Deprecated: Creation of dynamic property Ch_Th_Gen::$functions is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/child-theme-generator/includes/class-child-theme-generator.php on line 130

Deprecated: Creation of dynamic property quick_page_post_reds::$ppr_metaurl is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/quick-pagepost-redirect-plugin/page_post_redirect_plugin.php on line 97

Deprecated: Creation of dynamic property quick_page_post_reds::$pprshowcols is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/quick-pagepost-redirect-plugin/page_post_redirect_plugin.php on line 99

Deprecated: Creation of dynamic property simple_tooltips::$plugin_slug is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/simple-tooltips/index.php on line 20

Deprecated: Creation of dynamic property simple_tooltips::$plugin_label is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/simple-tooltips/index.php on line 21

Deprecated: Creation of dynamic property simple_tooltips::$custom_tooltips is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/simple-tooltips/index.php on line 22

Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/child-theme-generator/includes/class-child-theme-generator.php:130) in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/news-manager/news-manager.php on line 325

Deprecated: Creation of dynamic property quick_page_post_reds::$ppr_newwindow is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/quick-pagepost-redirect-plugin/page_post_redirect_plugin.php on line 1531
Projekte – Seite 2 – Niedersächsische Forschungskooperation zur Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen

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

   Dieses Bild hat ein leeres Alt-Attribut. Der Dateiname ist NRC.jpeg

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

ROBUFIL

Robuste Fiberplacement-Anlagen für Luftfahrtstrukturen

Zur Sicherung einer leistungsfähigen und effizienten Luftfahrt ist die (Weiter-)Entwicklung und Optimierung von Fertigungsprozessen, die das Leichtbaupotential von Luftfahrtstrukturen erhöhen und damit zu einem umweltverträglichen Lufttransportsystem beitragen von zentraler Bedeutung. Das Projekt ROBUFIL leistet einen Beitrag mit der Entwicklung einer Fertigungsanlage und der zugehörigen Technologien für die automatisierte Herstellung von CFK-Strukturen mittels Automated-Fibre-Placement (AFP) und Automated-Tape-Laying (ATL), welche die Kombination von ATL- und AFP-Verfahren in einem Bauteil sowie Fibre-Placement mit unterschiedlichen Halbzeugarten ermöglicht. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die prozesstechnische Optimierung der Verfahren Fiber Placement und Tapelegen, wobei der Schwerpunkt bei einem robusten Fiber Placement Prozess liegt. Das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik bringt sich hier besonders in Fragestellungen das Material und die Demonstratorbauteilauslegung betreffend ein.

Es wird zunächst ein Basismaterial auf Epoxidharzbasis und aufbauend auf den Erkenntnissen als Optionssystem ein bebindertes Dry Tape oder ein thermoplastisches Prepreg untersucht. Eine tiefergehende Analyse des Ausgangsmaterials und des aus dem Ablageprozess hervorgehenden Laminats in Bezug auf die Prozessparameter, insbesondere das Zusammenwirken von Temperatur (Heizmethode und ‐rate), und damit des Viskositätsgrades der Matrix und dem Kompaktierungsverhalten des Materials sowie die Interaktion des Halbzeugs mit den Oberflächen des Fördersystems zu verstehen und beschreiben, erlaubt ein praktikables Materialmodell für den Prozess zu ermitteln und eine Optimierung der Ablegezeiten zu erreichen. Zusätzlich sollen im Rahmen dieser Versuche und Analysen Auslegungsmethoden für in diesem Verfahren hergestellte Bauteile erarbeitet und bewertet und so die leistungsfähige und kostengünstige Herstellung von Luftfahrtbauteilen unterstützt werden. Die Technologiedemonstration zum Ende des Vorhabens verfolgt das Ziel, die im Labor eruierten Zusammenhänge auf die Fiber Placement Anlage zu übertragen, indem der Einfluss der Prozessparameter auf die Laminatqualität direkt an der Anlage untersucht wird.

Das Projekt ROBUFIL ist eine Kooperation des Instituts für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik der Technischen Universität Clausthal, der Brötje Automation Composites GmbH und der SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft mbH und wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)

Laufzeit: 2016-2018

csm_01_bmwi_rgb_gef_de_300_600bd75bdc

ProDesign

Integrierte Methode für Prozessplanung und Strukturentwurf im Faserverbundleichtbau

Das Projekt verfolgt die Forschungshypothese, dass es mit einer angepassten Methode möglich ist, Leichtbaustrukturen aus Faserkunststoffverbundwerkstoffen so zu entwickeln, dass sie sich nicht nur durch geringe Masse auszeichnen, sondern auch effizient herstellbar sind. Es werden somit die im Vergleich zu Metallbauweisen hohen Entwicklungs- und Fertigungsaufwände verringert.

Es wird eine Methode entwickelt und untersucht, die es ermöglicht, automatisiert effizient herstellbare Hochleistungsfaserverbundstrukturen zu entwerfen. Hierbei soll sowohl die konstruktive als auch die fertigungstechnische Ausgestaltung erfolgen und gleichzeitig deren Wechselwirkungen berücksichtigt werden. Die Güte einer Lösung wird dementsprechend über konstruktive Kriterien (Masse) und Fertigungskriterien (Herstellkosten) bewertet. Verglichen mit konventionellen Vorgehensweisen sorgt dabei eine frühzeitige Einbeziehung von Fertigungsaspekten für die Vermeidung kostenintensiver Iterationen in späteren Phasen des Entwicklungsprozesses. Während in konventionellen Prozessen in der Konzeptphase aufwandsbedingt nur eine eingeschränkte Anzahl von Lösungen ausgewählt werden kann, da diese im Weiteren vollständig konkretisiert werden, bietet die Methode die Möglichkeit, eine deutlich größere Anzahl sich konstruktiv und fertigungstechnisch unterscheidender Konzepte einzubeziehen. Der Gesamtaufwand der Lösungsfindung wird beschränkt, indem die Lösungen in der Entwurfsphase parallel schrittweise konkretisiert werden. Die Anzahl betrachteter Lösungen wird verringert während der Aufwand der eingesetzten Auslegungs- und Bewertungsmethoden ansteigt, sodass aufwändige Methoden nur für eine kleine Menge von Lösungen eingesetzt werden, die sich zuvor in Auswahlprozessen qualifiziert haben.

Als Anwendungsbeispiel dient die Entwicklung einer Flugzeugrumpfstruktur aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), da hier extreme Anforderungen vorliegen, die nur optimal erfüllt werden können, wenn eine stark verzahnte Vorgehensweise angewendet wird.

Die Arbeiten bauen auf Vorarbeiten einer bereits seit 2010 erfolgreich entwickelten interdisziplinären Forschungskooperation der Institute im Bereich der Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen auf.

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 2015-2018

Multilayer Inserts

CFK-Metall-Hybrid Krafteinleitungselement für hochbelastete Faserverbundstrukturen

Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine intrinsische Hybridschnittstelle und ihren Fertigungsprozess zu entwickeln und zu erforschen, deren belastungsoptimierter lagenweiser Aufbau eine gleichmäßige Krafteinleitung am Übergang von metallischen Strukturen in hochbelastete, komplexe Faserkunststoffverbundstrukturen erlaubt. Hierzu wird ein intrinsisch hergestellter mehrlagiger Einleger (Multilayer-Insert MLI) entwickelt, der eine neuartige Schnittstelle für diese partielle Strukturanbindung bildet. Die hier betrachteten FKV-Strukturen können zukünftig beispielsweise im Flugzeugbau oder auch im Automobilbau eingesetzt werden.

Im intrinsischen Hybridisierungsprozess werden mehrere aufeinander folgende metallische Einzellagen im generierenden Lagenaufbau des Automated Fiber Placement-Prozesses (AFP) sukzessive in einem automatisierten Ablegeprozess zu einem MLI aufbaut. Die Orientierung der Einzellagen, deren Form und auch deren Materialeigenschaften sind jeweils an die Anforderungen der Schnittstelle optimiert. Die Integration des MLI vermeidet eine Aufdickung des Laminats.Das Anschauungsbeispiel zeigt die Idee des neuen MLI (b) im Vergleich zu einem konventionellen Insert (a). Das MLI baut auf einer Grundplatte z. B. mit einem zentrierenden Stehbolzen auf. Mit fortschreitendem Ablageprozess werden weitere Einzellagen des MLI zentriert auf den darunter befindlichen Lagen aufgesetzt. Ihre Form orientiert sich an der Faserausrichtung in den benachbarten FKV-Lagen. Um den Einschränkungen des AFP-Prozesses beispielsweise durch einen zentrierenden Bolzen Rechnung zu tragen, befinden sich in seiner Umgebung Materialzusätze, die den Bereich ausfüllen, der vom Legekopf nicht mehr erreicht werden kann. Sie sind hier so gestaltet, dass die Tows um sie herum abgelegt werden (c) oder bis zu einem zusätzlichen Prepreg-Patch an den Bolzen herangelegt werden können (d).

Zur Erreichung des Entwicklungsziels erfolgt eine enge Zusammenarbeit zwischen der Simulation und Auslegung, der Werkstoffwissenschaft und der Produktionstechnik. Es wird der Prozess der Hybridisierung innerhalb der Herstellung von FKV-Strukturen mittels AFP-Technologien und einem neu konzipierten Endeffektor zur prozessintegrierten Ablage der metallischen Einzellagen des MLI entwickelt und untersucht. Zur Steigerung der Prozesssicherheit bei der Herstellung von komplexen Strukturen wird ein simulationsgestützter Überwachung- und Regelungsansatz erarbeitet und in das System implementiert. Es werden speziell für die besonderen Anforderungen der Lasteinleitung senkrecht zur Ebene des Laminates Materialien für die Einzellagen des MLI bestimmt und qualifiziert sowie das Grenzschichtverhalten der Materialkombination im FKV ermittelt. Für die Auslegung der MLI als Hybridisierungselement werden Modelle des Materialverhaltens im Prozess und in der Anwendung entwickelt. Mit Berücksichtigung dieser Modelle werden Berechnungsmodelle zur lastoptimalen Auslegung und Gestaltung von MLI-Einzellagen und zur Ermittlung des Einflusses von MLI auf das Tragverhalten hybridisierter Hochleistungs-Laminate bestimmt. Einhergehend mit der Validierung der in den Untersuchungsschwerpunkten entwickelten Methoden und Prototypensysteme erfolgt eine Technologiepotentialanalyse für zukünftige neue Anwendungsbereiche.

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Laufzeit: 2014-2017, 2017 – 2020