Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

28.04.2017

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für Strukturleichtbau der Technischen Universität Chemnitz haben eine neuartige Technologie zur kontinuierlichen Herstellung von geschlossenen, endlosfaserverstärkten Bauteilstrukturen unterschiedlicher Formen, wie zum Beispiel Rohre, entwickelt.


Ramon Tierschmann vom Bundesexzellenzcluster MERGE bereitet einen Testlauf der Orbitalwickelanlage vor.

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme


Rainer Wallasch und Dr. Agnieszka Kalinowska vom Bundesexzellenzcluster bei der Erprobung der weltweit einzigartigen Pilotanlage der Orbitalwickeltechnologie zur Fertigung komplexer Strukturbauteile.

Foto: TU Chemnitz/Wolfgang Thieme

Mit der sogenannten Orbitalwickeltechnologie (englisch: Continuous Orbital Wrapping Process, kurz: COW) können im Vergleich zum klassischen Wickelverfahren nun auch nicht-rotationssymmetrische Bauteile, sogenannte Profile, kontinuierlich hergestellt werden.

An einer Pilotanlage in der MERGE-Forschungshalle auf dem Campus der TU Chemnitz erfolgen derzeit Machbarkeits- und Technologiestudien zur Einstellung des optimalen Herstellungsprozesses. Am 27. April 2017 wurde die weltweit einmalige Technologie der Öffentlichkeit vorgestellt.

Ziel der im Projekt Beteiligten ist es, eine Prozesskette zu erforschen, mit der komplexe Strukturbauteile –beispielsweise Komponenten für Rotorblätter für Kleinwindkraftanlagen oder belastungsgerechte Pkw-Profile – in Großserie gefertigt werden können. Trotz des sehr speziellen Querschnitts dieser Bauteile ist dank der Chemnitzer Technologie eine material- und kosteneffiziente Herstellung möglich.

Insbesondere als tragende Strukturen oder Bauteile im Pkw-Antriebsstrang unter besonderer Belastung sind diese faserverstärkten Profile oder Rohre von Bedeutung. Für deren Fertigung befinden sich aktuell verschiedene Arten von faserverstärkten Tapes in der Erprobungsphase. Die Materialien werden dabei auf ihre Verarbeitbarkeit zu Hochleistungsbauteilen untersucht.

„Technologien wie das Orbitalwickelverfahren sind vor allem im Fahrzeugbau, aber auch im Maschinen- und Anlagenbau sehr gefragt. Ich bin daher überzeugt, dass der Chemnitzer Bundesexzellenzcluster MERGE mit dieser neuartigen Wickeltechnologie sowie den aus der Grundlagenforschung gewonnenen Erkenntnissen den Weg für multifunktionale und nachhaltige Leichtbau-Anwendungen der Zukunft bereitet – und das weltweit“, erklärt Prof. Dr. Lothar Kroll, Koordinator des Bundesexzellenzclusters MERGE.

Wickelprinzip umgekehrt

Die Forscherinnen und Forscher suchten im Rahmen des Bundesexzellenzclusters nach einem Weg, um das Verfahren in eine übergeordnete Wertschöpfungskette integrieren zu können und so vor- und nachgelagerte Prozesse effektiv miteinander zu verknüpfen. Dadurch sollen auch Formen mit einem variablen konkaven oder konvexen Querschnitt kontinuierlich und großserientauglich hergestellt werden. Die grundlegende Lösung: „Wir lassen in der Anlage den Legekopf jeder Wickeleinheit um den Kern rotieren, drehen also damit das Prinzip des Wickelns um“, beschreibt Rainer Wallasch, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Bundesexzellenzcluster MERGE, das Besondere an diesem Prozess.

Die kontinuierliche, lineare Durchführung des Wickelkerns durch mehrere Orbitalräder der Anlage gestattet die großserientaugliche Herstellung nahezu endloser Halbzeuge mit unterschiedlichen Wickelrichtungen. Auf den Orbitalrädern befindet sich jeweils ein Legekopf, die sogenannte Ablegevorrichtung für das Thermoplast-Tape. Dieser bewegt sich rotierend um den Kern.

„Das Tape wird dann genau so abgelegt, dass der gewünschte Querschnitt entsteht. Der Kern wird dabei weiter kontinuierlich durch die Wickelstationen geführt und so weiter, also theoretisch endlos“, so Wallasch. All dem liegt ein komplexer Algorithmus mit entsprechender mechanischer und steuerungstechnischer Umsetzung zugrunde, der die Legeköpfe gezielt kinematisch um den Wickelkern bewegt. Dieser Prozess soll später für alle gewünschten Bauteilformen anwendbar sein.

Das Prinzip des klassischen Thermoplast-Tapewickelns ist demgegenüber im Leichtbau ein bereits etabliertes Verfahren, das im Rahmen des Bundesexzellenzclusters MERGE zum Kontinuierlichen Orbitalwickelprozess (COW) weiterentwickelt wurde. Beim herkömmlichen Wickelprozess wird ein Tape durch die Rotationsbewegung eines Kerns um diesen herumgewickelt. Das Band – üblicherweise unidirektional faserverstärktes Thermoplast-Tape – wird dabei aus einer angebremsten Spule abgezogen, aufgeheizt, aufgeschmolzen und durch die Rückzugskraft des Bandes beim Erkalten mit der zuvor gewickelten Lage gefügt. So wird in der Regel ein rotationssymmetrisches Profil hergestellt.

Hintergrund: Bundesexzellenzcluster „MERGE“

In diesem bundesweit einzigartigen Projekt arbeiten an der TU Chemnitz seit 2012 etwa 100 Wissenschaftlerinnen, Wissenschaftler sowie Technikerinnen und Techniker an einer Technologiefusion multifunktionaler Leichtbaustrukturen. Ziel ist es, heute noch getrennte Fertigungsprozesse bei der Verarbeitung unterschiedlicher Werkstoffgruppen wie Textilien, Kunststoffe und Metalle zusammenzuführen und mit Sensorik und Aktorik auszustatten.

Mehrkomponentenbauteile können dann in Großserie kostengünstiger und energieeffizienter produziert werden. Im Bundesexzellenzcluster sind auch Großunternehmen und zahlreiche kleine und mittlere Unternehmen eingebunden, die komplementär die Wertschöpfungskette „Vom Werkstoff zur Leichtbaustruktur“ abbilden. Die Projektergebnisse des Clusters bedienen führende Märkte der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, des Maschinenbaus und der Mikrosystemtechnik.

Homepage des Bundesexzellenzclusters MERGE: https://www.tu-chemnitz.de/MERGE

Weitere Informationen erteilen Prof. Dr. Lothar Kroll, Telefon 0371 531-23120, E-Mail lothar.kroll@mb.tu-chemnitz.de, und Dr. Jürgen Tröltzsch, MERGE-Geschäftsführer, Telefon 0371 531-35665, E-Mail juergen.troeltzsch@mb.tu-chemnitz.de.

Dipl.-Ing. Mario Steinebach | Technische Universität Chemnitz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Untersuchung klimatischer Einflüsse in der Klimazelle - Werkzeugmaschinen im Check-Up
01.02.2018 | Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik

nachricht 3D-Druck von Metallen: Neue Legierung ermöglicht Druck von sicheren Stahl-Produkten
23.01.2018 | Universität Kassel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kameratechnologie in Fahrzeugen: Bilddaten latenzarm komprimiert

21.02.2018 | Messenachrichten

Mit grüner Chemie gegen Malaria

21.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

Periimplantitis: BMBF fördert zahnärztliches Verbund-Projekt mit 1,1 Millionen Euro

21.02.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics