Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die perfekte Fadenführung

12.03.2020

TU-Forscher entwickeln gemeinsam mit der Pfeil GmbH eine neuartige Blindstich-Nähtechnologie zur Herstellung von Hochleistungs-Leichtbauteilen für Luft- und Raumfahrt

Der Einsatz von Textilien als Faserverstärkung im Leichtbau ist bewährt, wie erfolgreiche Anwendungen aus dem Fahrzeug- und Maschinenbau, der Medizintechnik und vielen anderen Branchen zeigen.


TU-Wissenschaftler Stefan Demmig zeigt einen Demonstrator, der mit Hilfe der neuentwickelten Blindstich-Nähtechnologie gefertigt wurde.

Foto: Diana Schreiterer


Dank der Entwicklung des Nähkopfes durch die Pfeil GmbH kann die lastpfadgerechte Faserverstärkung nun automatisiert drapiert und anschließend mittels robotergeführter Nadel per Blindstich fixiert werden.

Foto: Stefan Demmig

Moderne Großraumflugzeuge, Windkraftanlagen oder die Prothesen von amputierten Hochleistungssportlerinnen und -sportlern wären ohne den Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden nicht denkbar. Die Besonderheit beim Einsatz von Textilien in einem Materialverbund liegt darin, dass sie Stabilität bieten ohne dabei das Gewicht eines Bauteils maßgeblich zu erhöhen.

„Von entscheidender Bedeutung für die Belastbarkeit eines textilverstärkten Bauteils ist die Faserrichtung, da sie einem Werkstoff die nötige Stabilität verleiht. So ist ein Textil beispielsweise in Faserlängsrichtung hochbelastbar, in der Querrichtung jedoch erheblich weniger leistungsstark“, erklärt Stefan Demmig, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung der Technischen Universität Chemnitz.

Nun gelang den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der TU Chemnitz in Zusammenarbeit mit der Pfeil GmbH aus dem sächsischen Mühlau die Entwicklung einer neuartigen Verarbeitungsweise textiler Werkstoffe. Dafür entwarfen sie ein neuartiges, robotergeführtes Blindstich-Nähsystem für einseitiges Nähen.

Diese neue Technologie erlaubt es, die Fasern automatisch in die so wichtige lastgerechte Position zu bringen, die maximale Stabilität garantiert – und das nicht nur in 2D, sondern gleich in 3D. Bisher werden 3D-Bauteile umständlicher und ressourcenintensiver aus textilen 2D-Halbzeugen hergestellt. Durch das neue Verfahren lässt sich auf diesen Zwischenschritt verzichten.

Für diese lastgerechte Textilverstärkung eines späteren Leichtbauteils werden Bündel aus Kohlenstoff-Fasern, sogenannte „Rovings“, an der entsprechenden Position aufgelegt und mit einem dünnen Hilfsfaden auf ein spezielles Glasfasergewebe aufgenäht. Da Gewebe und Roving jedoch auf einem Kern fixiert werden müssen, um die gewünschte dreidimensionale Form zu entwickeln, kann die Nähmaschine nur von einer Seite zugreifen.

Herkömmliche Maschinen benötigen zum Nähen jedoch Zugriff von unten und oben. Daher entwarf das Projektteam ein System, mit dem das Textil durch eine gebogene Nadel von nur einer Seite bestickt werden kann. So werden die Rovings direkt und mit einem Polyesterfaden mittels Blindstich auf dem Werkstück fixiert.

Dank des neuen Systems können die Befehle für die Robotersteuerung direkt aus den Konstruktionsdaten abgeleitet werden. So läuft die Herstellung der Verstärkungsstruktur vollautomatisch ab und birgt einen entscheidenden Vorteil: Konstruktion, Simulation und Fertigung werden in Einklang gebracht. Das spart Ressourcen und verbessert den Herstellungsprozess sowie dessen Ergebnisse.

„Für die Fertigung bedeutet das weitaus weniger Faserunterbrechungen und eine automatische lastpfadgerechte Ausrichtung der Fasern, sodass diese nicht mehr vom händischen Drapieren abhängen. Dadurch besitzen diese Faser-Kunststoff-Verbund-Bauteile nicht nur eine deutlich höhere Leistungsfähigkeit, sondern es werden auch teure Werkstoffe und damit Kosten eingespart. Die aufwändige Technik hinter dem neuen Verfahren macht Bauteile nicht gleich massentauglich, dafür entstehen allerdings Hochleistungsprodukte. Gut geeignet für Einsatzgebiete, die Werkstoffe bis an ihre Belastungsgrenze fordern, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt“, prognostiziert Stefan Demmig.

Basierend auf den ersten Entwicklungen zielt die künftige Forschung des Ingenieurs darauf ab, das Vernähen der Rovings durch einen Faden aus Kohlenstofffasern oder Glasfasern zu realisieren, anstatt wie bisher einen Polyesterfaden zu nutzen. Dadurch solle eine Verstärkung der Werkstoffdicke und damit mehr Stabilität erreicht werden.

Auch der spezielle Bindekleber, der den Formkern während des Nähprozesses mit dem Textil verbindet, und das ablösende Trennmittel wollen die Projektpartner in künftigen Studien unter die Lupe nehmen.

Dieser Vorgang soll mit einem speziell für die Luft- und Raumfahrt entwickelten, sogenannten Binderpulver umgesetzt werden, um die bisher verwendeten Materialien durch eine luftfahrtzugelassene Kleber-Trennmittel-Kombination zu ersetzen.

Ein Patent für diese Technologie wurde bereits durch das Deutsche Patent- und Markenamt unter der Nummer DE 10 2015 110 855 B4 2019.12.05 erteilt. Das ebnet zukünftigen Anwendungen und weiteren Entwicklungen den Weg.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Stefan Demmig, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung, Telefon 0371 531-38387, E-Mail stefan.demmig@mb.tu-chemnitz.de

Matthias Fejes | Technische Universität Chemnitz
Weitere Informationen:
https://www.tu-chemnitz.de/tu/pressestelle/aktuell/10046

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht TU Braunschweig beteiligt sich an Entwicklung von Pumpspeicherkraftwerken für das Flachland
08.04.2020 | Technische Universität Braunschweig

nachricht EU-Projekt GALACTIC entwickelt Lieferkette für Alexandrit-Laserkristalle
03.04.2020 | Laser Zentrum Hannover e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovative Technologien für Satelliten

Er kommt ohne Verkabelung aus und seine tragende Struktur ist gleichzeitig ein Akku: An einem derart raffiniert gebauten Kleinsatelliten arbeiten Forschungsteams aus Braunschweig und Würzburg. Für 2023 ist das Testen des Kleinsatelliten im Orbit geplant.

Manche Satelliten sind nur wenig größer als eine Milchtüte. Dieser Bautypus soll jetzt eine weiter vereinfachte Architektur bekommen und dadurch noch leichter...

Im Focus: The human body as an electrical conductor, a new method of wireless power transfer

Published by Marc Tudela, Laura Becerra-Fajardo, Aracelys García-Moreno, Jesus Minguillon and Antoni Ivorra, in Access, the journal of the Institute of Electrical and Electronics Engineers

The project Electronic AXONs: wireless microstimulators based on electronic rectification of epidermically applied currents (eAXON, 2017-2022), funded by a...

Im Focus: Belle II liefert erste Ergebnisse: Auf der Suche nach dem Z‘-Boson

Vor ziemlich genau einem Jahr ist das Belle II-Experiment angelaufen. Jetzt veröffentlicht das renommierte Journal Physical Review Letters die ersten Resultate des Detektors. Die Arbeit befasst sich mit einem neuen Teilchen im Zusammenhang mit der Dunklen Materie, die nach heutigem Kenntnisstand etwa 25 Prozent des Universums ausmacht.

Seit etwa einem Jahr nimmt das Belle II-Experiment Daten für physikalische Messungen. Sowohl der Elektron-Positron-Beschleuniger SuperKEKB als auch der...

Im Focus: Belle II yields the first results: In search of the Z′ boson

The Belle II experiment has been collecting data from physical measurements for about one year. After several years of rebuilding work, both the SuperKEKB electron–positron accelerator and the Belle II detector have been improved compared with their predecessors in order to achieve a 40-fold higher data rate.

Scientists at 12 institutes in Germany are involved in constructing and operating the detector, developing evaluation algorithms, and analyzing the data.

Im Focus: Wenn Ionen an ihrem Käfig rütteln

In vielen Bereichen spielen „Elektrolyte“ eine wichtige Rolle: Sie sind bei der Speicherung von Energie in unserem Körper wie auch in Batterien von großer Bedeutung. Um Energie freizusetzen, müssen sich Ionen – geladene Atome – in einer Flüssigkeit, wie bspw. Wasser, bewegen. Bisher war jedoch der präzise Mechanismus, wie genau sie sich durch die Atome und Moleküle der Elektrolyt-Flüssigkeit bewegen, weitgehend unverstanden. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung haben nun gezeigt, dass der durch die Bewegung von Ionen bestimmte elektrische Widerstand einer Elektrolyt-Flüssigkeit sich auf mikroskopische Schwingungen dieser gelösten Ionen zurückführen lässt.

Kochsalz wird in der Chemie auch als Natriumchlorid bezeichnet. Löst man Kochsalz in Wasser lösen sich Natrium und Chlorid als positiv bzw. negativ geladene...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium AWK’21 findet am 10. und 11. Juni 2021 statt

06.04.2020 | Veranstaltungen

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

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

Kleine Flugplätze durch Virtual Reality unterstützen

08.04.2020 | Verkehr Logistik

Forschung gegen das Corona-Virus – Gewebemodelle für schnelle Wirkstofftests

08.04.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kostengünstiges mobiles Beatmungsgerät entwickelt

08.04.2020 | Medizintechnik

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