Ultraleichte und belastbare HighEnd-Kunststoffe ermöglichen den energieeffizienten Verkehr

FE-Modell für funktionalisirte Polymergarne. Abbildung: BTU Cottbus–Senftenberg

Der Anteil von Kunststoffen in Kraftfahrzeugen, Zügen und Flugzeugen wächst. Kunststoffe als Konstruktionswerkstoff senken das Gewicht von Fahrzeugen und helfen somit, Energie und Treibstoff zu sparen. Die Nachfrage nach Hochleistungsmaterialien mit neuen Eigenschaften steigt.

Welche aktuellen Technologien derzeit an der BTU Cottbus-Senftenberg erforscht werden, das stellten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Dr.-Ing. Matthias Ziegenhorn und Prof. Dr.-Ing. Ralph Schacht aus den Fachgebieten Technische Mechanik und Maschinendynamik und Elektronische Schaltungstechnik gemeinsam mit ihren Projektpartnern vor.

Innovative Verfahren zur Veredlung von Polyesterfasern ermöglichen Funktionalisierung von Kunststoffen

Im Projekt „Graphene Electrical Fibers“ arbeiten BTU-Wissenschaftler mit den Projektpartnern aus der Industrie daran, neue Materialien aus Polyesterfasern zu entwickeln, die mit Nanopartikeln wie zum Beispiel Graphen kombiniert werden und so neue Eigenschaften erhalten.

Es können Materialien mit hoher Festigkeit, Leitfähigkeit und Leichtigkeit hergestellt werden. Eingesetzt auf Straßen, Schienen oder in der Luftfahrt können Gewicht und damit Treibstoff eingespart werden. Projektpartner sind die TREVIRA GmbH Guben als Hersteller von textilen Polyesterprodukten und die AERTEC Solutions GmbH als Hersteller von Flugtechnik.

Exakt konzipierte Hochleistungskunststoffe ersetzen Metall-Bauteile

Sie sind temperaturstabil und schmelzen schwer – die Hochleistungskompositkunststoffe, die Forscher unter der Leitung von Prof. Ziegenhorn untersuchen. Ziele des Projekts „3D High Performance Composites“, an dem die BTU gemeinsam mit dem Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP arbeitet, sind die Herstellung haltbarer HighEnd-Kunststoffe für 3D-Druckverfahren und die Entwicklung eines neuartigen Berechnungstools für das flexible Vorhersagen von Materialeigenschaften.

Gemeinsam untersuchen die Projektpartner duroplastische Kunststoffe, die bei Temperaturlast formstabil sind. Duroplast-Bauteile sollen Metall-Bauteile in der Nähe von Wärmequellen, beispielsweise im Motorraum von Fahrzeugen, aufgrund ihrer geringen Dichte, der höheren Temperaturstabilität und der häufig geringeren Kosten ersetzen.

Mit Hilfe des Berechnungstools können die BTU-Wissenschaftler die mechanischen Eigenschaften in Abhängigkeit von Herstellungsparametern mathematisch-physikalisch exakt vorhersagen. Damit schaffen sie die Voraussetzungen für eine systematische Anwendung dieser Werkstoffe und für die Entwicklung optimaler Druckprozesse und liefern einen Beitrag zur Umsetzung der Anforderungen von Industrie 4.0.

Lebensdauer-Vorhersage durch berührungslose Temperaturmessung für sicherheitsrelevante Bauteile in Fahrzeugen

Im Rahmen des Projekts „THEMECS-Sensor“ entwickeln die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler um Prof. Ziegenhorn gemeinsam mit der Infratec GmbH ein Verfahren zur simultanen Messung von Temperatur- und Verschiebungsfeldern an Bauteilen. In diesen Bauteilen wie Bremsen oder Reifen ist unter mechanischer Belastung eine Temperaturentwicklung zu beobachten.

Mit Hilfe einer Infrarot-Kamera können Muster auf der Oberfläche der Bauteile deren Verformung und zeitgleich die Temperatur preisgeben. Ziel der Arbeit ist es, die auf dem Papier berechnete Lebensdauer der Materialien in der Praxis zu überprüfen. Projektpartner sind die InfraTec GmbH als Hersteller von Wärmebildkameras und die ZwickRoell GmbH & Co. KG als Prüfmaschinenhersteller.

Der Förderanteil für alle drei Projekte beträgt 1,6 Mio. Euro und wird getragen durch den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung sowie die Investitionsbank des Landes Brandenburg. Die Projektlaufzeiten betragen drei Jahre.

Prof. Dr.-Ing. Matthias Ziegenhorn
Technische Mechanik und Maschinendynamik
T +49 (0) 3573 85-431
E Matthias.Ziegenhorn(at)B-TU.De

https://www.b-tu.de/fg-technische-mechanik/

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Ralf-Peter Witzmann idw - Informationsdienst Wissenschaft

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Die Materialwissenschaft bezeichnet eine Wissenschaft, die sich mit der Erforschung – d. h. der Entwicklung, der Herstellung und Verarbeitung – von Materialien und Werkstoffen beschäftigt. Biologische oder medizinische Facetten gewinnen in der modernen Ausrichtung zunehmend an Gewicht.

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