutzbar zu machen. Dazu werden zunächst sowohl produktionsbedingte Prepreg-Verschnittreste als auch end-of-use Bauteile in einem Rezyklierungsprozess funktionalisiert und zu einem kurzfaserverstärkten, thermoplastischen Compound verarbeitet. Durch die anschließende Kombination des Rezyklats mit endlosfaserverstärkten Kohlenstofffaser-Tapes, die im thermoplastischen Automated-Fiber-Placement (TAFP) und Heizpressprozess angebunden werden, sollen neue Hochleistungsanwendungen erschlossen werden. Die im Projekt entwickelten Werkstoffkonzepte werden anhand eines elektrisch angetriebenen Fluggeräts in der Strukturauslegung getestet und bewertet.

Die interdisziplinäre Forschungskooperation im Forschungsverbund HP CFK (TU Clausthal, TU Braunschweig und Leibniz Universität Hannover) am Standort Stade ermöglicht die vollständige Abdeckung der Entwicklung:

      • Das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik konzentriert sich auf das Recycling thermoplastischer Faserverbundbauteile und produktionsbedingter Verschnittabfälle sowie deren Aufwertung für Hochleistungsanwendungen. Zunächst wird aus dem Rezyklat ein kurzfaserverstärktes Basiscompound entwickelt, das anschließend durch Funktionalisierung zu einem pressfähigen Leichtbaukernmaterial weiterverarbeitet wird. Neben dreidimensional gepressten Kernmaterialien werden auch Möglichkeiten zum 3D-Druck individueller kurzfaserverstärkter Kerne für den Einsatz in Sandwichstrukturen untersucht.

      • Der Lehrstuhl für Gesamtentwurf von Flugzeugen des Instituts für Flugzeugbau und Leichtbau wird mögliche Einsatzbereiche von Recycling-Strukturen analysieren und einen Flugzeugentwurf entwickeln, der an zukünftige Mobilitätsanforderungen angepasst ist. Ergänzend dazu wird am Lehrstuhl für Flugzeugkonstruktion die Strukturauslegung mit angepassten Methoden für Rezyklate durchgeführt, da diese eine höhere Streuung in ihren Materialeigenschaften aufweisen. Durch gezielte Funktionsintegration, wie das Einbringen von Brandschutzsystemen oder Sensorik zur Strukturüberwachung, kann das Leichtbaupotenzial weiter gesteigert werden. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf reversiblen Fügemethoden, um ein vollständiges und sortenreines Recycling der Strukturen zu ermöglichen.

      • Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen untersucht das Einsatzpotenzial recycelter und biobasierter Materialien in thermoplastischen Automated Fiber Placement-Technologien zur Reduktion von Primärrohstoffen in Hochleistungsstrukturen. Durch den Einsatz von KI-basierter Prozessüberwachung und Digitalisierungsansätzen sowie energieeffizienten Fertigungsstrategien wird der Grundstein für eine CO2-freie Produktion gelegt.

    Im Rahmen einer intensiven Transferperiode im fortgeschrittenen Projektverlauf sowie durch kontinuierliche Transferarbeit seitens der Privaten Fachhochschule Göttingen (PFH), Hansecampus Stade, wird der regionale Wissenstransfer nachhaltig gestärkt. Gemeinsam mit interessierten KMU werden im Rahmen von projektbegleitenden Voruntersuchungen anwendungsnahe Fragestellungen der beteiligten Industriepartner bearbeitet, mit dem Ziel, die Projektergebnisse in Anschlussprojekte und Unternehmen zu überführen.

    Förderer: Europäischer Fond für Regionale Entwicklung (EFRE) und Land Niedersachsen

    Laufzeit: 2024-2027

    Veröffentlicht am

    Multi Hardener Laminates (MHL)

    Entwicklung eines Materialkonzepts zur Verringerung von Temperaturgradienten in dickwandigen Bauteilen

    Bei der Herstellung dickwandiger, hochbelastbarer Faserverbundbauteile führt die exotherme Aushärtereaktion des duromeren Harzsystems zu Wärmeentwicklung. Wird diese im Fertigungsprozess nicht berücksichtigt, entstehen beträchtliche Temperaturunterschiede innerhalb des Bauteils, die sich aufgrund der geringen Wärmeleitfähigkeit des polymeren Werkstoffs nur langsam abbauen. Mit zunehmender Bauteildicke staut sich die Reaktionswärme in den mittleren Lagen des Bauteils. Durch höhere Temperaturen verläuft die Aushärtereaktion schneller, was wiederum zu einer beschleunigten Wärmefreisetzung führt. Diese Temperaturunterschiede führen zu unterschiedlichen Aushärtegeschwindigkeiten im Bauteil und begünstigen die Entstehung von Eigenspannungen. Diese Eigenspannungen können im fertigen Bauteil zu Verzug und einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften führen, im schlimmsten Fall sogar zu Materialdegradation aufgrund von Überhitzung.

    Das Ziel des beantragten Vorhabens ist daher die Reduktion der Wärmeentwicklung und die gezielte Nutzung durch Verwendung von unterschiedlich reaktiven Harz-Härtersystemen bei der Herstellung dickwandiger Faserverbundbauteile auf Basis von online hergestellten Prepregs. Das zu erforschende Materialkonzept sieht vor, die in den inneren Lagen des Bauteils entstehende Wärme durch den Einsatz weniger reaktiver Härterkomponenten zu reduzieren. Gleichzeitig wird in den äußeren Lagen durch Verwendung eines reaktiveren Harzsystems ausreichend Wärme erzeugt, um die inneren Lagen auszuhärten.

    Zur Erreichung des Ziels werden zunächst geeignete Harz-Härter-Systeme ausgewählt und charakterisiert. Anschließend wird ein Simulationsmodell erstellt, das die Aushärtung unterschiedlicher Harz-Härter-Systeme und die entstehende Temperaturverteilung innerhalb eines Bauteils abbildet. Mithilfe eines Optimierungsalgorithmus wird aus dem Modell ein lagenweiser Infusionsplan für Probebauteile verschiedener Dicken abgeleitet. Die Probebauteile werden anschließend mittels Online-Prepreganlage und Heißpresse hergestellt. Dabei wird die Temperaturverteilung im Bauteil überwacht und das Simulationsmodell validiert. Die hergestellten Bauteile werden mechanischen Prüfungen unterzogen, um die Auswirkung der Verwendung unterschiedlicher Harz-Härter-Systeme innerhalb eines Bauteils zu untersuchen.

    Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

    Laufzeit: 2024-2026

    Veröffentlicht am

    SHOREliner

    Entwicklung eines klimaneutralen Faserverbund-Flugzeugs mit robusten aerodynamischen und STOL-Eigenschaften für den Einsatz als Multi-Purpose-Commuter

    Seit Jahrzehnten wächst der weltweite Luftverkehr. Heutzutage werden nahezu alle Flugzeuge mit fossilen Brennstoffen angetrieben, was zu einer gleichzeitigen Zunahme der globalen CO2-Emissionen der Luftfahrt führt. Ihr Anteil an den weltweiten CO2-Emissionen liegt bei etwa 2%. Die Elektrifizierung des Luftfahrtantriebs macht das Fliegen ohne jeglichen Ausstoß von Abgasemissionen bereits heute möglich, jedoch wurde sie bisher noch nicht in den Regionen umgesetzt, in denen dies besonders plausibel und dringlich ist.

    Der SHOREliner ist ein vollelektrisches, klimaneutrales Faserverbund-Flugzeug, das weltweit für eine nachhaltige, umweltfreundliche und ressourcenschonende Luftfahrt steht. Er setzt regional dort an, wo Umweltverträglichkeit auf mehreren Ebenen besonders erforderlich ist, nämlich auf Kurzstrecken in ökologisch sensiblen Küstenregionen. Dank des elektrischen Antriebs ist das Konzept im Betrieb CO2- und schadstofffrei, wenn die örtlich verfügbare Wind- und Solarenergie genutzt wird. Zudem minimiert es den Einfluss auf die lokale Umwelt durch die Reduzierung der Lärmemission. Aufgrund seiner robusten Eigenschaften eignet sich der SHOREliner für zahlreiche Kurzstreckenflüge in windigen Küstenregionen mit kurzen Landepisten und vielfältigen Anwendungsbereichen.

    Da die Umweltauswirkungen eines Flugzeugs nicht auf den Betrieb beschränkt sind, ist der SHOREliner über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg auf minimale Umwelteinflüsse ausgerichtet. Die Partner des im Rahmen des Luftfahrtforschungsprogramms VI-3 geförderten Vorhabens konzentrieren sich darauf, einen äußerst kurzen Entwicklungsprozess zu ermöglichen, Hochleistungsmaterialien in einer effizienten und ressourcenschonenden Prozesskette einzusetzen und die Prototypenfertigung und -zertifizierung durch Simulationen und KI zu unterstützen.

    Die Projektkoordination und den Hauptverantwortlichen für den Flugzeugentwurf übernimmt M&D Flugzeugbau, ein EASA-zertifizierter Entwickler, Hersteller und Zulieferer für die Luftfahrtindustrie. Das IFL der TU Braunschweig arbeitet in Zusammenarbeit mit dem IFW der Leibniz Universität Hannover an der Umsetzung einer multidisziplinären Methode zur Verknüpfung von Strukturentwurf und Fertigungsplanung und wird diese durch simulationsgestützte Impactanalysen unterstützen. Das IFW ist außerdem zusammen mit dem Projektpartner Broetje-Automation, dem Spezialisten für Produktionsprozesse in der Luft- und Raumfahrtindustrie, an der Entwicklung eines nachhaltigen Fertigungsprozesses für den SHOREliner beteiligt. Projektpartner Schill & Seilacher „Struktol“ produziert chemische Spezialprodukte für Composite-Anwendungen und entwickelt die Matrixsysteme für die Faserverbundstrukturen, die im Rahmen der vom PuK der Tu Clausthal entwickelten Konzepte zum Brandschutz der Antriebsstrukturen und zur Verwendung nachhaltiger Materialien in Strukturbauteilen eingesetzt werden.

    Im Rahmen des LuFo VI-3 wird die erste Projektphase des SHOREliners umgesetzt, die sich hauptsächlich auf das Design (Concpetual Design, Preliminary Design, Detailed Design) konzentriert und von technologischen Untersuchungen begleitet wird.

    Laufzeit: 2023 – 2026

    Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Luftfahrtforschungsprogramm (LuFo VI)

    Veröffentlicht am

    TheSaLab

    Grundlagen zur Herstellung von Thermoplast-Sandwichstrukturen mittels Laser-basiertem in-situ Thermoplast Automated Fiber Placement

    Strukturen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) bieten aufgrund der hohen spezifischen Festigkeiten ein enormes Leichtbaupotential. In den letzten Jahren geht der Trend von duroplastischen zu thermoplastischen Materialien, um die Vorteile der Recyclierbarkeit sowie des Fügens zweier Bauteile durch lokales Aufschmelzen der Matrix nutzen zu können. Ein besonders gutes Verhältnis von mechanischen Eigenschaften zu Gewicht wird durch Sandwichstrukturen erreicht. Die Herstellung von thermoplastischen Sandwichstrukturen mit den gängigen Verfahren ist aktuell auf ebene Bauteile beschränkt. Vereinzelte Ansätze zur Herstellung von dreidimensionalen Strukturen erfordern hochkomplexe Werkzeuge sowie mehrschrittige Fertigungsprozesse und sind zudem auf eine einzige festzulegende Form begrenzt. Das Thermoplast Automated Fiber Placement (TAFP) bietet hingegen einen flexiblen Faserverbund-Fertigungsprozess. Für Prozesse, in denen gleichartige Halbzeuge verwendet werden, existiert bereits ein umfassendes Prozessverständnis. Allerdings fehlt Wissen über die Wirkmechanismen und die Ausprägung der optisch-thermomechanischen Wechselwirkungen bei der Ablage von anisotropen Tapes auf isotrope Schaumstrukturen. In Voruntersuchungen konnte gezeigt werden, dass die Ausbildung einer kohäsiven Anbindung zwischen abgelegten Tapes und Schaumkern unter TAFP Prozessbedingungen prinzipiell möglich ist. Allerdings kommt es bei der Wahl ungeeigneter Prozessparameter zu einem lokalen Kollabieren der Schaumstruktur oder zu einer unzureichenden kohäsiven Anbindung der beiden Fügepartner.

    Das Ziel dieses Projektes ist daher, ein grundlegendes Verständnis über die Zusammenhänge der optischen-thermomechanischen Wechselwirkungen in der Heiz- und Fügezone bei der Ablage kohlenstofffaserverstärkter thermoplastischer Tapes auf thermoplastischen Schaumkernen mittels laserbasiertem TAFP zu entwickeln. Hierzu wird in einem ersten Schritt die optische Interaktion der Laserstrahlung mit dem Schaummaterial und den Prepreg-Tapes untersucht und die aus der Reflexions-, Absorptions- und Transmissionscharakteristik der beiden Fügepartner resultierende Leistungsverteilung in der Heizzone in Abhängigkeit der Lasereinstellungen modellbasiert bestimmt. Des Weiteren wird das Schaum- und Konsolidierungsrollenverhalten unter Prozessparametern mechanisch charakterisiert und in Materialmodelle überführt. Die Ergebnisse der Untersuchungen werden im Anschluss in ein thermomechanisches Prozessmodell zusammengeführt und validiert. Über eine Kopplung des thermomechanischen Prozessmodells mit einem Verbindungsfestigkeitsmodell wird der Einfluss der Prozessparameter auf die Anbindungsqualität zwischen abgelegten Tapeschichten und Schaumkern erforscht. Durch die Generierung eines grundlegenden Verständnisses wird die Grundlage zur Herstellung individuell gekrümmter thermoplastischer Sandwichstrukturen mittels laserbasiertem TAFP geschaffen.

     

    Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

    Laufzeit: 2023-2026

    Veröffentlicht am

    InSiTe

    Methode zur In-Situ Erfassung von wirkzonennahen Temperaturverläufen für das laserbasierte Automated Fiber Placement 

    Das laserbasierte Automated Fiber Placement (AFP) ermöglicht bei Verwendung von thermoplastischen Matrixwerkstoffen die in-situ Herstellung von Faserverbundstrukturen, sodass ein energieintensiver Autoklavprozess entfallen kann. Zusätzlich ergeben sich weitere Vorteile durch eine verbesserte Recyclierbarkeit sowie stoffschlüssige Verbindungstechniken. Die Herausforderung besteht allerdings darin, dem Autoklavprozess gleichwertige mechanische Eigenschaften zu erzielen. Die Fügefestigkeit wird durch eine thermisch-mechanische Prozessführung, die im Idealfall auf der Kenntnis der thermisch-mechanischen Zustände in der Fügezone beruht, eingestellt. Über bekannte Modelle lassen sich dann die interlaminaren Festigkeiten vorhersagen, sodass zeit- und kostenintensive Prüfmethoden minimiert werden können und ggfl. bereits im Prozess eine Nachbesserung der Qualität durchgeführt werden kann. Ein Problem stellt dabei die prozessbegleitende Erfassung der Temperaturhistorie in der Fügezone dar. Während die Temperatur vor und nach der Fügezone bspw. durch IR-Thermographie erfasst werden kann, ist die Fügezone durch die Konsolidierungsrolle verdeckt. In das Laminat eingebrachte Thermoelemente oder faseroptische Sensoren messen die Temperatur nur punktuell und werden ausschließlich zur Modellvalidierung genutzt, wobei sie allerdings gleichzeitig als Störstellen agieren und daher die Temperatur über-, bzw. unterschätzen. Dementsprechend existiert aktuell keine Methode, empirisches Wissen über die Temperaturhistorie innerhalb der Fügezone im kontinuierlichen AFP-Prozess zu erlangen. Aus diesem Grund wurde in eigenen Vorarbeiten eine neue Messmethode konzipiert, bei der die Konsolidierungsrolle mit faseroptischen Rayleighsensoren ausgestattet wird. Hierdurch entsteht eine dehnungssensitive Mantelfläche, die kontinuierlich Kontakt mit der Fügezone hat und somit die Erfassung von thermisch-mechanischen Zuständen ermöglicht.

    Ziel dieses Projektes ist es daher, die thermisch-mechanische Sensitivität der Rayleigh-Sensoren, die in eine für das AFP typische, formadaptive Konsolidierungsrolle eingebettet werden, zu erforschen und damit die Messmethode für die Temperaturerfassung im laserbasierten AFP zu befähigen. Hierzu werden experimentelle Untersuchungen zur Fasereinbettung und der sich daraus ergebenden thermischen und mechanischen Sensitivitäten durchgeführt. Die Erkenntnisse werden zur Kompensation von mechanischen sowie thermischen Störgrößen genutzt, sodass die verbleibenden Dehnungen als thermische Dehnungen vorliegen. In weiteren Untersuchungen wird eine modellgestützte Methode zur Kalibrierung der sensitiven Konsolidierungsrolle erarbeitet, indem die thermischen Dehnungen mit den Temperaturverläufen in einen Zusammenhang gebracht werden. Durch die Kombination der Störgrößenkompensation mit der modellgestützten Kalibrierung wird die Temperaturerfassung in einem kontinuierlichen, rollenbasierten Fertigungsprozess, wie z. B. dem laserbasierten AFP, ermöglicht.

     

    Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

    Laufzeit: 2023-2025

    Veröffentlicht am

    FASTHER

    Numerische und experimentelle Untersuchung der Betriebsfestigkeit von geschweißten thermoplastischen FKV-Strukturen unter Berücksichtigung von Eigenspannungen

    Thermoplastische Matrices in Faserverbundstrukturen sind in den letzten Jahren zunehmend in den Fokus der Forschung gerückt, da sie gegenüber duromeren Matrices einen entscheidenden Vorteil aufweisen: die Schweißbarkeit. Diese bietet ein hohes Potential, z.B. hinsichtlich Gewichtsreduzierung, Taktzeitverkürzung und der gerade heutzutage so bedeutsamen Rezyklierbarkeit. Wenngleich verschiedene Schweißverfahren Gegenstand der Forschung sind und zum Teil bereits in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen, ist das grundsätzliche Wirkprinzip der Verfahren sehr ähnlich. Durch Eintrag von Wärme im Bereich der angestrebten Fügezone wird die Matrix aufgeschmolzen. Unter Einwirkung eines von außen applizierten Drucks auf die Fügepartner während der Abkühlung werden diese anschließend zu einem Bauteil verbunden. In eigenen numerischen Simulationen im Rahmen des Projektes JoinThis konnte bereits gezeigt werden, dass infolge des Abkühlprozesses, Eigenspannungen in der Fügezone und deren Umgebung auftreten, welche eine Vorschädigung der Matrix bewirken. Vor allem für zyklisch belastete Komponenten prägen sich somit potentiell lebensdauer-verringernde Vorschädigungen aus, welche in der Dimensionierung von derart belasteten Komponenten zu berücksichtigen sind.

    Ziel des Projektes FASTHER ist das Schädigungsverhalten von geschweißten thermoplastischen Faserverbundstrukturen hinsichtlich zyklischer Belastung unter Berücksichtigung von thermischen Eigenspannungen systematisch zu untersuchen. Die zentrale Forschungshypothese ist, dass ein Verfahren zur rechnerischen Lebensdauervorhersage von geschweißten faserverstärkten Thermo-plasten auf Basis der Finite-Elemente-Methode erstellt werden kann. Mit Abschluss des Projektes steht erstmals eine Detailmodellierung der Ermüdungsschädigung von geschweißten thermoplastischen Faserverbundstrukturen zur Verfügung, welche wertvolle Erkenntnisse hinsichtlich der rechnerischen Dimensionierung im Flugzeugbau liefert. Darüber hinaus wird das Verständnis zur numerischen Modellierung der Ermüdung von FKV erweitert sowie ein wesentlicher Beitrag zu Möglichkeiten der experimentellen Gewinnung von Validierungsdaten mithilfe faseroptischer Sensoren geleistet.

    Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

    Laufzeit: 2022-2025

    Veröffentlicht am

    MaNuK

    Magnetische Nutverschlusskeile im kontinuierlichen Produktionsverfahren

    Das Konsortium des Forschungsprojektes MaNuK – „Magnetische Nutverschlusskeile im kontinuierlichen Produktionsverfahren“ startet am 24. Februar im Rahmen eines Kick-Offs offiziell seine Arbeit.
    Nutverschlusskeile werden in elektrischen Maschinen mit offenen Nuten im Blechpaket eingesetzt, um die Wicklung zu fixieren und zu schützen. Die weiten Nutöffnungen im Blechpaket, welche den magnetisch wirksamen Luftspalt zwischen Stator und Rotor vergrößern bewirken lokal eine unerwünschte Schwächung des Magnetfeldes. Dem wirken magnetische Nutverschlusskeile durch verbesserte Flussführung entgegen. Das Resultat ist vor allem die Reduzierung des benötigten Magnetisierungsstromes und folglich ein besserer Leistungsfaktor sowie eine Wirkungsgradsteigerung der Maschine.
    Die heute verfügbaren magnetischen Nutverschlusskeile weisen jedoch erhebliches Verbesserungspotenzial hinsichtlich der magnetischen Leistungsfähigkeit und ihrer mechanischen Eigenschaften auf – durch verfrühtes Versagen sind sie häufig Ursache von Anlagenstillschäden und -stillständen.
    Das Projekt MaNuK ist ein Kooperationsprojekt der Partner M&D Composites Technology GmbH, Schill & Seilacher „Struktol“ GmbH, Fisco GmbH, dem Institut für Antriebsysteme und Leistungselektronik (IAL) der Leibniz Universität Hannover und dem Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK) der TU Clausthal. Das Projekt wird durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Dabei liegen die Schwerpunkte des PuK in der Erforschung der wechselseitigen Beziehungen von Füllstoffkonditionierung, Aufbau des magnetischen Nutverschlusskeils und seiner magnetischen Eigenschaften, welche die Grundlage bildet für den neuartigen strukturellen Aufbau des Nutverschlusskeils und die Entwicklung eines neuen, kontinuierlichen und deutlich wirtschaftlicheren und ressourceneffizienteren Herstellungsprozesses, mit denen die bisherigen Nachteile behoben werden sollen.

    Laufzeit: 2022 – 2023

    Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)

    Veröffentlicht am

    BionicWalker

    Entwicklung einer neuartigen prothetischen Versorgung für teilfußamputierte Patienten mit Carbonfederelement für die Aufnahme, Speicherung und Abgabe von Bewegungsenergie

    Das Projekt „Bionic Walker“ ist ein durch das Zentrale Innovationsprogramm Mittelstand gefördertes Kooperationsprojekt zur Entwicklung und Erforschung einer neuen prothetischen Versorgung für Patienten mit Teilfußamputationen. Zu dem Projektkonsortium gehören die REHA-OT Lüneburg Melchior & Fittkau GmbH aus Lüneburg, die Zeisberg Carbon GmbH aus Hannover, die OK Gummiwerk Otto Körting GmbH aus Hameln, das Institut für Orthopädische Bewegungsdiagnostik (OrthoGO) aus Hannover sowie die der Forschergruppe HPCFK angehörigen Institute Institut für Flugzeugbau und Leichtbau der TU Braunschweig und Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik der TU Clausthal. Administrativ wird das Projektkonsortium durch die Wirtschaftsförderungs-GmbH für Stadt und Landkreis Lüneburg unterstützt.

    Die Aufgabe der, neuen prothetischen Versorgung besteht in der Wiederherstellung einer normalen, dynamischen und symmetrischen Gangabwicklung für Patienten nach Teilfußamputationen, um Folgebeschwerden durch Gangveränderungen zu vermeiden und ihnen zu ermöglichen, schneller in den gesellschaftlichen und beruflichen Alltag zurückzukehren. Erreicht wird die wesentliche Funktion des Produkts durch ein spezielles Federelement aus carbonfaserverstärktem Kunststoff, das die Charakteristik der nicht mehr vorhandenen anatomischen Strukturen nachbildet. Genau wie bei einem gesunden Bewegungsapparat wird ein Teil der kinetischen Energie beim Auftreten während des Gehens als potenzielle Energie in dem Federelement gespeichert. Beim erneuten Abheben des Fußes dient die komprimierte Feder der Unterstützung des Patienten und verringert den erforderlichen Kraftaufwand.

    Ausgehend von einer ganganalytischen Ermittlung der medizinischen Anforderungen findet innerhalb des Kooperationsprojekts die komplette Entwicklung, Fertigung und Zusammenführung aller Komponenten zu einem Demonstrator statt. Dessen Funktionsfähigkeit und Wirkung wird über statische und zyklische Versuche in einer Prüfmaschine, über mehrachsige Versuche mit einem Industrieroboter sowie realitätsnahe Versuche im Ganglabor nachgewiesen.

    Laufzeit: 2021 – 2023

    Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)