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

 

AutoBLADE

AutoBLADE – Automatisierte Technologie zur Herstellung von kontinuierlich drapierten Preforms für großflächige FVK-Infusionsbauteile mit hohem Aspektverhältnis

Die Nutzbarmachung der Energie aus Gezeitenströmungen bietet großes Potenzial, den erneuerbaren Anteil im Energiemix der Zukunft zu steigern. Die Herstellung von Rotorblättern für die hierzu notwendigen Gezeitenkraftwerke ist gleichermaßen, wie die Produktion von Windkraftrotorblättern, gekennzeichnet von einem überwiegenden Anteil manueller Handarbeit. Dies betrifft insbesondere den Prozessschritt des Preformings, bei dem ein großflächiger, textiler Vorformling hergestellt wird, der in einem anschließenden Schritt mit der polymeren Matrix vakuuminfundiert wird. Während das Preforming für Bauteile kleiner und mittlerer Größe in der Regel über das Verpressen bebinderter Textillagen erfolgt, existiert kein automatisiertes Pendant für großflächige Bauteile mit einem hohen Längen-zu-Breitenverhältnis (Aspektverhältnis). Gelingt es, das Preforming für derartige FVK-Bauteile zu automatisieren, können sowohl wirtschaftliche als auch qualitätsspezifische Fertigungsoptimierungen für die nachhaltige Energieerzeugung in Aussicht gestellt werden.

Ziel des im Innovationsverbund der LU Hannover, TU Clausthal und TU Braunschweig durchzuführenden Forschungsprojekts ist die Entwicklung und Erforschung einer automatisierten Technologie zur Herstellung von kontinuierlich drapierten Preforms für großflächige FVK-Infusionsbauteile mit hohem Aspektverhältnis. Der neuartige, vollautomatisierte Herstellungsprozess, der anhand eines Technologiedemonstrators in Form eines Rotorblatts für Gezeitenkraftwerke entwickelt wird, umfasst den lagenweisen Aufbau eines Preforms durch kontinuierliches Drapieren online bebinderter textiler Halbzeuge auf komplex gekrümmte Oberflächen.

Mit Hilfe des im Projekt FlexProCFK entwickelten Funktionsdemonstrator eines Drapierlegekopfes für komplexe Strukturbauteile wird eine neue Technologie zum kontinuierlichen Aufbau eines Trockenfaser-Preforms entwickelt und erforscht. Ein Forschungsschwerpunkt ist hierbei die Fixierung des Fasertextils mittels eines aufgesprühten Binders auf der Werkzeugform oder der zuvor abgelegten Textillage, um ein Verrutschen zu vermeiden. Der Legeprozess wird dabei auf das Aktivierungsverhalten verschiedener Bindertypen angepasst und der Einfluss auf die Qualität des Preforms untersucht. Weiterführend wird das Infusionsverhalten des Preforms unter dem Einfluss des Bindermaterials und -menge in Permeabilitätsmessungen untersucht und zur Verwendung in Infusionssimulationen modelliert. Im betrachteten Technologiedemonstrator stellen fertigungsinduzierte Faserwinkelabweichungen und Faltenbildung im Preform eine der häufigsten Versagensursachen dar. Durch die stereoskopische Aufnahme der Faserstruktur nach der Ablage werden die Faserwinkel und Drapierfehler im Preform erfasst und dienen einer realitätsnahen Infusionssimulation und Strukturanalyse zur Eigenschaftscharakterisierung des Rotorblattes als Grundlage. Es wird simulativ der Einfluss lokaler Faserwinkelabweichungen auf mechanische Bauteileigenschaften wie Festigkeit und Stabilität in Abhängigkeit von Bauteilgeometrieparametern und Materialeigenschaften untersucht. Durch den kontinuierlichen Austausch im Innovationsverbund werden die Erkenntnisse aus den experimentellen und simulativen Untersuchungen effizient verknüpft und in die Prozessentwicklung zur Steigerung der Preformqualität einbezogen.

Förderer: EUROPÄISCHEN FONDS FÜR REGIONALE ENTWICKLUNG (EFRE)

Informations- und Kommunikationspflichten | NBank

Laufzeit: 2021-2022

EvoFoil

Entwicklung der nächsten Generation von Rotorblättern für Gezeitenströmungsturbinen

Das Projekt EvoFoil erfolgt als Kooperationsprojekt der Partner Sustainable Marine Energy Canada Ltd, M&D Composites Technologie GmbH und dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover (LUH). Es handelt sich um ein internationales Forschungs- und Entwicklungskooperationsprojekt, das auf kanadischer Seite durch die Nationale Forschungseinrichtung Kanada (National Research Council of Canada – NRC) innerhalb des Industrie- und Forschungsunterstützungsprogramms (Industrial Research Assistance Program – IRAP) gefördert wird. Auf deutscher Seite erfolgt die Förderung durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) in Form des Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM). Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine neue Generation von robusten und wirtschaftlichen Rotorblättern für Gezeitenströmungsturbinen zu entwickeln, die aufgrund ihres Einsatzes innerhalb der rauen Meerwasserumgebung in der Bay of Fundy vor der Küste Nova Scotia’s in Kanada erheblichen Betriebs- und Umgebungslasten, wie Korrosion und Abrasion ausgesetzt sind.

Das IFW entwickelt und erforscht innerhalb des Projekts eine belastungsgerechte Anbindung der Rotorblätter an die Turbinennabe. Grundlage bildet dabei das im DFG geförderten Schwerpunktprogramm SPP 1712 erforschte Lasteinleitungsprinzip des „Multilayer-Inserts“, bei dem Einzellagen faserverstärkter Laminate durch metallische Einleger substituiert werden, um die lokalen Eigenschaften des Laminats in Bezug auf eine Lasteinleitung zu verbessern. Dazu erforscht das IFW zunächst die das Verhalten von hybriden Bauweisen in Laminatrandbereichen und während des Betriebs in korrosiven und abrasiven Medien. Durch die großflächige Fügung entstehen zu erforschende Fragestellungen in der Grenzschicht zwischen Metall und FKV, die unter dem Einfluss von thermischen und mechanischen Lasten untersucht werden. Ziel ist es, eine geeignete Oberflächenbehandlung zu identifizieren, die eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit der verwendeten Laminate im Verbund erzeugt. Die gewonnenen Erkenntnisse der anwendungsorientierten Erforschung der Multilayer-Insert Bauweise münden in einem neuen Rotorblattdesign, das unter Zuhilfenahme numerischer Methoden in einer optimierte Blattwurzelstruktur in Mischbauweise überführt wird. Zum Schutz des Blattes werden außerdem Beschichtungssysteme entwickelt und innerhalb des Projekts durch Labor- und Feldtests auf ihre Eignung untersucht. Eine Erweiterung der Blätter um Winglets geht außerdem mit einer Wirkungsgradsteigerung einher, die die Wettbewerbsfähigkeit der neuen Blattgeneration trotz der gesteigerten Komplexität sicherstellt. In Zusammenarbeit der Partner entsteht so ein Rotorblattdesign, das den rauen Bedingungen der Offshore-Energieerzeugung gewachsen ist und ihnen bei reduziertem Wartungsaufwand standhält.

Förderer: Nationalen Forschungseinrichtung Kanada (National Research Council of Canada – NRC) und seinem Industrie- und Forschungsunterstützungsprogramm (Industrial Research Assistenz Programm – IRAP) und Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) 

Laufzeit: 2021 – 2023

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TackTIC

Tack of Thermoset Impregnated Carbon Fibers

Charakterisierung und Modellierung von Prepreg-Tack für die automatisierte Fertigung von CFK-Strukturen

Für die Herstellung großflächiger, hochbelastbarer Faserverbund-Strukturbauteile durch automatisierte Legeprozesse wie das Automated Fiber Placement (AFP) stellt die Klebrigkeit (Tack) von Prepregs die entscheidende Materialeigenschaft in Hinblick auf eine stabile Prozessführung und die davon abhängige Laminatqualität dar. In der industriellen Fertigung beruht die Einstellung des Prepreg-Tacks derzeit vorwiegend auf Erfahrungswissen und heuristischem Vorgehen durch Trial-and-Error. Dies geschieht in der Regel unter Ausblendung von Umwelteinflüssen und den Eigenschaften des verarbeiteten Materials, sodass bei diesem Vorgehen zugrundeliegende Mechanismen und die komplexen wechselseitigen Abhängigkeiten beim Prepreg-Tack unverstanden bleiben. Ziel der von der DFG geförderten Sachbeihilfe „TackTIC“ ist daher die Generierung eines bisher nicht existenten Grundverständnisses zu Einflüssen und Wirkmechanismen des Tacks von vorimprägnierten Kohlenstofffaser-Halbzeugen und dessen Modellierung. Das zu entwickelnde Materialmodell erlaubt es erstmals, auf Grundlage von chemischer Zusammensetzung und den davon determinierten, materialinhärenten Kennwerten sowie von Prozessparametern und fertigungsrelevanten Umwelteinflüssen eine Abschätzung des sich einstellenden Klebeverhaltens vorzunehmen.

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

Laufzeit: 2021-2024

InTGroH

inTGroH – Industrielle Fertigung einer Thermoplast-Großkomponente mit innovativen Hybrid-Strukturen

Das Projekt InTGroH hat zum Ziel, eine innovative Prozesskette zur Fertigung thermoplastischer CFK-Großkomponenten mit Hybrid-Strukturen für neue Passagierflugzeuge mit einem CFK-Thermoplast-Rumpf zu entwickeln. Aus dem heutigen Stand der Technik ist eine effiziente und wettbewerbsfähige Produktion solcher Komponenten technisch nicht realisierbar, sodass heutige Arbeitsanteile am Luftfahrtstandort Niedersachsen bei der Neuvergabe zukünftiger Flugzeugkomponenten an Wettbewerber aus Standorten mit einem geringeren Lohniveau abzufließen drohen.

Neben der Vereinfachung von verfügbaren Konsolidierungsprozessen, die auch bei heutigen duroplastischen CFK-Großkomponenten einen hohen Kostenanteil darstellen, fokussiert sich das Projekt InTGroH auf den Konsolidierungsprozess von thermoplastischen CFK-Großkomponenten und Thermoplast-Metall-Hybridbauteilen. Durch die Gegenüberstellung der verfügbaren Verfahrensalternativen soll ein kosteneffizientes Verfahren zur Konsolidierung thermoplastischer Flugzeugschalen mit lokalen Metallhybridbereichen entwickelt werden, die mit innovativen, faserverbundgerechten Montagetechnologien ergänzt werden, um am globalen Markt wettbewerbsfähig zu sein.

Förderer: Land Niedersachsen

Laufzeit: 2019-2019

Join THIS

JoinTHIS – Produktion in situ konsolidierter TP-CFK-Strukturen

Das übergeordnete Ziel des Vorhabens JoinTHIS besteht darin, auf Grundlage von AFP- und Schweißtechnologien für Thermoplaste die interdisziplinäre Entwicklung, Umsetzung und Evaluierung einer Fertigungsmethode vorzunehmen, die die autoklavfreie Herstellung thermoplastischer CFK-Strukturen für die nächste Flugzeuggeneration ermöglicht. Mit der zu entwickelnden Fertigungsmethode wird die Voraussetzung geschaffen, strukturelle Leichtbaukonzepte für Flugzeugrümpfe auf Basis thermoplastischer faserverstärkten Werkstoffe wirtschaftlich in Großserie umzusetzen. Die Kombination prozesstechnischer Vorteile des AFP (hoher Automatisierungsgrad, flexible Bauteilgeometrien) mit den Vorzügen thermoplastischer Matrixmaterialien gegenüber duromeren Systemen (in situ Konsolidierung, Schweiß- und Recyclierbarkeit) ermöglicht stark verkürzte Taktzeiten, sodass hohe Produktionsraten im Flugzeugbau (>100 Stk./Monat) realisiert werden können. Indem die Produktions- und Ressourceneffizienz gesteigert sowie CO2-Emissionen reduziert werden, leistet die zu entwickelnde Fertigungsmethode einen wesentlichen Beitrag zu einer nachhaltigen Mobilitätsstrategie, wie sie mit dem FlightPath 2050 durch die Europäische Kommission vorgestellt wurde.

Förderer: EUROPÄISCHEN FONDS FÜR REGIONALE ENTWICKLUNG (EFRE)

Laufzeit: 2018-2021

OptiFee

OptiFee – Layout – Topologieoptimierung von unkonventionell versteiften FVK-Strukturen unter Berücksichtigung von Herstellbarkeitskriterien 

In der Topologieoptimierung versteifter Leichtbaustrukturen, wie z. B. eines Flugzeugrumpfes, werden einzelne Versteifungslayouts hinsichtlich ihrer Masse und Herstellkosten bewertet. Für diese Bewertung werden detaillierte Strukturdaten als Basis benötigt, die besonders für unkonventionelle Topologien, abweichend von einer konventionellen Stringer-Spant-Bauweise, nicht ohne hohen Rechenaufwand zur Verfügung stehen. Zusätzlich ergeben sich bei unkonventionellen Topologien größere Einschränkungen durch den Aspekt der Herstellbarkeit und Herausforderungen in der Kostenbestimmung. Unkonventionelle Versteifungstopologien versprechen, zumindest partiell eingesetzt, Vorteile bezüglich der Masse, die aber unter Umständen durch Kostennachteile relativiert werden müssen.

Das Vorhaben OptiFee folgt der Forschungshypothese, dass unkonventionell versteifte Strukturen auch ohne eine detaillierte konstruktive Ausgestaltung hinsichtlich Masse, Herstellkosten und Herstellbarkeit bewertbar sind und somit der Einsatz einer Layout-Topologieoptimierung erstmals im Vorentwurf möglich wird. Daraus abgeleitet ist das Hauptziel des Vorhabens die Entwicklung und Erforschung einer zweistufigen, integrierten Methode zur Bewertung unkonventioneller Versteifungstopologien hinsichtlich ihrer Masse und Herstellkosten unter Berücksichtigung von Herstellbarkeitskriterien. Dafür sollen Strukturen aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) betrachtet werden. Bedingt durch die aktuell sehr hohen Fertigungskosten in diesem Bereich ist die Optimierung von Strukturen hinsichtlich Masse und Kosten besonders relevant. Als Anwendungsbeispiel soll eine Flugzeugrumpfstruktur dienen. Der angestrebte Erkenntnisgewinn besteht in den Zusammenhängen und Wechselwirkungen zwischen nicht detailliert auskonstruierten Versteifungslayouts im frühen Vorentwurf und deren Strukturmasse, Herstellkosten und Herstellbarkeit.

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

Laufzeit: 2021-2024

EDD

EDD – Effects of Detectable Defects: Einfluss von Fertigungsfehlern in Automated-Fiber-Placement-Prozessen in dünnwandigen Kohlenstofffaser-Verbundstrukturen 

Die Automated-Fiber-Placement (AFP) Technologie ist ein etabliertes Fertigungsverfahren zur industriellen Herstellung von qualitativ anspruchsvollen Kohlenstofffaserverbund-Strukturbauteilen.

Es wird die Hauptforschungshypothese aufgestellt, dass es bereits während des AFP Prozesses möglich ist, Auswirkungen von auftretenden Fertigungsfehlern im später ausgehärteten Bauteil durch eine prozessbegleitende strukturmechanische Bewertung erheben zu können. Die neu gewonnene Kenntnis über die Beeinflussung von Fehlern wie Gap, Overlap, Fuzzball oder Tow-Twist liefert im Herstellungsprozess eine bisher nicht dagewesene Entscheidungsgrundlage über die Art und Notwendigkeit von Korrekturmaßnahmen. Basierend auf den Erkenntnissen jüngster Forschung auf dem Gebiet der thermografischen Prozessüberwachung werden die notwendigen Informationen zu detektierten und klassifizierten Fertigungsfehlern in Echtzeit bereitgestellt. Damit ist es im Vergleich zu konventionell eingesetzten Methoden der zerstörungsfreien Fehleranalytik (z. B. Ultraschall, aktive Infrarot-Thermografie, Wirbelstrommessung, Röntgen oder Computertomografie) möglich, den Fehlernachweis bereits im Fertigungsprozess zu erbringen und nicht erst, wie derzeit, im Anschluss an die Bauteilfertigung.Hierdurch wird die Fehlerkorrektur deutlich früher möglich und weniger aufwändig. Dies trägt zudem dazu bei, dass die gegenwärtige vollständige Ultraschallprüfung im Anschluss an den Aushärtevorgang deutlich reduziert und nur noch gezielt an kritischen Stellen durchgeführt werden muss. Im Ergebnis führt dies zu einer signifikanten Verbesserung von Produktivität und Prozesssicherheit der AFP-Technologie. Darüber hinaus wird in Verbindung mit entfallenden Aufwänden der nachgelagerten Qualitätskontrolle eine Effizienzsteigerung entlang der gesamten AFP-Prozesskette erreicht.

Der wissenschaftliche Erkenntnisgewinn besteht in dem generierten Prozesswissen, dass die Bestimmung des Zusammenhangs von Fertigungsfehlern im nicht ausgehärteten Bauteil und den durch Aushärtung resultierenden Bauteilfehlern sowie mechanischen Eigenschaften erlaubt. Die hierfür vorgenommene parametrische Modellierung von unterschiedlichen, produktionsrelevanten Fertigungsfehlern und die einhergehende experimentelle Untersuchung von Fehlermechanismen generieren Wissen über den Einfluss des Aushärtevorgangs auf Fertigungsfehler. Darüber hinaus wird Wissen aufgebaut bezüglich der Modellierung der thermischen Prozessvorgänge beim AFP sowie der Entwicklung von Algorithmen zur Charakterisierung und Quantifizierung von Fertigungsfehlern u. a. auf Basis Maschinellen Lernens.


Ziele des Forschungsprojektes sind somit die grundlegende Untersuchung und Modellierung der Beeinflussung von strukturmechanischen Bauteileigenschaften durch fertigungsbedingte Fehler sowie der Entwurf und die Erforschung von Algorithmen, die es ermöglichen, diese Fertigungsfehler in AFP-Prozessen zu identifizieren, zu charakterisieren und deren Auswirkungen als spätere Bauteilfehler auf die mechanischen Bauteileigenschaften durch eine gekoppelte prozessnahe Struktursimulation zu erheben und zu bewerten. Aus dieser übergeordneten Zielsetzung heraus ergeben sich für die Partnerinstitute folgende Teilziele:

  • Die Identifikation und Klassifikation von Fertigungsfehlern in Art und Geometrie durch eine modellgestützte thermografische Prozessüberwachung und Methoden des Maschinellen Lernens, wird vom IFW durchgeführt.
  • Die Beschreibung des Einflusses des Aushärtevorgangs auf Fertigungsfehler, sodass spätere Bauteilfehler prognostiziert werden können, wird in Kooperation zwischen dem IFL und dem IFW erarbeitet
  • Darauf aufbauend besteht das letzte Teilziel darin, die Erkenntnisse aus den experimentellen Untersuchungen und hochwertigen Modellen in eine schnelle Abschätzung des Einflusses von Fertigungsfehlern im Rahmen einer Online-Bauteilanalyse umzusetzen. Dieses Teilziel wird vom IFL umgesetzt.

Erstmalig wird es dann möglich sein, auf Basis online identifizierter und klassifizierter Fertigungsfehler eine Aussage über die Auswirkungen des Fehlers im Bauteil unter Berücksichtigung der Fertigungs- und Fehlerhistorie zu treffen.

FlexProCFK

Das Projekt „FlexProCFK“ ist eine Kooperation des Instituts für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover, des Instituts für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL) der Technischen Universität Braunschweig und des Instituts für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK). Ziel des Projektes ist eine innovative flexible Fertigungstechnologie für die Herstellung individualisierter CFK-Strukturen zu entwerfen, zu bewerten und umzusetzen. Dabei wird das kontinuierliche Nassdrapieren als neue Fertigungstechnologie entwickelt, bei dem trockene Faserhalbzeuge individuell mit Harz benetzt und anschließend zu komplexen Geometrien drapiert werden.

Die Umsetzung des Kontinuierlichen Nassdrapieren (CWD, engl. Continous Wet Draping) und dessen Bewertung stellt eine interdisziplinäre Entwicklungsaufgabe dar, deren Bewältigung die im Verbund gebündelten Kompetenzen in den Bereichen Strukturentwicklung, neue Materialien und Automatisierungs- und Produktionstechnik erfordert. Die Verbundpartner bearbeiten dazu folgende Themenstellungen:

  • Entwicklung einer Methode zur Einbeziehung von Individualisierung in den integrierten Struktur- und Produktionsauslegungsprozess (IFL)
  • Entwicklung und Erforschung einer Methode und eines Moduls zum gezielten Auftrags des Matrixsystems auf textile Halbzeuge (PuK)
  • Bewertung der neuartigen CWD-Technologie zur flexiblen Fertigung individualisierter Versteifungsstrukturen im Kontext des integrierten Auslegungsprozesses von Struktur und Produktion (IFL)
  • Erforschung und gezielte Beeinflussung des Drapierverhaltens von textilen Halbzeugen mit lokal veränderlichen Eigenschaften auf komplex gekrümmten Oberflächen (PuK)
  • Entwicklung und Erforschung einer Methode und der Module zum Drapierlegen von variablen CFK-Halbzeugen auf beliebig verlaufenden und veränderlichen Profilen (IFW)
  • Entwicklung und Erforschung einer Methode und deren Module zum flexiblen Bevorraten und Online-Konfektionieren von CFK-Halbzeugen für ein flexibilisiertes Drapierlegen (IFW)

Die Umsetzung der neuen Technologie erfolgt mit industrieller Beteiligung. Durch die Zusammenarbeit mit lokalen kleinen und mittelständischen Unternehmen unterstützt das Projekt den Innovationstransfer und -austausch in Niedersachen.

Förderer: EUROPÄISCHEN FONDS FÜR REGIONALE ENTWICKLUNG (EFRE)

Laufzeit: 2016-2019