Federleichte Rotoren aus textilen Hybridverstärkungen mit integrierter Riss-Sensortechnik


Materialica, Werkstoff-Messe in München (25. bis 28. September 2000)

Kohlenstofffasern in Form: High-Tech-Hochleistungsrotoren für die Gen- und Biotechnologie

Hochleistungsrotoren kommen in Schwungrädern von Fahrzeugen oder in extra schnellen Zentrifugen bei der Lebensmittel- und Arzneimittelherstellung sowie der Gen- und Biotechnologie zum Einsatz. Je weniger sie wiegen, desto schneller drehen sich die Rotoren. Einen Kohlenstofffaser verstärkten Hochgeschwindigkeitsrotor in Leichtbauweise, dreidimensional als Einheit gefertigt, haben Dresdner Wissenschaftler in einem Verbundprojekt entwickelt, den sie vom 25. bis 28. September 2000 auf der „Materialica“ präsentieren.

„Jetzt planen wir einen ganz neuen, sehr leichten Faserverbund-Rotor für die biotechnologische und chemische Industrie“, erläutert Professor Werner Hufenbach, Direktor des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) und Sprecher einer Forschergruppe, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft bis zum Jahr 2003 mit mehr als zehn Millionen Mark gefördert wird. Die Hochleistungsrotoren müssen den hohen überlagerten Beanspruchungen aus Fliehkräften, Temperaturen und chemischen Einflüssen standhalten. Hufenbach: „Die Kohlenstofffasern für den Hochleistungsrotor müssen so ausgerichtet sein, dass sie optimal die verschiedenartigen Kräfte aufnehmen.“

Diese Aufgabe haben die Wissenschaftler unter Leitung von Professor Peter Offermann und Professor Hartmut Rödel vom Institut für Textil- und Bekleidungstechnik übernommen: Sie stellen sogenannte Commingling-Hybridgarne her. Dabei werden Kohlenstoff- und andere Kunststofffasern gleichmäßig durchmischt und zu einem Garn verarbeitet. Das Garn muss nun so verwirbelt werden, dass es den Anforderungen eines Rotors standhält, sich weder zu stark verformt noch reißt. Durch eine spezielle Nähtechnik wird das Textilhalbzeug an überbeanspruchten Stellen verstärkt.

Zur Messung der Rotorverformung integrieren die Dresdner Wissenschaftler unter Leitung von Professor Günter Pfeifer vom Institut für Akustik und Sprachkommunikation dehnungs-empfindliche Messinstrumente in die textile Verstärkungsstruktur. „Wir streben an“, so Pfeifer, „dass die Kohlenstofffaser verstärkten Verbundrotoren bei Betrieb online überwacht werden können.“

Im sogenannten Autoklav, einer Art großer Kessel, verpressen die Wissenschaftler im ILK das textile Halbzeug unter Hitze und Druck zu stabilen, festen und steifen Kunststoff-Rotorkomponenten mit geringem Gewicht. Mittlerweile ist das Verfahren soweit perfektioniert, dass die Wissenschaftler dem Autoklav dreidimensional verstärkte Rotoren als Einheit entnehmen können. Im institutseigenen Hochgeschwindigkeits-Rotorprüfstand – übrigens dem bundesweit einzigen Hochleistungsprüfstand, der Kohlenstofffaser verstärkte Rotoren testen darf – wird die Belastbarkeit neuer Rotoren in Textilbauweise kontrolliert.

Die Wissenschaftler der drei Uni-Institute befinden sich bereits in der zweiten Projektphase: Jetzt sollen die Berechnungsmodelle verfeinert werden. Ziel ist es, einen Demonstrationsrotor zu bauen, der letztlich dann in einer Kleinserie gefertigt werden kann. Der Sprecher der Forschergruppe führt aus: „Wir werden nun als Basis den Mercedes unter den Medizinwerkstoffen einsetzen, das Kohlenstofffaser-Polyetheretherketon (CF-PEEK). Dieses Material ist resistent gegen Chemikalien, bioverträglich, sterilisierbar und hält extrem hohen Temperaturen stand. Die Industrie hat nicht geglaubt, das wir derartig komplexe textilverstärkte Hochleistungsrotoren aus diesem Material fertigen können.“

Informationen:
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik, Professor Werner Hufenbach, Telefon (03 51) 4 63-81 42, Fax (03 51) 4 63-81 43, E-Mail: ilk@ilk.mw.tu-dresden.de
oder vom 25. bis 28. September 2000 auf der Werkstoff-Messe "Materialica" in München, Halle B01, Stand B1. 513/722, Gemeinschaftsstand „Forschung für die Zukunft“,
Telefon (0 89) 9 49 49-7 02, Fax (0 89) 9 49 49-7 03.

Dresden, September 2000
Birte Urban, Telefon (03 51) 4 63-69 09

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Birgit Berg

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