Deprecated: Calling get_class() without arguments is deprecated in /homepages/5/d635519858/htdocs/wp-content/plugins/wp-job-manager/includes/class-wp-job-manager-usage-tracking.php on line 163
Dr. Carsten Schmidt – Niedersächsische Forschungskooperation zur Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen

Startschuss für recycelbare Flugzeugstrukturen – Team HP CFK forscht im Kontext einer nachhaltigeren Luftfahrt

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.

reFrame

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

Laufzeit: 2024-2027

Neuer AFP-Legekopf – Leichtbauproduktion im SCALE: IFW testet erfolgreich neues AFP-System

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.

Es ist geschafft!

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!

Noch kein Ticket? Buchen Sie noch jetzt kostenlos ein Ticket.

Noch keinen Gesprächstermin? Nehmen Sie Kontakt mit uns auf und senden uns gerne eine Terminanfrage.

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.

 

Besuch der AKAFLIEG Hannover

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!

SHOREliner

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)

TheSaLab

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.

 

Förderer: Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG

Laufzeit: 2023-2026

HPCFK ist Teil des Entwicklungsteams für ein rein elektrisches Flugzeug

„Dieses industrielle Forschungsprojekt trägt maßgeblich zur Technologieentwicklung im Luftfahrtsektor, insbesondere im Bereich der Composite- und Fertigungstechnik, bei. Gleichzeitig fördern wir aktiv die Umsetzung dieser Innovationen bei kleinen und mittleren Unternehmen“, sagt Dr.-Ing. Carsten Schmidt, Leiter der Forschergruppe Hochleistungsproduktion von CFK Strukturen (HP CFK), Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität. Die Forschergruppe HP CFK am Forschungszentrum CFK Nord in Stade war Gastgeber des Kick-Off-Meetings „SHOREliner“ am 29. September dieses Jahres.

Unter Führung des EASA zertifizierten Herstellungs- und Entwicklungsunternehmens M&D Flugzeugbau entwickeln die Mitglieder des Konsortiums „SHOREliner“ ein rein elektrischen Flugzeug.

Bis Ende 2026 plant das Konsortium das technische Design eines batterieelektrisch betriebenen, 10-sitzigen Flugzeugs im Segment eSTOL Commuter (Zubringer Flugzeug mit Short-take-off-and-landing Eigenschaften) fertigzustellen.

Mitglieder des Konsortiums sind neben dem IFW und der M&D Flugzeugbau GMBH & Co.KG auch die Kasaero GmbH aus Stuttgart, Broetje Automation aus Rastede, Schill + Seilacher „Struktol“ aus Hamburg, das Institut für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL) der Technischen Universität Braunschweig und das Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK) der Technischen Universität Clausthal.

Im Rahmen des gemeinsamen Projekts werden neben dem technischen Design des Flugzeugs selbst auch Innovationen in den Bereichen naturfaser-basierter Composite-Materialien und bio-basierter Harze, Automatisierungslösungen für die Herstellung von Composite-Teilen und Flammschutzsysteme erforscht und entwickelt. Das geplante CO²-neutrale operierbare Flugzeug soll später ebenfalls CO²-neutral hergestellt werden. Die Entwicklung klimaneutraler, energieeffizienter und ressourcenschonender Fertigungsverfahren sowie eine ökologische Lifecycle-Betrachtung sind von Beginn an Bestandteile des Gesamtprojekts.

Ziel des Kick-Off-Meetings der Konsortiumspartner war im Wesentlichen die detaillierte Verteilung der einzelnen Arbeitspakete und die Implementierung eines zuverlässigen Arbeitsprozesses.

„Dieses Meeting ist der Startschuss für die praktische Umsetzung der Grundidee, ein klimaneutrales Faserverbund-Flugzeug mit robusten aerodynamischen und STOL-Eigenschaften zu entwickeln und damit zur CO² neutralen Mobilität der Zukunft beizutragen“, sagt Tim Markwald, Geschäftsführer von M&D Flugzeugbau.

Das Projekt ist Teil des Luftfahrtforschungsprogramms (LUFO VI-3) und wird gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages unterstützt durch den Projektträger Luftfahrtforschung (PT-LF) des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Link zur Projektseite: www.hpcfk.de/shoreliner

 

CompositesWorld informiert: IFW’s AFP installation enhances thermoplastic structure production

Im Rahmen des Projekts PräziLight erweitert das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen seine Forschungsinfrastruktur im Bereich des automatisierten Faserauftrags (AFP) durch die Installation eines AFP-Systems von AddComposites (Espoo, Finnland). Das System ist mit einem humm3 Heizsystem von Heraeus Noblelight (Gaithersburg, M.D., USA) ausgestattet und für sowohl duroplastische als auch thermoplastische Materialien einsetzbar. Damit verfügt das Team HPCFK neben einem laserbasierten AFP-System (VCSEL, TRUMPF, Deutschland), das ebenfalls für beide Materialtypen und insbesondere für Hochtemperaturanwendungen geeignet ist, jetzt auch über ein auf einer Xenon-Blitzlampe basierendes System.

Das Projekt wird über den „Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) als Teil der Reaktion der Union auf die COVID-19-Pandemie“ finanziert.

Link zum Artikel.

Die Leichtbauwelt informiert: Towpregs automatisiert zu Luftfahrt-Leichtbaustäben verarbeiten

Im Rahmen des Projektes TowPregRod entwickelt und erforscht das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover zusammen mit der Schütze GmbH & Co. KG die Endlosfertigung von CFK-Sandwichstäben. Das Projekt setzt sich die Entwicklung und Erforschung einer flexiblen Prozesskette zur kontinuierlichen Belegung, Konsolidierung und Aushärtung von CFK-Sandwichstäben zum Ziel. Mit dem flexiblen Verfahren können die Produkteigenschaften speziell auf den entsprechenden Anwendungsfall angepasst werden. Das werkzeuglose Verfahren verarbeitet vorimprägnierte Kohlenstofffaserrovings (TowPregs) und hat vor allem für kostensensitive Anwendungen mit geringen Stückzahlen in der Luft- und Raumfahrt hohes Potenzial.

Link zum Artikel.