Die Forschung wächst, die Adresse bleibt – HPCFK zieht in neue Forschungseinrichtung am CFK Nord in Stade

Der von der Stadt Stade initiierte Erweiterungsbau auf dem Gelände des CFK Nord im Ottenbecker Damm wurde im Juli fertiggestellt und konnte an die Betreibergesellschaft übergeben werden. Das interuniversitäre Forscherteam der Technischen Universität Clausthal, der Technischen Universität Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover konnte dann im August die neuen Räumlichkeiten beziehen.

Mit dem Umzug in den hochmodernen Büro- und Hallenkomplex stehen ab sofort weitere Kapazitäten für Forschung und Entwicklung im Bereich der faserverstärkten Kunststoffe zur Verfügung. Neben einer Vergrößerung der Büroräumlichkeiten ist durch den Umzug in den energieeffizienten Neubau ebenfalls die zur Verfügung stehende Maschinen- und Anlagenfläche gestiegen. Es steht nun mehr als doppelt so viel Fläche für die Entwicklung und den Betrieb von innovativen Prüfständen für grundlegende und anwendungsorientierte Forschungsarbeiten zur Verfügung.

Die neuen Kapazitäten erlauben neben der universitären Forschung auch den Ausbau der industriellen Forschung. Fragestellungen aus den Bereichen der Werkstoffwissenschaften, der Strukturauslegung und der Produktion können mit modernster Analytik, neuesten Softwaretools und der praxisnahen Umsetzung in Prüfständen sowohl in geförderten Kooperationsprojekten als auch innerhalb eines Dienstleistungsauftrages beantwortet werden. Wir unterstützen Sie dabei von der Planung Ihres Vorhabens mit der Wahl möglicher Förderinstrumente über die Entwicklung geeigneter Untersuchungsstrategien bis zur Umsetzung in digitale oder analoge Prototypen.

 

Erfolgreiche Promotion von Joscha Krieglsteiner im Bereich der produktionsgerechten Gestaltung von Flugzeugstrukturen

Am 16.05.2022 verteidigte Joscha Krieglsteiner, ehemaliger Mitarbeiter unserer Forschergruppe, erfolgreich seine Dissertation mit dem Titel “Algorithmusbasierte Konzeptauswahl in der Integrierten Entwicklung produktionsgerechter Leichtbaustrukturen aus Faser-Kunststoff-Verbund”. Kern der Arbeit von Herrn Krieglsteiner war der Entwurf einer Methodik zur aufwandsarmen und rechenzeiteffizienten Erzeugung, Bewertung und Auswahl von Leichtbaustrukturalternativen und ihrer Prozessketten innerhalb den frühen Entwurfsphasen einer interdisziplinären Strukturbauteilentwicklung.

Mit seiner Arbeit, die im Rahmen des DFG Projekts ProDesign – “Integrierte Methode für Prozessplanung und Strukturentwurf im Faserverbundleichtbau” entstand, liefert er einen sehr wichtigen Beitrag für den methodisch unterstützten produktionsgerechten Entwurf von Flugzeugstrukturen.

Wir gratulieren ganz herzlich zu diesem Erfolg!

WorkBoat365 berichtet über unser Projekt EvoFoil

Gemeinsam mit unseren Partnern Sustainable Marine und M&D Composites Technology haben wir den ersten großen Meilenstein im kanadisch-deutschen ZIM-Projekt „EvoFoil“ erreicht, nachdem statische Biegetests an dem neuen 4,3 m langen CFK-Gezeitenturbinenblatt erfolgreich abgeschlossen wurden. Die Aufgabe des IFW in dem Projekt ist die Erforschung einer standzeitoptimierten Hybridstruktur, die in der Blattwurzel zur Anbindung an die Rotornabe eingesetzt werden soll. Zu dessen Auslegung ist die Kenntnis der lokalen Blattbeanspruchung von großer Bedeutung, weshalb das IFW während der Biegetests quasikontinuierliche Dehnungsuntersuchungen mit dem faseroptischen Messsystem Luna ODiSI durchgeführt hat.
Das hochsensible Messverfahren ermöglicht die Aufnahme von Dehnungs- und Temperaturänderungen mit einem Messpunktabstand von 0,65 mm. Aufgrund des geringen Querschnittes lassen sich faseroptische Sensoren auf der Oberfläche oder auch innerhalb von Bauteilen applizieren, ohne das makroskopische Verhalten wesentlich zu beeinflussen.

Link zum Messverfahren: Ausstattung – Niedersächsische Forschungskooperation zur Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen (hpcfk.de)

Link zum Artikel: Sustainable Marine Reports First Major Milestone in Canadian-German EvoFoil Collaboration – Workboat365.com

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)

Interview zum Contiuous Wet Draping in der Composite World

Kürzlich berichteten Simon Werner und Marco Bogenschütz in einem Interview mit der Composite World von ihrer Forschung zum kontinuierlichen Nassdrapieren (engl. Continuous Wet Draping). Die neuartige Technologie ist derzeit Gegenstand des interdisziplinären Forschungsprojekts AutoBlade, das die Herstellung von Carbon-Rotorblättern für Gezeitenkraftwerke unter Berücksichtigung von spezifischen Material- und Strukturanforderungen in einem automatisierten Prozess vorsieht. Das Projekt wird durch den Europäischen Fond für regionale Entwicklung und das Land Niedersachsen gefördert .  Modular draping system shows potential for wrinkle-free, automated dry fiber layup | CompositesWorld

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)

 

AGRILIGHT – BMWi bewilligt 1,8 Mio. Euro für Leichtbauforschung in der Landmaschinentechnik

Leichtbau für starke, tonnenschwere Maschinen: IFW und PuK überführen gemeinsam mit Landmaschinenhersteller Krone und dem Leichtbauexperten M+D Composites Technology GmbH den Feldhäcksler BiG X in ein Leichtbaukonzept. 

In den vergangenen Jahrzehnten ist die Leistungsfähigkeit landwirtschaftlicher Erntemaschinen stark gestiegen. Größere Feldabschnitte werden durch größere und schwerere Maschinen in einem Arbeitsgang bearbeitet. Das gestiegene Gewicht bringt die Hersteller jedoch an die Grenzen der straßenverkehrsrechtlichen Zulässigkeit. Und: Anwender sehen sich mit einer stärkeren Bodenverdichtung auf den Agrarflächen konfrontiert.

In dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit 1,8 Mio. Euro geförderten Projekt AGRILIGHT sollen Leichtbautechnologien zu einem niedrigeren Gesamtgewicht des BIG X beitragen und so den bestehenden Konflikt auflösen, indem der ein-tonnenschwere Hauptrahmen des Feldhäckslers in ein Leichtbaukonzept überführt wird.

Die Projektpartner wollen in dem jüngst gestarteten Forschungsprojekt zunächst das Strukturkonzept des schweren Hauptrahmens sowie anliegender Funktionseinheiten analysieren und grundlegend in einen faserverbundgerechten, funktionsorientierten Leichtbau-Strukturentwurf aus Glasfaser- und Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen neu aufbauen.

Eine besondere Herausforderung ist die Vielzahl an unterschiedlichen Fügestellen, deren beanspruchungsgerechte Überführung in das neue Leichtbaukonzept unter Berücksichtigung der verschiedenen neuen Werkstoffe und deren, zum Teil grundlegend unterschiedlichen, mechanischen, elektrischen und chemischen Materialeigenschaften erfolgen wird. Da bestehende form-, kraft- und stoffschlüssige Fügemethoden beibehalten werden sollen, erhält die Faserverbundstruktur in den Anbindungsbereichen einen hybriden Strukturaufbau. Grundlage dafür stellen die im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1712 Intrinsische Hybridverbunde erlangten Erfahrungen mit der Multilayer-Insert-Technologie dar. 

Gleichzeitig verlangen Faserverbunde andere Fertigungsverfahren, bieten damit aber auch neue Formgebungsmöglichkeiten, wie z. B. aus der Luftfahrt bekannt. Es werden von M+D unterschiedliche Bauweisen konzipiert und bewerte, von differentiellen Strukturkonzepten, die mit herkömmlichen Faserverbundhalbzeugen einen sehr flexiblen Aufbau erlauben, bis hin zu hochintegralen Monocoque-Lösungen, bei denen ein fasergerechter Entwurf seine Vorzüge im Hinblick auf den Leichtbau und die maximale Gewichtsreduktion ausspielen kann.

Schlussendlich wird das neue Leichtbau-Rahmenkonzept in einem praxisnahen Validierungsexperiment von Krone in Zusammenarbeit mit allen Partnern untersucht. Hier werden unterschiedliche Belastungsszenarien des realen Einsatzes in einem dafür konzipierten Prüfstand simuliert. Aus den hier gewonnenen Testergebnissen leiten die Projektpartner fundierte Aussagen über eine mögliche Serientauglichkeit des Leichtbaurahmens ab. Gelingt es, den Rahmen mittels neuer Verbundstoffe und neuer Formgebung deutlich leichter zu gestalten, wäre dies ein wegweisender Schritt für die gesamte Landtechnikbranche.

TowPregRod

Kontinuierliches multi-orbitales Legen von TowPregs mit variablen Faserwinkeln

Luftfahrt-Leichtbaustäbe in CFK-Sandwichbauweise werden beim Projektpartner Schütze GmbH & Co in Braunschweig gegenwärtig in einem Strangziehverfahren hergestellt, indem ein zylindrisch geschliffenes Kernmaterial mit harzgetränkten Kohlenstofffasern parallel zur Stablängsachse belegt wird. Die unidirektional verstärkten Sandwichstäbe verfügen über sehr gute gewichtsbezogene mechanische Eigenschaften und dienen beispielsweise als leichte, hochsteife und hochfeste strukturversteifende Bauteile wie z. B. Stützstreben oder Steuerstangen. Der aktuelle Prozess gestattet nur die Erzeugung unidirektional in Stablängsrichtung orientierter Faserschichten; Winkellagen müssen gesondert in einem Offline-Prozess hergestellt werden. Das kontinuierliche Einbringen von Winkellagen im Fertigungsprozess sowie der Einsatz bereits vorimprägnierter Faserrovings erweitern das Einsatzgebiet der Sandwichstäbe signifikant und ermöglichen eine ressourcenschonende, zukunftsweisende Produktion.

Technologisches Ziel des Einzelvorhabens ist die Entwicklung und Erforschung eines multi-orbitalen TowPreg-Legesystems zur Applikation radialer Versteifungslagen mit variablen Faserwinkeln auf bereits axial verstärkten TowPreg-Sandwichstäben. Dabei ermöglichen die um den Kern rotierenden, radial verteilten Legeeinheiten eine vollflächige Endlosfertigung torsionssteifer Stäbe. Bei der Technologieentwicklung steht der spätere Einsatzort in der Kleinserienfertigung im Mittelpunkt. Besonderes Augenmerk in Entwicklung und Systemerforschung wird daher auf eine einfache Bedienbarkeit, kurze Umrüstzeiten, flexible Erweiterbarkeit und eine sichere, robuste Prozessführung gelegt.

Der Forschungsschwerpunkt des IFW liegt in der Erweiterung des Wissens zur Verarbeitung und automatisierten Ablage von TowPregs im Multi-Orbitallegen. Gegenüber den in der Luftfahrt überwiegend eingesetzten vorimprägnierten Tapes (Prepregs) bieten TowPregs einen erheblichen Kostenvorteil, unterliegen durch den Herstellungsprozess jedoch einer höheren Dimensionsvarianz. Dies erhöht die Anforderungen an die Robustheit des Verarbeitungsprozesses und stellt gleichzeitig eine der zentralen Herausforderungen der geplanten entwicklungsbegleitenden Forschungsarbeit dar. Im Speziellen wird die kombinierte Ablage mehrerer radial verteilter TowPregs auf bereits unidirektional verstärkten Sandwichstäben untersucht. Die hierbei wirkenden Kräfte durch Zugspannung im Tow und Oberflächenandruck auf den bereits axial belegten Schaumkern müssen untersucht und daraus resultierende Wechselwirkungen zwischen Prozess und Bauteilqualität analysiert werden.

Das erlangte Wissen zur Verarbeitung von TowPregs kann in allgemeine Konstruktionsrichtlinien für kostengünstige, robuste Ablegesysteme für vorimprägnierte Rovings überführt werden und so das Einsatzspektrum der TowPregs auf weitere, von Nasslaminierverfahren dominierten Kleinserienproduktionen ausdehnen.

Laufzeit: 2021 – 2025

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

AgriLight

Entwicklung einer Leichtbau-Rahmenstruktur aus faserverstärkten Kunststoffen und innovativen, hybriden Verbindungsbereichen für den Einsatz in Agrarmaschinen

Das Projekt AgriLight ist ein Kooperationsprojekt der Partner Maschinenfabrik Bernard Krone GmbH & Co. KG, M&D Composites Technologie GmbH, dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) und dem Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK). Das Projekt wird im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP LB) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.

Ziel des Vorhabens ist die zentrale, hochbeanspruchte Rahmenstruktur schwerer landwirtschaftlicher Erntemaschinen tiefgreifend weiterzuentwickeln, um das Gewicht der zumeist tonnenschweren Komponente signifikant zu reduzieren. Dies beinhaltet folgende Teilziele:

    • Einsatz moderner Faserkunststoffverbund- und Mischbauweisen zur Gewichtsreduktion hochbeanspruchter Strukturen
    • Reduzierung des Kraftstoffverbrauches und Senkung von Abgasemissionen
    • Verringerte Bodenverdichtung durch die Erntemaschine und Verbesserung der Lebensbedingungen für Bodenorganismen
    • Vereinfachte verkehrsrechtliche Zulassung selbstfahrender Erntemaschinen
    • Reduktion von Montagezeiten und -kosten für den Hersteller der Erntemaschine

Dazu werden die bisherige Stahlkonstruktion und die anliegenden Funktionseinheiten eines Feldhäckslers für die Maisernte, wie z. B. Tanks, analysiert und erstmalig in einem funktionsintegrierenden Leichtbauansatz aus Glasfaser- und Kohlenstofffaserverbundwerkstoffen (GFK / CFK) neu aufgebaut und umfassend getestet. Besondere Herausforderungen entstehen bei dieser Art der Werkstoffsubstitution durch die teilweise grundlegend verschiedenen mechanischen, elektrischen und chemischen Materialeigenschaften. Gleichzeitig verlangen Faserverbunde andere Fertigungsverfahren und bieten neue Formgebungsmöglichkeiten. Zur Ausschöpfung des vollen Leichtbaupotenzials werden diese Eigenschaften bei der Konstruktion berücksichtigt und sinnvoll eingesetzt. Ein weiterer Schwerpunkt liegt bei der Erforschung neuer Ansätze zur lokalen Strukturhybridisierung durch Integration von metallischen Einlegern an den versagenskritischen, hochbelasteten Schnittstellen zu angrenzenden Baugruppen in verschiedenen Stufen des Fertigungsprozesses. Hier werden auf Grundlage von Erkenntnissen der grundlegenden Forschung neue Konzepte erarbeitet, die zum einen die Einleitung hoher Lasten in die Verbundstruktur und zum anderen die Verwendung bekannter Verbindungsmethoden der Metallverarbeitung während der Montage mit den Faserverbundwerkstoffen ermöglichen. Am Ende des Projekts ist die umfangreiche mechanische Prüfung der neuen Rahmenstruktur in speziellen Prüfständen geplant, die den realen Einsatz simulieren und wichtige Hinweise auf die Serientauglichkeit des Bauteils liefert.

Laufzeit: 2021 – 2024