Kategorie: Aktuelles

3,5 Millionen Euro für Innovationsverbund „JoinTHIS“

Mit 3,5 Millionen Euro aus dem Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und vom Land Niedersachsen erhalten die Leibniz Universität Hannover, die TU Clausthal und die TU Braunschweig Fördermittel für ein interdisziplinäres Forschungsvorhaben zum Thema Leichtbau mit kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Ziel des Vorhabens “JoinTHIS” ist es, neue Fertigungsverfahren für die Herstellung von Flugzeug-Strukturkomponenten aus thermoplastischen, faserverstärkten Kunststoffen zu erforschen. Das Forschungsprojekt startet im Herbst dieses Jahres.

“Der Leichtbau ist eine Schlüsseltechnologie, um die Herausforderungen einer nachhaltigen Mobilitätsstrategie zu bewältigen. So können wir den Wissensvorsprung, den wir in den vergangenen Jahren in Stade erlangt haben, weiter ausbauen. Das ist ein Gewinn für die Region und den Forschungsstandort Niedersachsen”, sagt der Niedersächsische Minister für Wissenschaft und Kultur Björn Thümler.

Wissenschaftler der drei niedersächsischen Universitäten arbeiten bereits seit Gründung des Forschungsverbundes “Hochleistungsproduktion von CFK-Strukturen” (HP CFK) im Jahr 2011 am gemeinsamen Standort im CFK Valley in Stade zusammen. Die Forschergruppe um Geschäftsführer Dr. Carsten Schmidt entwickelt und erforscht innovative Fertigungsmethoden für eine effiziente, automatisierte Herstellung von Bauteilen aus CFK.

Stade ist heute einer der größten europäischen Fertigungsstandorte für CFK-Leichtbaustrukturen. Maßgeblich trägt hierzu der international operierende Airbus Konzern bei.

Hintergrund

Seit einigen Jahren entwickelt sich Stade zu einem führenden Standort für CFK-Forschung: Bereits seit 2004 engagieren sich in dem in Stade gegründeten Kompetenznetzwerk “CFK Valley” mehr als 100 nationale und internationale Unternehmen der Branche, die auch industrielle, anwendungsbezogene Forschung betreiben. Mittelpunkt der CFK-Forschungsbemühungen ist das “CFK-Nord”, ein hochmodernes Forschungszentrum, in dem neben der Forschungskooperation HP CFK ebenfalls das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie die Fraunhofer-Gesellschaft aktiv sind.

“Um den aktuellen Herausforderungen in der Luftfahrtindustrie zu begegnen, brauchen wir neue Fertigungsmethoden und Bauweisen, die aufeinander und auf die besonderen Eigenschaften des Faserkunststoffverbundwerkstoffs optimal abgestimmt sind”, sagt Professor Berend Denkena von der Leibniz Universität als Koordinator und Verbundsprecher des Projektes. Die Stückzahlen in der CFK-Teilefertigung für neue Flugzeuggenerationen steigen rasant an und erfordern neue Lösungen. Mit konventionellen Verfahren und Bauweisen seien diese Herausforderungen nur begrenzt zu bewältigen. Denkena: “Mit der interdisziplinären Forschung, die wir in Stade gemeinsam mit den Kollegen aus Braunschweig und Clausthal betreiben, arbeiten wir an Lösungen für die hochproduktive Teilefertigung von morgen.”

Vor diesem Hintergrund hebt Professor Dieter Meiners, Leiter des Instituts für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik an der Technischen Universität Clausthal, die Vorteile der im Forschungsvorhaben betrachteten thermoplastischen Faserverbunde für Flugzeugstrukturen hervor: “Beim Einsatz dieser Werkstoffe entfällt im Gegensatz zu den heutzutage überwiegend eingesetzten duroplastischen Materialien der zeit- und kostenintensive Schritt der Aushärtung. Zudem lassen sich Bauteile durch Schweißen zusammenfügen, wodurch stark verkürzte Montagezeiten realisierbar sind. Außerdem können Bauteile aus Thermoplast nach Ende eines Flugzeuglebens sinnvoll recycelt werden.”

“Eine werkstoffliche Umorientierung im Flugzeugbau ist immer auch mit tiefgreifenden Veränderungen verbunden, die bereits in der Strukturauslegung Berücksichtigung finden müssen. In der Vergangenheit konnte man dies z.B. bei der 350XWB-Flugzeugfamilie von Airbus beobachten, bei der große Teile der metallischen Strukturen durch CFK mit duromerer Matrix ersetzt wurden. Einen wissenschaftlichen Beitrag zur notwendigen Strukturanpassung an thermoplastischen CFK zu leisten ist daher ein weiterer zentraler Schwerpunkt des Projekts JoinTHIS”, so Professor Peter Horst, Leiter des Instituts für Flugzeugbau und Leichtbau.

Am 12. Juni verlieh die Hansestadt Stade und der CFK Valley e.V. im Rahmen der CFK Valley Convention den Innovationspreis an das Projektteam „Multilayer-Inserts“ der niedersächsischen Forschungskooperation HP CFK. Nach dem AVK Innovation Award 2017 ist dies jetzt die zweite Auszeichnung für das Forscherteam im DFG Schwerpunktprogramm 1712! Gegenstand ihrer Forschung ist ein hybrides Krafteinleitungselement für Faserverbundstrukturen, das aus einer Vielzahl dünner Metallfolien besteht, die in den Lagenaufbau integriert eine faserverbundgerechte Schnittstelle zur Krafteinleitung bilden.

Additive Fertigungsverfahren erfreuen sich einer großen Beliebtheit, insbesondere zur Herstellung von Einzelteilen und Kleinserien. Wir berichten in der aktuellen Ausgabe der VDI-Z (06-2018) über die Chancen dreidimensional faserverstärkter Kunststoffbauteile, die im Fused Deposition Modelling hergestellt werden.

Am 5. Juni fand das erste Industriekolloquium in der zweiten Förderphase des DFG-Schwerpunktprograms 1712 „Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbaustrukturen“ in Dortmund statt. Das Projekt Multilayer-Insert stellte am gastgebenden Lehrstuhl für Kunststofftechnologie (LKT) den gegenwärtigen Projektstand zur Krafteinleitung in dünnwandige Faserkunststoffverbund-Strukturen vor. Dazu zählten Erkenntnisse aus der Methodenentwicklung zur Charakterisierung von Grenzschichteigenschaften und zum Abbau thermischer Eigenspannungen durch veränderte Prozessführung im Autoklaven und zusätzliche, verformungsmindernde Zwischenschichten. In mehrskaligen Simulationen wurde der Störeinfluss von hybridisierten Strukturbereichen innerhalb von Faserverbundbauteilen dargestellt und der Einfluss geometrischer Merkmale der Inserts sowie der Anbindungsfläche zwischen FKV und Metall betrachtet.

Am Beispiel des Automated-Fiber-Placement wurden die Integrationsmöglichkeiten der neuen Technologie veranschaulicht und die gegenwärtigen produktionstechnischen Herausforderungen, die insbesondere in der prozessparallelen Ablage der Inserts sowie in der Bereitstellung von Materialausschnitten mit flexiblem Konturverlauf liegen, im Kreise von Wissenschaft und Industrie diskutiert. Am Abend hatten dann alle Teilnehmer die Gelegenheit, sich über die aktuellen Forschungsthemen am LKT im Rahmen eines durch Prof. Stommel geleiteten Versuchfeldrundgangs zu informieren.

Zur Demonstration des Anwendungsspektrums von Automated-Fiber-Placement-Technologien in Verbindung mit hybriden Krafteinletungselementen aus Faserverbund-Metall-Laminaten wurde dieses in Kohlenstofffaser-Verbundtechnologie konzipierte Kiteboard am CFK Nord entwickelt und hergestellt.

Am 12. April hat Klaas Voeltzer die Prüfung zum Dr.-Ing. bestanden.

Die Dissertation trägt den Titel „Online-Prozessüberwachung von Automated Fiber Placement Prozessen auf Basis der Thermografie“. Klaas Voeltzer war seit Oktober 2013 in der Forschergruppe aktiv und hat sich hauptsächlich mit der Überwachung von automatisierten CFK-Legeprozessen beschäftigt und in diesem Zusammenhang Fragestellungen zu den thermischen Eigenschaften fehlerfreier und fehlerbehafteter Faserkunststoffverbund-Laminate diskutiert.

Zu seinen wesentlichen Ergebnissen zählen Algorithmen zur Identifikation und Charakterisierung qualitätsrelevanter Lamninateigenschaften auf Basis der Thermografie, mit deren Hilfe sich heutige Automated Fiber Placement Prozesse online überwachen lassen.

Wir gratulieren herzlich zu diesem Erfolg!

Am 8. März hat Onur Deniz die Prüfung zum Dr.-Ing. bestanden. Damit ist er der erste wissenschaftliche Mitarbeiter aus dem Team HP CFK, der seine Doktorarbeit erfolgreich abgeschlossen hat.

Die Dissertation trägt den Titel “Production-Based Multi-Criteria Design Optimisation of Stiffened Composite Fuselage Structures”. Onur Deniz  war seit August 2011 in der Forschergruppe aktiv und hat sich hauptsächlich mit der Entwicklung von Flugzeugstrukturkonzepten aus Faserkunststoffverbunden beschäftigt und in diesem Zusammenhang Fragestellungen zur fertigungs- und werkstoffgerechten Auslegung unkonventioneller Strukturen diskutiert. Eines seiner wesentlichen Ergebnisse ist eine multidisziplinäre Auslegungsumgebung, die sowohl Fertigungseigenschaften des Automated Fiber Placement als auch von Drapiertechnologien innerhalb der automatisierten Strukturauslegung mit berücksichtigen kann.

Wir gratulieren herzlich zu diesem Erfolg!

Am 18. September verlieh die AVK Industrievereinigung Verstärkte Kunststoffe e.V. im Rahmen des International Composites Congress (ICC) in Stuttgart ihren Innovationspreis in der Kategorie Forschung und Wissenschaft an die niedersächsische Forschungskooperation HP CFK, bestehend aus dem Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik (PuK), dem Institut für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL) sowie dem Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW). Ausgezeichnet wurde das Team für Ihre Entwicklung des Multilayer-Inserts, eines Krafteinleitungselements für dünnwandige Hochleistungs-CFK-Strukturen. Den Ingenieuren gelang es, den simultanen schichtweisen Aufbau von Laminat und Insert in bestehende Automated-Fiber-Placement Prozesse zu integrieren, indem Faserlagen lokal durch Metalleinleger gleicher Dicke substituiert werden. Im Vergleich zu konventionellen Technologien führt der lokale hybride Anbindungspunkt zu einer minimalen Umlenkung der Fasern und damit zu einer Reduzierung des Störeinflusses.
Damit ist es möglich, reinmetallische Bereiche in Faserverbundstrukturen auszubilden, die eine Lastübertragung über Schub in allen Lagen des Laminats bewirken. Der belastungsoptimierte faser- und leichtbaugerechte Aufbau führt zu einer signifikanten Erhöhung der einleitbaren Lasten in den kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) sowie eine Gewichtsersparnis im Vergleich zu am Markt erhältlichen Technologien. Die Krafteinleitung kann dann z. B. über Schraub- oder aber auch über Schweißverbindungen erfolgen und erlaubt so die lösbare Fügung von z. B. metallischen und faserkunststoffbasierten Bauteilen.
Die grundlegenden Arbeiten für das neue Verfahren wurden innerhalb des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Schwerpunktprogramms 1712 geschaffen.

Am 29. Juni endete die erste Projektphase des Schwerpunktprogramms 1712 „Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen – Grundlagen der Fertigung, Charakterisierung und Auslegung“ offiziell in einem abschließenden Industriekolloquium. Unter Beteiligung des Industriebeirats präsentierten die Projektpartner aller acht Projekte ihre Ergebnisse am gastegebenden wbk Institut für Produktionstechnik in Karlsruhe. In konstruktiven Diskussionen zwischen Wissenschaft und Praxis wurden wertvolle Anregungen für die Weiterentwicklung der jungen intrinsischen Hybridverbunde gegeben und ein Ausblick für die kommende Förderperiode entwickelt. Ein zentrales Thema dieser Projektphase wird es sein, eine Demonstration der unterschiedlichen Projektergebnisse im Kontext eines Anwendungsszenarios aus dem Automobilbau zu entwickeln.

Am Abend hatten dann alle Teilnehmer die Gelegenheit, sich über die aktuellen Forschungsthemen am wbk im Rahmen eines Versuchfeldrundgangs zu informieren.
Wir freuen uns sehr, dass auch unser Projekt „Multilayer-Inserts“ fester Bestandteil der zweiten Projektphase ist und wünschen allen Partnern bis zum kommenden Arbeitskreistreffen am 12. und 13. Dezember 2017 in Chemnitz ein gutes Gelingen.

Sollte Sie Interesse an Hybridverbunden und einer möglichen Demonstration im Kontext Ihrer Anwendung haben, sprechen sie uns gerne an.

Auf dem Stand der Wissenschaftsallianz der TU Braunschweig und der Leibniz Universität Hannover haben wir vom 24.04.2017 bis zum 28.04.2017 im Rahmen der Hannover Messe, zusammen mit anderen Forschungsprojekten der beiden Universitäten, unser Projekt FlexProCFK präsentiert.

Anhand eines Demonstrators haben wir einem breiten Publikum unsere Projektziele und -inhalte vorgestellt und konnten dabei interessante Gespräche mit viel positivem Feedback führen.