Autor: Dr. Carsten Schmidt

Das erste Industriekolloquium des SPP1712 wurde am 01. Juli 2015 bei uns am CFK Nord in Stade abgehalten.Für die zweitägige Veranstaltung war erstmalig der Industriebeirat, bestehend aus Vertretern der Luftfahrt-, Automobil- und Zuliefererindustrie sowie dem klassischen Maschinenbau, mit eingeladen. Jedes Projekt präsentierte in einem Vortrag den aktuellen Stand der Ergebnisse. Die hochrangigen Beiräte aus der Industrie erhielten so einen Einblick in die technologischen Chancen und wissenschaftlichen Herausforderungen der intrinsischen Hybridverbunde. Dabei wurden die Qualität der Beiträge und das breite Spektrum an verschiedenen möglichen Anwendungen durch den Beirat ausdrücklich gelobt. Zum Abschluss der Veranstaltung wurden die Teilnehmer durch unsere Labore am CFK Nord geführt. Hier konnten aktuelle Forschungsprojekte mit Bezug zur Luftfahrt- und Windkraftbranche gezeigt werden. Ausklang fand das Industriekolloqium in geselliger Runde im Stader Insel Restaurant.

Am 19. Mai 2015 hatte das interuniversitäre Forschungsteam aus Hannover, Braunschweig und Clausthal ins Forschungszentrum CFK Nord nach Stade eingeladen, um Fachleuten aus Industrie und Wissenschaft die Ergebnisse seines Projekts „Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen” (HP CFK) zu präsentieren.

Ziel des Projekts: das Potenzial des Leichtbauwerkstoffs CFK ausschöpfen

Derzeit entstehen CFK-Konstruktionen immer noch im “Black-Metal-Design”, dem eine klassische Metallbauweise zugrunde liegt. Die Herstellung erfolgt an vielen Stellen noch manuell. Das führt zu hohen Fertigungskosten; das eigentliche Potenzial des Werkstoffes wird nicht ausgeschöpft.

Darin waren sich auch Matthias Behr, Kevin Engel und Onur Deniz vom HP-CFK-Team während der ersten Vortragsreihe einig, die von Professor Peter Horst, Leiter des Instituts für Flugzeugbau und Leichtbau an der Technischen Universität Braunschweig, moderiert wurde. Für die wirtschaftliche Herstellung von CFK müssen neue effiziente Produktionsmechanismen entwickelt werden, die die Prozesshistorie nachvollziehbar machen und dadurch Sicherheit und eine Erweiterung des Prozesswissens gewährleisten.

Fortschritte beim Automated Fiber Placement: leichter, agiler, kompakter

Zu den derzeit bevorzugten Fertigungssystemen zur Herstellung von Leichtbaustrukturen zählt das sogenannte Automated Fiber Placement (AFP). Beim AFP, das einen Forschungsschwerpunkt in Stade darstellt, werden faserverstärkte Kunststoffbänder unter Anwendung von Druck und Temperatur entlang eines vorgegebenen Pfads auf einer dreidimensionalen Werkzeugoberfläche abgelegt.

Die HP-CFK-Wissenschaftler Tobias Hundt, Klaas Völtzer und David Berg präsentierten in einer zweiten Vortragsrunde ihr neuartiges AFP-System, das leichter, agiler und kompakter ist als herkömmliche Systeme. Im Zusammenspiel mit einer onlinebasierten Prozessüberwachung soll eine modulare Flexibilität und eine prozessbegleitende Qualitätssicherung ermöglicht werden. Diese zweite Vortragsreihe moderierte Professor Dieter Meiners, Institutsdirektor des Instituts für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik an der TU Clausthal.

Live-Demonstrationen und ein positiver Ausblick

In zwei Gastvorägen berichteten darüber hinaus Jelle Bloemhof von der Airbus Operations GmbH und Dr. Patryk Burka von der Premium Aerotec GmbH von der Verwendung von CFK-Bauteilen in der Industrie. Bei der abschließenden Live-Demonstration in den Forschungshallen konnten sich die Gäste einen Eindruck von der Arbeit des HP CFK Teams machen. Viele intensive Fachgespräche vertieften diese Eindrücke.

Der Geschäftsführer und Leiter der Forschungsgruppe, Dr. Carsten Schmidt vom Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, zog ein positives Resümee des HP-CFK-Projekts, bei dem in den letzten vier Jahren zahlreiche Partnerschaften aufgebaut und fachliche Kompetenzen durch Zusammenschluss erweitert werden konnten. Als Perspektive nannte Schmidt den Ausbau und die Erschließung neuer interdisziplinärer Forschungsfelder sowie eine Übertragung bestehender Ergebnisse in die Praxis.

Die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) genehmigt Herrn Prof. Denkena gemeinsam mit den Projektpartnern SWMS Systemtechnik Ingenieurgesellschaft mbH und AT – Automation Technology GmbH das Forschungsvorhaben “Automatisiert optimierende Bahnplanung und wärmebildgestützte Überwachung für Automated-Fiber-Placement-Prozesse” (Therm-O-Plan). Ziel des Vorhabens ist es, die Planungsaufwände zur Herstellung von Leichtbau-Strukturbauteilen im Automated-Fiber-Placement-Prozess durch eine neue, automatisierte Bahnplanungs- und -optimierungsmethode zu reduzieren. Zudem soll die Prozesssicherheit des komplexen Herstellprozesses durch ein automatisiert parametriertes Online-Thermografie-Qualitätsanalysesystem deutlich gesteigert werden.

Die neue Technologie wird gemeinsam mit dem assoziierten Partner Airbus Operations GmbH am Forschungsstandort CFK Nord entwickelt und erprobt. Hierfür steht den Forschern ein neues, im Projekt HP CFK entwickeltes, Legesystem zur Verfügung.

Für die Analyse von Materialproben und Prüfkörpern ist die optische Komponente unabdingbar. Mit dem neuen Mikroskop Olympus BXFM wird unsere Laborausstattung sinnvoll ergänzt. Das modular aufgebaute Mikroskop ermöglicht individuelle Anpassung des Messsystems an die unterschiedlichen Aufgaben und ist daher nicht nur von seiner Leistungsfähigkeit sondern auch in wirtschaftlicher Hinsicht die richtige Wahl. Zu seinen technischen Attributen gehört weiterhin das breite Vergrößerungsspektrum von 12,5 bis 1000-fach bei einer Kameraauflösung von 5 Megapixeln. Mit dieser Ausstattung können großflächige Proben mit Abmessungen bis zu 130 x 85 mm und einer maximalen Probenhöhe von 350 mm auf einem automatischen Verfahr-Tisch zum exakten Anfahren des gewünschten Untersuchungsbereichs vermessen werden. Dieser elektrische XY-Tisch ist verbunden mit einem automatischen Stitching, wodurch Aufnahmen von Oberflächen, die größer als der Messbereich einer Einzelmessung sind, automatisiert aufgenommen und aneinander gesetzt werden können.

Speziell erlaubt das Mikroskop die Erfassung von Oberflächentopografien in 3D- Aufnahmen, was in Bezug auf die Analyse von Faserverläufen auf gekrümmten Bauteiloberflächen oder Schliffbildern bei CFK Proben im Besonderen für uns projektrelevant ist.

Bereits im April hat die DFG dem Stader Forschungsverbund das Projekt “Multilayer-Insert” im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1712 “Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbaustrukturen” bewilligt.

Am 03.06.2014 trafen sich die Partner aller Projekte, die bei der Antragsstellung erfolgreich gewesen sind, zum Kick-Off-Treffen in Karlsruhe. 8 Projekte konnten sich von insgesamt 35 Projektideen surchsetzen und starten heute offiziell ihre interdisziplinäre Forschung im Bereich der CFK-Metall-Verbundstrukturen. Bei der Kick-Off-Veranstaltung, die beim Koordinator Professor Jürgen Fleischer in Karlsruhe am wbk Institut für Produktionstechnik stattfand, hatten die Teilnehmer die Gelegenheit sich und ihr Projekt vorzustellen.

Neben zwei Innovationsprojekten gibt es sechs Verbundprojekte, bei denen wie am Stader Standort bereits seit 2011 erfolgreich praktiziert die Disziplinen Produktion, Werkstoffkunde und Mechanik zusammen an Fragestellungen, wie Oberflächenbehandlung, Korrosionsschutz, materialgerechte Lastübertragung oder Eigenspannung interdisziplinär arbeiten werden. Die beteiligten Institute verteilen sich über ganz Deutschland, sodass eine gute Voraussetzung für die Vernetzung geboten ist.

Zum Ende des Kick-Offs wurden die Teilnehmer durch das Produktionstechnische Labor des wbk am Fasanengarten geführt. Hier werden die Leichtbauaktivitäten und Laborausstattung des Instituts eindrucksvoll gebündelt.

Am Dienstag, den 10. Mai 2011, haben die drei niedersächsischen Universitäten Braunschweig, Clausthal und Hannover ihre neue Betriebsstätte am Leichtbaustandort Nummer eins in Europa, in Stade, eingeweiht. Für die ersten der zehn jungen Ingenieurwissenschaftler beginnt damit in diesen Tagen die Arbeit im dort angesiedelten Forschungsverbund “Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen” mit paralleler Doktorandenausbildung. Es gibt sehr viel Anfang und Aufbruch zu würdigen bei der festlichen Auftaktveranstaltung, zu der als Organisator das Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover nach Stade geladen hat. Zu den Gästen aus Industrie, Forschung und Politik gehörte auch Professor Martin Wiedemann. Er ist Leiter des Instituts für Faserverbundleichtbau und Adaptronik am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und damit einer der wichtigsten Forschungsakteure am CFK Nord: Er begrüßt die neuen Nachbarn aus den Hochschulen, die sich der in Stade erprobten, aber bei Universitäten eher noch ungewöhnlichen Mentalität angeschlossen haben, aus den Instituten heraus und dorthin zu gehen, wo die industriellen Forschungsherausforderungen warten. Staatssekretär Dr. Josef Lange (Niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur) konkretisierte weiter: “Dieses Vorhaben trägt dazu bei, aus dem Süd-Nord Gefälle ein Nord-Süd Gefälle zu machen”.

Mit insgesamt 5,5 Millionen Euro aus dem Europäischen Fond für Regionale Entwicklung (EFRE) und vom Land Niedersachsen entsteht in dem neuen Forschungszentrum CFK Nord in Stade der Forschungsverbund “Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen”. Im Rahmen s Forschungsprojektes HP CFK, werden zunächst elf Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unter Projektführung der Leibniz Universität Hannover die Forschung am Standort aufnehmen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, neuartige Bauweisen, Materialien und Fertigungsabläufe für eine effizientere Herstellung von CFK-Bauteilen zu entwickeln.