19. JUNI 2018

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Starke Bilanz für hybriden Leichtbau


Zusammen mit Unternehmen hatte die baden-württembergische Landesregierung 5,53 Millionen Euro in die Forschung für den hybriden Leichtbau investiert. Die Bilanz nach dreieinhalb Jahren: Die fünf Forschungsprojekte leisten einen wichtigen Beitrag zur Automatisierung von Herstellungsverfahren und in der Verbindung hybrider Leichtbauteile.

Leichtbau in der Luftfahrt
Das Institut für Flugzeugbau der Universität Stuttgart erforschte im Projekt „3D TFP“ zusammen mit Unternehmen die automatisierte Umformung von Bauteilen für Luftfahrtanwendungen mit Leichtbau-Potential. Einzelne Verstärkungsfäden, die entlang vordefinierter Lastpfade auf einer Ebene abgelegt sind, können durch einen nachgeschalteten Umformprozess zu optimalen 3D-Strukturen umgeformt werden.

Hierfür müssen Einflüsse des Umformens auf die Lage der Verstärkungsfasern bekannt sein und in der zweidimensionalen Ablage im TFP-Prozess berücksichtigt werden. Diese Einflüsse können nun durch eine numerische Vorhersage bestimmt und so die Ablagepfade ermittelt werden. Die Verstärkungsfasern können durch die Kombination aus TFP-Textil und nachgeschaltetem Umformprozess in sonst nicht erreichbare Bereiche manipuliert werden. Ergebnis: eine materialeffiziente Herstellung der Produkte.
 
Wirtschaftlichkeit durch automatisierten RTM-Prozess
Im Projekt „Hypro“ entwickelten das WBK-Instituts für Produktionstechnik des KIT und das Fraunhofer ICT eine automatisierte Prozesskette zur wirtschaftlichen Fertigung von Hybridbauteilen. Zusammen mit Industrieunternehmen erarbeiteten sie eine Fertigungsanlage auf der Basis des Resin-Transfer-Moulding (RTM-)Prozesses erarbeitet.

Für die Anbindung der fertigen Faserverbundbauteile an beliebige Komponenten untersuchte man automatisierte Einbringungsverfahren von Lasteinleitungselementen. Auch für die Infiltration konnte mit einer bauteilintegrierten Dichtung das Problem häufig zu wechselnder Dichtungen im Infiltrationswerkzeug gelöst werden. So sind mehrere Lösungen für die Automatisierung des RTM-Prozesses entstanden.

Schleifen wird umweltfreundlich
Gemeinsam mit vier Unternehmen widmete sich die Hochschule Furtwangen im Projekt „Faserverstärkte Werkstoffe“ der hochwertigen Verarbeitung hybrider Leichtbauwerkstoffe. Insbesondere sollte das Schleifen rentabel und gleichzeitig umweltfreundlich gestalten werden. Durch einen ganzheitlichen Ansatz ergeben sich zahlreiche neue Anwendungen für diese Werkstoffe.

Das wurde einerseits durch den Einsatz hybridgebundener, superabrasiver Schleifwerkzeuge für die simultane Bearbeitung von zwei Werkstoffen erreicht. Andererseits durch Laserkonditionierung- und Laserstrukturierungsverfahren der Schleifwerkzeuge sowie durch Hochgeschwindigkeitsschleifen von Polymerbeton und kohlenfaserverstärkter Keramik.

Verbindungstechnik optimiert
Das Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Institut für Fahrzeugsystemtechnik des KIT und das Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut (NMI) forschten gemeinsam mit Unternehmen im Projekt „Kraschwing“ an der Optimierung der Verbindungstechnik zwischen faserverstärkten und metallischen Hybrid-Leichtbauteilen. Ziel war, die Belastbarkeit verklebter als auch verschraubter Strukturen bei schwingender Beanspruchung zu verbessern.

Spannungsspitzen in belasteten Bauteilen sind für den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen eine Herausforderung. Diese können durch flächige Krafteinleitungen abgebaut werden. Die Verbindungsstellen werden jetzt mit Elastomerlagen in Laminaten sowie Rosetten zur Lochleibungsverstärkung von Verschraubungen angepasst.
 
Latente Initiatoren ersetzen Zweikomponentensysteme
Im Projekt „Fast-Matrix“ arbeiteten die Deutschen Institute für Textilforschung gemeinsam mit der Hochschule Esslingen und neun Unternehmen an einem neuen Verfahren zur Erzeugung faserverstärkter Verbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix.

Aufgrund der hohen Viskosität ist eine vollständige Durchtränkung der Bauteile und Faserbündel mit polymeren Schmelzen schwierig. Daher sind reaktive Matrixsysteme auf Basis anionisch polymerisierter Polyamide interessant, sie ermöglichen die Infiltration textiler Einleger bei geringer Viskosität. Bisher werden dafür Zweikomponentensysteme eingesetzt, bei denen kurz vor der Verarbeitung das Monomer mit einem Initiator und einem Aktivator gemischt wird. Danach startet die Reaktion sofort.

In dem Projekt wurden neue latente Initiatorsysteme in unterschiedlichen Faserverbund-Fertigungsverfahren getestet. Diese Initiatoren sind unterhalb einer bestimmten Temperatur inert. Erst nach Überschreiten dieser Temperatur wird eine Polymerisation gestartet. Der Vorteil der latenten Initiatoren liegt zum einen in der fast unbegrenzten Topfzeit unter der Aktivierungstemperatur. Zudem ergeben sich bei großen Bauteilen oder komplexen Geometrien Vorteile, da es zu keiner Viskositätsänderung kommt.

Datum:
08.01.2018
Unternehmen:
Bilder:
Leichtbau BW

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