Vom 31. März bis 4. April 2025 öffnet die Hannover Messe ihre Tore – und wir sind dabei! Besuchen Sie uns in Halle 2, Stand A10, auf dem Messestand des MWK und entdecken Sie unser vom BMWK gefördertes Forschungsprojekt SHOREliner sowie unseren Beitrag zur Entwicklung des Faserverbundflugzeugs MDA1 eViator.
Der MDA1 eViator ist ein vollelektrisches, 10-sitziges CS-23-Regionalflugzeug, das im Rahmen von LuFo VI-3 entwickelt wird. Durch die Kombination von Faserverbundleichtbau mit einem innovativen batterieelektrischen Antriebssystem inklusive Batteriewechselsystem ermöglicht es emissionsfreie Kurzstreckenflüge, insbesondere in ökologisch sensiblen Küstenregionen.
Das Forschungsprojekt ist eine Kooperation von MD Flugzeugbau, Kasaero, Schil + Seilacher „Struktol“ und Broetje Automation sowie unserem Hochschulverbund HP CFK. Gemeinsam mit den Industriepartnern entwickeln wir neue Methoden für den integrierten Entwurf von Flugzeugstrukturen und dazugehörigen Fertigungsprozessketten. Zusätzlich erforschen wir biobasierte Harzsysteme sowie Naturfaser-CFK-Hybridverbunde für ihren Einsatz Strukturkomponenten mit Brandschutzanforderungen.
Besucherinnen und Besucher der Hannover Messe erwartet auf unserem Stand das von uns entwickelte neuartige Flugzeugrumpfstrukturkonzept mit einer unkonventionellen Versteifungsarchitektur, das gleichzeitig auf die vollautomatisierte Herstellung im Automated Fiber Placement ausgelegt ist.
Neben Einblicken in die Fertigung per Videopräsentation können Sie das Flugzeug in einem virtuellen Rundgang per Augmented-Reality-Präsentation hautnah erleben. Nutzen Sie die Gelegenheit, mit der Meta Quest 3 den aktuellen Entwicklungsstand des MDA1 eViator interaktiv zu erkunden und besuche Sie uns in Hannover!
Das Bundesministerium für Digitales und Verkehr (BMDV) investiert weiter in die Wasserstofftechnologie und unterstützt den Aufbau dezentraler Innovations- und Technologiezentren Wasserstoff (ITZ-H2). In der vergangenen Woche übergab Bundesminister Dr. Volker Wissing in Berlin Förderbescheide in Höhe von insgesamt 154 Millionen Euro an Vertreter der ITZ-H2-Standorte Chemnitz sowie an das norddeutsche Cluster aus Bremen, Bremerhaven, Hamburg und Stade.
Auch der interuniversitäre Forschungsverbund HPCFK mit dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover gehört zu den Zuwendungsempfängern. Mit dem Vorhaben „HyLaunch“ wird am Standort Stade die bestehende Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur der drei niedersächsischen Universitäten Hannover, Braunschweig und Clausthal gezielt erweitert. „Die entstehende Infrastruktur ist in Verbindung mit der disziplinübergreifenden Zusammenarbeit der beteiligten Forschungsinstitutionen in dieser Form einzigartig, da sie alle Phasen von der Werkstoffauswahl über Konstruktion und Fertigung bis zur abschließenden Charakterisierung der Tanksysteme abdeckt.“, sagt Dr.-Ing. Carsten Schmidt, Leiter des interdisziplinären Forschungsstandortes in Stade.
Ziel ist es, 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 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 werden innovative Wasserstoffspeicher entlang des gesamten Produktentwicklungsprozesses erforscht – sowohl für Druckgas- als auch für kryogene Anwendungen.
Wir danken dem BMDV herzlich für die Förderung des Vorhabens „HyLaunch“ und das damit verbundene Vertrauen.
Zugleich freuen wir uns auf die bevorstehenden Kooperationen mit kleinen und mittleren Unternehmen aus der Luftfahrt, Schifffahrt und Zulieferindustrie, um gemeinsam neue Leichtbau-Tanksysteme zu erforschen und diese passgenau auf bestehende und künftige Fahrzeugarchitekturen abzustimmen. So wollen wir einen wichtigen Beitrag zur Dekarbonisierung dieser Branchen leisten.
Am 04.12.2024 verteidigte Dennis Budelmann, ehemaliger Mitarbeiter unserer Forschergruppe, erfolgreich seine Dissertation mit dem Titel „Mechanisms, influencing factors and manufacturing implication of prepreg tack in Automated Fiber Placement“.
Kern der Arbeit von Herrn Budelmann war die umfassende Untersuchung der Mechanismen, Einflussfaktoren und fertigungstechnischen Implikationen der Prepreg-Klebrigkeit (Prepreg-Tack) im Automated Fiber Placement (AFP). Seine Forschung liefert wichtige Erkenntnisse zur Optimierung der Haftungseigenschaften von Prepregs und damit zur Reduzierung von Fertigungsfehlern in der automatisierten Prepregablage. Dabei wurden sowohl prozess- und umweltbedingte Faktoren als auch materialbezogene Eigenschaften analysiert und in ein semi-empirisches Prozessmodell integriert, um die Fertigungsstabilität im AFP zu verbessern.
Mit seiner Arbeit, die im Rahmen der Projekte TackTIC – „Tack of Thermoset Impregnated Carbon Fibers“ (DFG) und FlexProCFK – „Individualisierungsstrategien für Faserverbundbauweisen und Prozessflexibilisierung durch Kontinuierliches Nassdrapieren (CWD) von trockenen Faserhalbzeugen“ (EFRE) trägt Herr Budelmann wesentlich zum Verständnis und zur gezielten Prozessoptimierung in der automatisierten Faserverbundfertigung bei.
Faserverstärkte Kunststoffe spielen eine zentrale Rolle im modernen Flugzeugbau: Sie sind leicht, extrem belastbar und widerstandsfähig gegen Materialermüdung. Bisher war es jedoch schwierig, diese Hochleistungsmaterialien nach ihrer Nutzung wiederzuverwenden. Zwar werden sie teilweise recycelt, doch die daraus gewonnenen Materialien konnten bislang nicht für sicherheitsrelevante Anwendungen wie im Flugzeugbau eingesetzt werden. Das interdisziplinäre Projekt reFrame, initiiert von der Leibniz Universität Hannover, der Technischen Universität Braunschweig, der Technischen Universität Clausthal und der Privaten Fachhochschule Göttingen, will dies ändern. Ziel ist es, das Recycling von kohlefaserverstärkten Kunststoffen so zu optimieren, dass die recycelten Materialien erneut im Flugzeugbau verwendet werden können.
Dieses ambitionierte Vorhaben wird mit insgesamt 4,7 Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und vom Land Niedersachsen gefördert, wovon 3,95 Millionen Euro an die Forschungskooperation fließen. In den kommenden drei Jahren wird das Team auf höchstem Niveau an einer nachhaltigen Luftfahrt forschen.
Ein besonderes Augenmerk liegt auf der sogenannten Sandwichbauweise, einer speziellen Form des Verbundwerkstoffs. Diese Bauweise, bestehend aus zwei Deckschichten und einem zwischenliegenden Kernmaterial, bietet ein exzellentes Leichtbaupotenzial und ist eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Faserverbundstrukturen im Flugzeugbau. Allerdings konnten die verwendeten Materialien am Ende ihrer Lebensdauer bisher nicht in gleichwertigen Strukturbauteilen wiederverwendet werden.
Die Fragestellung von reFrame
Das Ziel von reFrame ist es, einen geschlossenen Kohlenstofffaser-Recyclingkreislauf zu schaffen und gleichzeitig das Hochleistungspotenzial der Kohlenstofffasern zu erhalten. Hintergrund ist, dass bei solchen Hochleistungsbauteilen keine Leistungseinbußen hingenommen werden können, da dies sonst das Strukturgewicht und somit beispielsweise den Treibstoffverbrauch von Flugzeugen erhöhen würde.
Im Projekt reFrame wird die Idee entwickelt, CFK-Sandwichstrukturen mit einem Kern aus recyceltem Ausgangsmaterial und thermoplastischen Deckschichten zu kombinieren, zu untersuchen und umzusetzen. Da sowohl die Deckschicht als auch der Kern aus demselben Ausgangsmaterial bestehen, kann die gesamte Struktur recycelt und zu einem neuen Kern verarbeitet werden. So entsteht ein geschlossener CFK-Sandwich-Recyclingkreislauf ohne Anwendungseinschränkungen.
Der Abschluss des Projekts sieht die Realisierung eines Demonstrators einer recycelten Flugzeugstruktur vor. Die gewonnenen Erkenntnisse werden im Transferteil mit Unterstützung der Privaten Hochschule Göttingen (PFH) genutzt, um mit Industriepartnern direkt an der weiteren Umsetzung zu arbeiten.
Stade – Standort mit Vorteil
Durch die interdisziplinäre Forschungskooperation im interuniversitären Forschungsverbund HP CFK (Leibniz Universität Hannover, TU Clausthal und TU Braunschweig) am Standort Stade kann die gesamte Entwicklung abgedeckt werden: vom Gesamtentwurf und der Auslegung (TU Braunschweig) über die Materialanalyse und das Recycling (TU Clausthal) bis hin zur Produktion (Leibniz Universität Hannover). Die Kooperation wird von der Privaten Hochschule Göttingen (PFH), Hansecampus Stade, unterstützt, die sich aktiv um den Wissens- und Technologietransfer kümmert.
Das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik konzentriert sich auf das Recycling von thermoplastischen Faserverbundbauteilen und produktionsbedingten Verschnittabfällen sowie deren Aufwertung für die Wiederverwendung in Hochleistungsanwendungen. Zunächst wird das Rezyklat zu einem kurzfaserverstärkten Basiscompound verarbeitet, aus dem dann durch Funktionalisierung ein pressfähiges Leichtbaukernmaterial erzeugt wird. Neben dreidimensional gepressten Kernmaterialien werden auch die Möglichkeiten des Drucks individueller kurzfaserverstärkter Kerne für den Einsatz in Sandwichstrukturen untersucht.
Der Lehrstuhl für Gesamtentwurf von Flugzeugen des Instituts für Flugzeugbau und Leichtbau wird dabei mögliche Einsatzbereiche analysieren und einen Flugzeugentwurf erstellen, der auf den Einsatz von Recycling-Strukturen und zukünftige Mobilitätsanforderungen abgestimmt ist. Ergänzend dazu erfolgt am Lehrstuhl für Flugzeugkonstruktion die Auslegung der Struktur mit angepassten Methoden für Rezyklate, da diese eine höhere Streuung in ihren Materialeigenschaften aufweisen. Das Leichtbaupotenzial kann durch gezielte Funktionsintegration gesteigert werden, beispielsweise durch das Einbringen von Brandhämmern oder Sensorik zur Strukturüberwachung. Um ein vollständiges und sortenreines Recycling von Strukturen zu ermöglichen, wird in dem Forschungsprojekt ein besonderer Fokus auf reversible Fügemethoden gelegt.
Das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen wird zur Reduktion von Primärrohstoffen in Hochleistungsstrukturen das Einsatzpotenzial von recycelten und biobasierten Materialien in thermoplastischen Automated-Fiber-Placement-Technologien untersuchen und leistet damit einen großen Beitrag zur Umsetzung nachhaltiger Mobilitätskonzepte. Der Einsatz von KI-basierter Prozessüberwachungstechnologie, Digitalisierungsansätzen sowie energieeffizienten Fertigungsstrategien legt den Grundstein für eine CO₂-arme Produktion.
Als Maßnahme zur nachhaltigen Stärkung des regionalen Wissenstransfers sind sowohl eine ausgeprägte Transferperiode im fortgeschrittenen Projektverlauf als auch kontinuierliche Transferarbeit durch die Private Fachhochschule Göttingen (PFH), Hansecampus Stade, vorgesehen. In Kooperation mit interessierten KMU werden Themenpotenziale im Rahmen von projektbegleitenden Voruntersuchungen erhoben und bewertet, die sich nah an den anwendungsorientierten Fragestellungen der beteiligten Industriepartner orientieren und das Ziel haben, die Projektergebnisse in Fortsetzungsprojekte in den Unternehmen zu transferieren.
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
Neuzugang am IFW für Pionierarbeit in der Forschung zur flexiblen und automatisierten Fertigung von Hochleistungs-Faserverbundbauteilen: Ein Team der IFW-Außenstelle in Stade hat das mit Hochspannung erwartete Automated Fiber Placement (AFP) System AFP-X der Firma Addcomposites umfassend getestet und zusammen mit dem Entwicklungsteam erste Bauteile gefertigt. Das nach Anforderungen des IFWs neu entwickelte Legesystem erweitert die Möglichkeiten zur Erforschung der Herstellung von leichten, gleichzeitig hochfesten Komponenten für anspruchsvolle Anwendungen in Luft- und Raumfahrt und weiteren spezialisierten Branchen.
Die neue Fertigungszelle des IFWs im interdisziplinären Forschungsbau SCALE konnte ihre Flexibilität nun unter Beweis stellen. Die Zelle wurde im Zuge des vom Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) geförderten Projektes „PräziLight“ realisiert, mit dem Ziel eine Forschungsinfrastruktur für die hochproduktive Herstellung von neuartigen Faserverbundstrukturen für zukünftige Flugzeuggenerationen zu schaffen. Sie besteht aus dem neuen AFP-Legekopf, der an einem 6-Achs-Industrieroboter montiert ist und mit diesem auf einer Linearachse verfahren kann, sowie einem Dreh-Schwenktisch und einer Rotationsachse zur Bereitstellung von Ablegewerkzeugen. In den ersten Versuchen wurden nun erfolgreich Bauteile aus thermoplastischem sowie duromerem Kohlenstofffaserverbundmaterial (CFK) im Automated Fiber Placement Verfahren hergestellt.
Das Automated Fiber Placement ist ein additives Fertigungsverfahren, bei dem dünne Bänder (Tows) aus Kohlenstofffaserverbundmaterial mittels eines Legekopfes automatisiert und präzise unter Einwirkung von Druck und Temperatur auf eine Form aufgebracht werden. Das Tow-Halbzeug besteht dabei aus hochfesten Endlosfasern aus Kohlenstoff, die in eine Kunststoffmatrix eingebettet sind, wodurch die Bänder und die späteren Bauteile ihre Form erhalten. Die Matrix kann dabei entweder aus thermoplastischem oder duromerem Kunststoff bestehen, wodurch unterschiedliche Eigenschaften in der Verarbeitung und im späteren Bauteil erreicht werden. Eine Besonderheit des neuen Legekopfes ist, dass dieser abwechselnd beide Tow-Halbzeugarten nach nur kurzer Umbauzeit verarbeiten kann. So können am Legekopf auch verschiedene Heizquellen eingesetzt werden, beispielsweise eine Infrarotlampe für Niedrigtemperaturanwendungen oder eine Breitband-Heizquelle mit Xenon-Flashlamp-Technologie des Herstellers Heraeus Noblelight für die Hochtemperatur-Verarbeitung von thermoplastischen Halbzeugen. Die Flashlamp erweitert Forschungsmöglichkeiten des IFWs im Bereich der thermoplastischen Verarbeitung zusätzlich zum laserbasierten System in Stade und ermöglicht hohe Leistungen sowie eine homogene Aufheizung ohne aufwändige Laserschutzanforderungen.
Das IFW ist weltweit der erste Kunde des neu entwickelten 4-Tow-Systems der finnischen Firma Addcomposites, die sich mit ihren 1-Tow Systemen einen Namen im Bereich kompakter Automated-Fiber-Placement-Gesamtlösungen gemacht hat. Die Fähigkeit, vier Tows gleichzeitig statt nur einen abzulegen, steigert die Produktivität des Systems erheblich. Nach zwei Eigenentwicklungen, die am Außenstandort Stade im Einsatz sind, ist der AFP-X der dritte AFP-Legekopf des IFWs und der Erste am Standort Garbsen.
In Zukunft wird die Legezelle für die Erforschung effizienter Leichtbaustrukturen und moderner Heizmethoden, der 2,5D-Ablage auf komplexen Bauteilen sowie zur Fertigung von Wasserstofftanks für kommende Flugzeuggenerationen eingesetzt. Die Legezelle erweitert somit die Produktionskompetenz des IFWs im Bereich automatisierter Fertigung für Faserverbundstrukturen nachhaltig.
Das IFW bedankt sich beim Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) für die Förderung des Projektes „PräziLight“.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Tim Tiemann, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter +49 (0) 4141 – 77638 – 207 oder per E-Mail unter tiemann@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
Pünktlich zur HANNOVER MESSE hat unser Partner MD Composites Technology GmbH den Prototypen des weltweit ersten Leichtbauchassis auf Kohlenstofffaserbasis für den Feldhäcksler BigX der Fa. Maschinenfabrik Bernard KRONE GmbH & Co. KG fertiggestellt. Das Chassis befindet sich jetzt auf dem Weg nach Hannover und wird dann vom 22.-26. April am Stand 22 in Halle 4 zu sehen sein.
Das gesamte Projektteam AgriLight freut sich auf Ihren Besuch auf der #HM24!
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Das Forschungsprojekt AgriLight wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) im Rahmen des Technologietransferprogramms Leichtbau (TTP LB) gefördert. Wir danken dem BMWK aufrichtig für ihre Unterstützung.
Gestern hatten wir das Vergnügen, die Akademische Fliegergruppe Hannover bei uns zu begrüßen. Die Akaflieg ist ein eingetragener gemeinnütziger Verein für Studenten und Absolventen der Leibniz Universität Hannover sowie anderer Hochschulen Hannovers. Neben der Vermittlung von Wissen über Wartung, Bau und Flugausbildung auf Segelflugzeugen entwickeln und konstruieren die Teammitglieder des Vereins eigene Fluggeräte bis hin zur Erprobung. Wir verbrachten einen inspirierenden Nachmittag zusammen, gefüllt mit anregenden Gesprächen und dem Austausch von Ideen. Bei einem Rundgang durch unser Versuchsfeld präsentierten wir die Ergebnisse unserer Forschungsprojekte und diskutierten intensiv über verschiedenste Themen. Das Spektrum reichte von der Entwicklung elektrisch angetriebener Faserverbundflugzeuge, deren Auslegung unter Berücksichtigung von Crashanforderungen, über unterschiedliche Produktionstechnologien zur automatisierten Herstellung von Faserverbundstrukturen u.a. mit KI-unterstützten Prüfmethoden bis hin zu Anwendungen für Faserverbundmaterialien in der Agrartechnik, Medizintechnik oder Energietechnik. Darüber hinaus präsentierten wir Ergebnisse diverser grundlagenorientierter Forschungsprojekte im Bereich schweißtechnische Fügemethoden, in-situ Konsolidierung von Thermoplast- und Sandwichstrukturen, presstechnische Verarbeitung von besonders dickwandigen Strukturen sowie unkonventionell versteiften Strukturlayouts für zukünftige Flugzeuggenerationen. Wir möchten dem gesamten Team der Akaflieg Hannover für ihre Initiative und ihren Besuch danken und freuen uns schon jetzt auf eine Wiederholung in den kommenden Jahren. Bis zum nächsten Mal!
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)
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.
