Faserinstitut Bremen e.V.
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JAHRESBERICHT Faserinstitut Bremen e.V.
VO R WO R T
Sehr geehrte Mitglieder, Partner
und Freunde des Faserinstituts Bremen,
wir freuen uns sehr, Ihnen mit unserem Jah-
resbericht 2012/2013 wieder spannende Er-
gebnisse und Entwicklungen aus dem Institut
vorstellen zu können. Mehr als 40 qualifizierte
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter, Vereinsmit-
glieder, Unterstützer unserer Gremien und
Netzwerke sowie hervorragende Partner haben
dazu beigetragen, dass das FIBRE sich auch in
den vergangenen zwei Jahren wieder erfolgreich
im Wettbewerb behauptet hat und zuversichtlich
in die Zukunft blicken kann.
Dabei ist es dem Faserinstitut sicher gelun-
gen, die Stellung als führendes „CFK-Institut“
im Kreis der deutschen Textilforschungsins-
titute zu festigen und auszubauen. Zu diesem
Erfolg haben insbesondere die zahlreichen
Forschungsprojekte, anwendungsorientierten
Entwicklungsaufgaben und Untersuchungen zu planen. Gleichzeitig plant das Faserinstitut Christoph Hoffmeister
beigetragen, die mit großem Einsatz in hoher seine Erweiterung – mit seinem Umzug in das Prof. Dr. Axel S. Herrmann
Qualität und Kundenorientiertheit bewältigt neue Materialforschungszentrum EcoMaT in Axel Drieling (von links)
wurden und werden. 2016. Und so freuen wir uns sehr, Sie in 2014
zur 32. International Cotton Conference und zur
Als weiterer Erfolgsfaktor hat sich die in- 2. International Conference and Exhibition on
haltliche Aufstellung des Instituts mit seiner Thermoplastic Composites in Bremen begrüßen
einzigartigen Kombination von Forschungs- zu dürfen.
schwerpunkten erwiesen, die ein ausgezeich-
netes Verständnis für die Prozesskette „Von der Wir wünschen Ihnen eine spannende Lektüre
Faser zum Faserverbundbauteil“ gewährleis- und freuen uns auf eine gute Zusammenarbeit.
tet. Dass das „Faser-Institut“ dabei auch im-
mer wieder von seiner besonderen Faser- und
Baumwollkompetenz profitiert, zeigt sich bei der
Bearbeitung aktueller Fragestellung zur Faser-
ausrichtung, der Analyse der Eigenschaftsver-
teilung in Carbonfasern oder der Entwicklung
Titelfoto: Untersuchung eines MAG mit dem DRAPETEST
von biobasierten Precursoren für Carbonfasern.
Christoph Hoffmeister Axel Drieling
Die Wichtigkeit des gewählten Themenspekt-
rums spiegelt sich auch in den geplanten Ver-
änderungen des Instituts wider. Zum einen hat
die gute Auslastung des Baumwolllabors durch
die ICA Bremen die Baumwollbörse veranlasst,
eine Vergrößerung des Baumwolllabors für 2014 Prof. Dr. Axel S. Herrmann
3
I N H A LT Vorwort 3 Das Institut Der Verein 8 Die Organisation 9 Integriertes Managementsystem 10 Kooperationen und Netzwerke 11 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts 14 Lehre, Aus- und Weiterbildung 17 Haushalt 20 Kompetenzfelder und Projekte Faserentwicklung 22 Faserverbund-, Struktur- und Verfahrensentwicklung 27 Materialentwicklung und -charakterisierung 48 Prüfmethoden 51 Highlights Baumwolle 56 Messen, Events und Auszeichnungen 60 Entwicklungen 62 Ein Blick in die Zukunft, Strategie 64 Anhang Bachelor-Arbeiten, Master-Arbeiten, Diplom-Arbeiten 66 Veröffentlichungen 68 Bücher 71 Dissertationen 71
Das InstItut
DAS INS T I T U T DA S I N S T IT U T
1
Das Institut
Der Verein Mitglieder des Vereins sind heute Industrieun-
ternehmen, Verbände, sowie die Universität und FASERINSTITUT BREMEN e.V.
Das Faserinstitut Bremen ist 1969 als eingetra- das Land Bremen. Die Satzung wurde in 2006 an der UNIVERSITÄT BREMEN
gener Verein aus dem 1955 gegründeten Labor auch mit dem Ziel geändert, vermehrt Industrie- Institutsleitung
der Baumwollbörse Bremen hervorgegangen. unternehmen als Mitglieder zu gewinnen. Prüfmethoden Faserverbund Faserentwicklung Materialent- Admini-
Koordination
Seit fast 25 Jahren forscht es inzwischen auch (PM) (FVSV) (FE) wicklung (MEC) stration
an grundlagen- und anwendungsorientierten Als Aufsichtsgremium des Instituts fungiert ein Leichtbau
Fragestellungen moderner Faserverbundwerk- Kuratorium aus mindestens acht ehrenamtlich
Technische Textilien
stoffe und deren Einsatz. tätigen Kuratoriumsmitgliedern. Zu den Aufga-
ben des Kuratoriums gehören die Beratung und Naturfasern
Das Institut ist rechtlich selbstständig und über der Beschluss über Grundsatzfragen, die Ge-
einen Kooperationsvertrag mit der Universität nehmigung des Haushalts, die Bestellung der Materialcharakterisierung
Bremen und den dort ansässigen ingenieurwis- Vorstände sowie die Entscheidung über Mit-
Die Matrixorganisation des FIBRE mit Kompetenz- und Geschäftsfeldern
senschaftlichen Einrichtungen verbunden. Das gliedschaften und die Wahl der Beiratsmitglieder.
Institut übernimmt im Rahmen dieser Koopera-
tion Aufgaben aus Forschung und Lehre.
Mitglieder des Kuratoriums (Stand Ende 2013) Als weiteres Gremium berät und entscheidet der Die Organisation
Dr. Jens Walla (Vorsitzender) Airbus Operations Wissenschaftliche Beirat über die inhaltliche
Dr. Walter Dörhage Senatorin für Bildung und Wissenschaft Ausrichtung der Forschungstätigkeit. Die ehren- Die Aufbauorganisation des Instituts ist als
Karsten Fröse (zweiter Vorsitzender) Bremer Baumwollbörse
amtlich tätigen Beiratsmitglieder aus Industrie Matrixform umgesetzt. FIBRE besteht aus den
Dr. Klaus-Jürgen Kraatz Industrieverband Veredlung - Garne - Technische Textilien IVGT
und Wissenschaft leisten mit ihrer Expertise vier Kompetenzfeldern Faserverbund-, Struk-
Dr. Eberhard Karbe Mercedes
Dr. Bernd Wohlmann Toho Tenax Europe einen entscheidenden Anteil an der erfolgrei- tur- und Verfahrensentwicklung (FVSV), Prüf-
Prof. Dr. Bernd Scholz-Reiter Universität Bremen chen Entwicklung des Instituts. Gemäß der Ge- methoden (PM), Faserentwicklung (FE) sowie
Dipl.-Ing. Christian Rückert Airbus Operations schäftsordnung ist die Mitgliedschaft im Beirat Materialentwicklung und -charakterisierung
Dr. Hans Christoph Hobe Ehrenmitglied zeitlich befristet. (MEC). Das Kompetenzfeld Faserverbund-,
Mitglieder des Wissenschaftlichen Beirats (Stand Ende 2013)
Struktur- und Verfahrensentwicklung ist in drei
Prof. Dr. Hans-Peter Fink Fraunhofer Institut IAP
Dipl.-Ing. Franz-Jürgen Kümpers SGL-Kümpers
Das Institut bedankt sich bei den Beiratsmitglie- Teams gegliedert. Zum Erfolg des Instituts trägt
Dr. Guntram Kugler Textechno dern, die turnusgemäß in den vergangenen zwei bei, dass die kompetenzgetriebenen Einheiten
Prof. Dr. Bernd Mayer Universität Bremen und Fraunhofer Institut IFAM Jahren aus dem Beirat ausgeschieden sind: unmittelbar und eng zusammenarbeiten und
Dipl.-Ing. Mark Reinders Hempflax auf die in Projekten häufig zur Unterstützung
Dipl.-Ing. Peter Sander Airbus Operations » Prof. Dr. Alexander Böker erforderlichen Disziplinen wie z.B. die Material-
Dipl.-Ing. Stefan Schmidt Industrieverband Veredlung - Garne - Technische Textilien IVGT
» Dr. Klaus Jansen charakterisierung, die Prüfmethodenentwick-
Dr. Stefan Schlichter Autefa Solutions
Dipl.-Biologe Hansjörg Wieland 3N
» Dipl.-Ing. Lars Weigel lung oder die Simulation zurückgreifen können.
Prof. Dr. Hans-Werner Zoch Universität Bremen und IWT » Werner Zirnzak Nach außen tritt das Institut mit den drei Ge-
Gäste des Beirats schäftsfeldern Leichtbau, Technische Textilien
Dr. Klaus Jansen Forschungskuratorium Textil und Naturfasern auf.
Dr. Petra Kühne Senatorin für Bildung und Wissenschaft
Prof. Dr. Kurosch Rezwan Universität Bremen
8 9
DAS INS T I T U T DA S I N S T IT U T
Integriertes Kooperationen ICA Bremen
Das ICA Bremen, ein in 2011 gegründetes
Managementsystem und Netzwerke Joint-Venture der Bremer Baumwollbörse und
der International Cotton Association in Liver-
Wichtige Bestandteile der inneren Organisa- Der Erfolg des Instituts wäre ohne seine exzel- pool, bildet den internationalen Mittelpunkt für
tion sind das integrierte Managementsystem lenten Kooperationspartner, Netzwerke, Pro- Baumwollprüfung und -forschung, Qualitäts-
entsprechend DIN EN ISO 9001:2008 und das jektpartner und Unterstützer aus den Gremien schulung und Zertifizierung. Das Institut koope-
gemäß DIN EN ISO 17025:2005 akkreditierte und projektbegleitenden Ausschüssen nicht riert mit dem ICA Bremen als exklusiv tätiges
Labor. Das Qualitätsmanagement gestaltet und denkbar. Gemeinsame Projekte, Diskussionen, Labor, Durchführender von Rundtests, Zertifi-
dokumentiert alle qualitätsrelevanten Struktur- Analogien und Anregungen sind auf dem Gebiet zierungsstelle für Baumwoll-Labors und bei der
merkmale und Prozesse transparent nach innen der Faserverbundwerkstoffe besonders erfor- Festlegung von Forschungsschwerpunkten.
und außen. derlich, weil verschiedenste Fachdisziplinen in- www.ica-bremen.org
einandergreifen. Die Beiträge aus unterschied-
Es stellt entsprechend der Angebote des Ins- in Arbeitssicherheit und Gefahrstoffunterwei- lichen Branchen und Blickwinkeln sind eine ITMF International Committee
tituts die Güte und Effizienz der Kernprozes- sungen durchgeführt werden. Betriebsbegehun- wertvolle Unterstützung in anwendungsorien- on Cotton Testing Methods
se Projektarbeit, Prüfungen, Rundteste und gen sowie die Durchführung von Gefährdungs- tierten Projekten und Forschungsarbeiten. Das Faserinstitut Bremen beteiligt sich am
Service sicher und gewährleistet die kontinuier- analysen finden in enger Zusammenarbeit mit International Committee on Cotton Testing
liche Weiterentwicklung der qualitätsrelevanten der Universität Bremen, die auch den Sicher- Universität Bremen Methods der International Textile Manufacturers
Geschäftsprozesse. Die Akkreditierung ist dar- heitsingenieur und Betriebsarzt stellt. Das Faserinstitut besitzt den Status eines Federation (ITMF ICCTM). Hauptaufgabe ist die
über hinaus ein Garant dafür, dass die angebo- Aninstituts der Universität Bremen und arbeitet Überprüfung und Empfehlung von Baumwoll-
tenen Materialprüfungen kompetent durchge- Das Institut hat auch seine Umweltzerti- in vielfältiger Weise mit der Universität und an- testmethoden. Das Faserinstitut initiiert techni-
führt werden und die verwendeten Ergebnisse fizierung nach EMAS III in das IMS integriert deren Instituten zusammen. sche Lösungen für Baumwollprüfungen.
wissenschaftlich belastbar sind. und stellt damit sicher, dass seine Forschungs- www.uni-bremen.de www.itmf.org
arbeiten auch Ergebnisse unter dem Aspekt
Das IMS integriert weiterhin das Arbeits- positiver Umweltleistungen erzeugen. Beispiele Bremer Baumwollbörse ICAC Task Force on Commercial Standar-
sicherheits-Management und stellt damit sicher, hierfür sind die Nutzung biobasierter Rohstoffe, Das Faserinstitut Bremen ist über einen disation of Instrument Testing of Cotton
dass alle Anforderungen wie die Planung und die Entwicklung von energieschonenden Leicht- Kooperationsvertrag mit der Bremer Baumwoll- Das FIBRE ist seit der Gründung im Jahr 2003
Durchführung von Maßnahmen zur Gestaltung bauweisen oder Produkten aus recycelten börse verbunden. Die Bremer Baumwollbörse Mitglied der ICAC Task Force für die kommer-
sicherer und gesunder Arbeitsbedingungen Carbonfasern. ist Vereinsmitglied und im Kuratorium ver- zielle Standardisierung der instrumentellen
sowie regelmäßige Sicherheitsunterweisungen treten und nimmt damit aktiv Einfluss auf die Baumwollklassierung (ICAC CSITC Task Force).
Entwicklung des Instituts. Wichtige Elemente Das Institut kooperiert dazu mit weiteren in der
der Zusammenarbeit sind die Übernahme der Task Force aktiven Mitgliedern wie dem USDA-
Aufgaben des Prüflabors der Baumwollbörse AMS sowie dem CIRAD aus Montpellier. Die vom
durch das FIBRE sowie die Beratung der Baum- CSITC initiierten Rundtests werden seit 2012
wollbörse und ihrer Mitglieder. Weiterhin ko- ohne öffentliche Förderung angeboten und voll-
operieren die Baumwollbörse und das Institut ständig von den Teilnehmern finanziert.
durch die Ausrichtung der International Cotton www.icac.org
Conference Bremen und die Durchführung des
Bremer Baumwoll-Rundtests.
www.baumwollboerse.de
10 11
DAS INS T I T U T DA S I N S T IT U T
Designated Lab des USDA CFK-Valley Stade Northern Lightweight Design
Das Institut ist „Designated Lab des USDA“ und FIBRE ist ein Mitglied von mehr als 100 Unter- Network NorLiN
ermittelt in dieser Funktion die Kennwerte der nehmen und Forschungseinrichtungen im Netz- Das Northern Lightweight Design Network ist *EXZELLENT.
Baumwoll-Standards, die durch das US Depar- werk CFK-Valley, die als Experten die gesamte ein Netzwerk aus kleinen und mittelständigen Gewinnerin in der
tement of Agriculture erstellt werden. CFK-Wertschöpfungskette abdecken. Das CFK Unternehmen sowie Forschungseinrichtun- Exzellenzinitiative
www.usda.gov Valley fokussiert sich auf zukunftsweisende gen aus der nördlichen Region Deutschlands.
Bauweisen und auf die Entwicklung von Pro- Ziel des Netzwerks ist es, Forschungsprojekte
INTERWOOLLABS zessketten für die automatisierte Produktion im Bereich des Leichtbaus zu initiieren, For-
Das Faserinstitut Bremen verwaltet im Auf- von Faserverbundstrukturen im Flugzeug- und schungsgelder zu akquirieren und die Projekte
trag von INTERWOOLLABS die internationalen Automobilbau, die Windkraftindustrie sowie für erfolgreich durchzuführen. In diesem Rahmen
Standards zur Kalibrierung von Geräten zur den allgemeinen und den Textilmaschinenbau. unterstützt das Netzwerk die Netzwerkpart-
Feinheitsmessung von Wolle. Vom Faserinstitut Weitere Schwerpunkte sind die Initiierung ner aktiv bei der Antragstellung und der Suche
Bremen werden für INTERWOOLLABS jährlich nationaler, europäischer und internationaler nach passenden Projektpartnern. Das Faserin-
zwei Rundtests durchgeführt, welche der Über- Industrie- und Forschungsprojekte sowie die stitut Bremen ist Gründungsmitglied und stellt
prüfung von 120 Woll-Labors dienen. Realisierung von CFK-Recyclingstrategien. zusammen mit dem Laserzentrum Nord (LZN)
www.interwoollabs.org Gezielte Aus- und Weiterbildungsangebote in und dem Institut für Werkstofftechnik (IWT)
diesem Bereich ermöglicht den Mitgliedern den wissenschaftlichen Teil des Netzwerks.
Forschungskuratorium Textil darüber hinaus, ihre Mitarbeiter zu qualifizieren Dem Netzwerk ist es gelungen, im ersten Jahr
Das Forschungskuratorium vertritt 21 Wirt- und über den Stand der Technik sowie Neuent- seines Bestehens bereits drei erfolgreiche
schaftsorganisationen mit mehr als 1.500, wicklungen zu informieren.. ZIM-Projektanträge mit Beteiligung des FIBRE
überwiegend kleinen und mittelständischen www.cfk-valley.com zu stellen.
Unternehmen der deutschen Textilindustrie. www.norlin.info
Das Faserinstitut Bremen gehört dabei zu den Fiber International Bremen
17 deutschen Textilforschungsinstituten, die Der in 2007 gegründete Verein Fiber Internatio- Deutsche Forschungsvereinigung
Mitglied der Forschungsvereinigung sind. nal Bremen e.V (FIB) e.V. fördert die Wirtschaft Mess-, Regelungs- und
Innerhalb dieser Gruppe übernimmt das Institut und Forschung im Bereich der Entwicklung und Steuerungstechnik DFMRS
die Rolle, technische Textilien für den Leichtbau Anwendung innovativer Fasern durch den Auf- Das Faserinstitut hat sich in 2013 für eine Mit-
in Faserverbundwerkstoffe zu überführen. Pro bau und das Management einer internationalen gliedschaft im DFMRS entschieden. Die DFMRS
Jahr initiiert das Forschungskuratorium Textil Wissens- und Entwicklungsplattform. Das Insti- fördert Technik und Technologie der Mess-,
etwa 50 Forschungsprojekte über die Arbeitsge- tut bringt in das Netzwerk seine Expertisen auf Regelungs-, System-, Automatisierungs- und
meinschaft industrielle Forschungsvereinigun- den Gebieten der Fasern, Faserentwicklungen systembezogenen Energietechnik in den Berei-
gen (AiF) mit Förderung durch das Bundesmi- und Faserprüfverfahren ein. Der Verein unter- chen Forschung, Entwicklung und Anwendung
nisterium für Wirtschaft und Technologie. Das stützt die Zusammenführung der Akteure ent- und ist eine Mitgliedsvereinigung der AiF. Ein für
Faserinstitut realisiert im Wettbewerb mit den lang der Wertschöpfungskette mit dem Ziel der das Institut besonders wichtiges Anliegen ist es,
anderen Textilforschungsinstituten jährlich zwei Optimierung und Neuentwicklung wettbewerbs- innerhalb der DFMRS Forschungsprojekte auf
bis drei erfolgreiche Projektanträge. fähiger Produkte und fördert die Kommunikati- den Gebieten der Sensorierung von Faserver-
www.textilforschung.de on, den Wissenstransfer und die Vernetzung der bundwerkstoffen und der Strukturüberwachung
Mitglieder. von Windenergieanlagen zu gewinnen.
www.fib-bremen.de dfmrs.iat.uni-bremen.de
12 13
DAS INS T I T U T DA S I N S T IT U T
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts
Prof. Dr. Axel S. Dipl.-Ing. David Bischoff Dipl.-Ing. Dipl.-Betrw. Dipl.-Ing. Maximilian Dr. Michael Koerdt Anna Lang M. Sc. Manfred Lion
Herrmann Ralf Bäumer Tim Berend Block Andreas Bothe Florian Jansen Koerdt M. Sc.
Dipl.-Ing. Dr. Christian Dipl.-Math.-techn. Dipl.-Ing. Dr. Reinhard Dr. Britta Gabriele Meyer Dipl.-Kffr. Saskia Dr. Andrea Miene Mansour
Lars Bostan Brauner Arne Breede Mirko Christ Dickhaut-Koop Lohmeyer Meyer-Lippek Mirzaghavam
Dipl.-Ing. Dipl.-Ing. Dipl.-Ing. Dr. Holger Fischer Dipl.-Phys. Katrin Nießen Dipl.-Ing. Peter Rödig Manuela Dipl.-Ing.
Axel Drieling Marc Effenberger Jan Frederik Evers Oliver Focke Christian Peters von Salzen Patrick Schiebel
Tim Frerich M. Sc. Jasmin Gehrlein Hannelore Gerardi Eva Gleitze Corinna González Dipl.-Kffr. Dr. Konstantin Tanja Slootmaker Dipl.-Ing. Daniel Weigel
Annerike Schröder Schubert Andre Stieglitz
Kristin Henke Johanne Dipl.-Ing. Christoph Dipl.-Ing. Heiko Ilchmann Dr. Falko Wesarg
Hesselbach M. Sc. Hoffmeister Franziska Huke
14 15
DAS INS T I T U T DA S I N S T IT U T
Personalien In den Ruhestand wurde Ende 2013 Frau Eva Lehre, Aus- und
Gleitze verabschiedet. Frau Gleitze war zwölf
Auch in den vergangenen zwei Jahren haben Jahre als Assistentin des Institutsleiters tätig.
Weiterbildung
Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter das Faserin- Frau Corinna Gonzalez hat diese Stelle zum
stitut nach einer Zeit ihrer wissenschaftlichen 1. Januar 2014 übernommen. Ebenfalls in den Als Forschungseinrichtung ist sich das Faser-
Qualifikation verlassen, um einen nächsten Ruhestand wurde Herr Manfred Lion im April institut der besonderen Bedeutung der Qualifi-
Karriereschritt zu tun. Die gute Auftragslage 2013 verabschiedet. Herr Lion hat als Betriebs- zierung von Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern
gibt dem Institut die Chance, auch weiterhin leiter und erfahrener Meister über sieben Jahre sowie der Ausbildung des wissenschaftlichen
mit und an neuen Wissenschaftlerinnen und die technischen Mitarbeiter und das Technikum Nachwuchses bewusst. Das Institut übernimmt
Wissenschaftlern zu wachsen. geführt. Das Institut freut sich, diese verantwor- hierzu in mehrfacher Hinsicht Verantwortung.
tungsvolle Stelle intern mit Peter Rödig beset-
Berufliche Veränderungen führten im Berichts- zen zu können.
zeitraum zur Neubesetzung von drei Leitungs-
funktionen von Kompetenzfeldern.
Grundlagenwissen für eine konkrete Klasse zu-
kunftsträchtiger Werkstoffe als auch fertigungs-
Dr. Reinhard Dickhaut- und auslegungstechnische Methoden sowie
Koop: Kompetenzfeldleiter Prinzipien des Leichtbaus.
FVSV (oben li.),
Johanne Hesselbach M.Sc.: Prof. Herrmann leitet als ordentlicher Profes-
Kompetenzfeldleiterin MEC sor im Fachbereich Produktionstechnik der
(oben 2.v.li.), Universität Bremen das Fachgebiet „Spezialfa-
Dr. Falko Wesarg: sern und Faserverbundwerkstoffe“. Weiterhin
Kompetenzfeldleiter FE (re.) gestaltet und betreut er die Vertiefungsrichtung
„Produktionstechnik in der Luft- und Raum-
fahrt“. Prof. Herrmann und Institutsmitarbeiter
Eva Gleitze, Corinna González, Manfred Lion, Peter Rödig bieten an der Universität Bremen dazu sechs
Vorlesungen zum Thema Fasern und den ver-
schiedenen Aspekten der Faserverbundwerk-
stoffe an. Vermittelt werden sowohl wertvolles
16 17
DAS INS T I T U T DA S I N S T IT U T
Zwei Mitarbeiter des haben im Berichtszeitraum
ihre wissenschaftliche Qualifikation mit ihrer
Promotion vertieft. Dr. Konstantin Schubert
(Foto unten rechts) analysierte in seiner wissen-
schaftlichen Arbeit den Einfluss von Umweltein-
wirkungen auf die Ausbreitung von Lambwellen
in CFK und untersuchte Strategien zu deren
Kompensation. Ergebnisse seiner Arbeiten
werden in die Entwicklung und Auslegung von
zukünftigen CFK-Strukturen einfließen, deren
Zustand im Betrieb überwacht werden sollen.
Dr. Christian Brauner (Foto unten links) hat sich Zahlreiche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter
in seiner Dissertationsschrift mit der Simula- haben sich auch in den vergangenen zwei Jah-
tion von prozessinduzierten Eigenspannungen ren beruflich weitergebildet, unter anderem im
und resultierenden Verformungen von CFK- Projektmanagement, im Qualitätswesen oder
Bauteilen auseinander gesetzt. Die entwickel- zu Präsentationstechniken. Sieben junge Nach-
Das Formula Student ten Berechnungsmodelle konnten bereits zum wuchsführungskräfte des Instituts besuchten in
Team BREMERGY (oben), Verständnis des Bauteilverzugs in realen CFK- 2013 ein eigenes, zweitägiges Seminar, um ihr
Cockpit-„Rohbau“ Landeklappen beitragen und Kompensations- Rollenverständnis zu schärfen und Grundlagen
einer Zodiac (rechts) möglichkeiten aufzeigen. von Methoden der Mitarbeiterführung, der Ge-
sprächsführung, und des Konfliktmanagements Nachwuchs-Führungs-
kennenzulernen. kräfte beim Workshop
Gleichzeitig ist auch das Institut als Anbieter
von Weiterbildungsmaßnahmen aufgetreten. In
zweitägigen TCT-Seminaren der Structure Aca-
demy für Airbus- und Premium-Aerotec-Mitar-
Zahlreichende Studierende nutzen darüber beiter hat das Institut Grundlagen der Faser-
hinaus die vielfältigen Möglichkeiten, sich am verbundtechnologie vermittelt. Darüber hinaus
Faserinstitut werkstoffwissenschaftlichen Fra- führten Mitarbeiter als Referenten im Cotton
gestellungen im Rahmen von studentischen Seminar Schulungen über die Klassierung von
Projekten oder Abschlussarbeiten zu widmen. Baumwolle, HVI-Messungen und Regeln des
Außerdem bietet das Institut studentischen Baumwollhandels durch.
Hilfskräften in vielen aktuellen Förderprojek-
ten die Gelegenheit, ihr im Studium erworbe-
nes Wissen zu vertiefen und Projekterfahrung
zu gewinnen. Weiterhin unterstützt das Institut Axel Drieling während
studentische Initiativen wie Formula Student eines Cotton-Seminars
Team BREMERGY und die Flugtechnische Ver-
einigung Henrich Focke.
18 19DAS INS T I T U T
Haushalt
Die Entwicklung der Einnahmen spiegelt eine
Einnahmen
erfreuliche Steigerung bei der Auftragslage an
Forschungs-, Industrieprojekten und Dienst- 4,0
Forschung
leistungen wider. Auslaufende Förderungen Industrieprojekte
3,5
einzelner Mittelgeber konnten mehr als kom- Grundfinanzierung
durch Land Bremen
pensiert werden. 3,0
4000
2,5
Millionen EUR
Der Mix der Mittelherkunft blieb stabil. Das 2,0 3500
Institut ist in der grundlagenorientierten For-
1,5 3000
schung breit aufgestellt und hierdurch in allen
Bereichen wirtschaftlich stärker geworden. Die 1,0
2500
Grundfinanzierung des FIBRE durch die Sena- 0,5
torin für Bildung und Wissenschaft der Freien 2000
0
2011 2013
Hansestadt Bremen liegt heute bei ca. 10 % Einnahmen 1500
des Institutshaushalts und gewährleistet die
Infrastruktur mit einer modernen Administ- 1000
ration einschließlich PR- und Gremienarbeit.
500
Auf dieser Basis hat sich die Zahl der Beschäf-
tigten im Faserinstitut moderat entwickelt. 0
In den kommenden Jahren soll die Zahl der
Beschäftigten weiter steigen.
Drittmittelquellen 2011/ 2013
EU 2% EU 6%
DFG 4%
BMWi 15% BMWi 22%
DFG 8%
AiF 14%
BMBF 8%
FNR 2%
BMBF 3% AiF 13%
Prüfzentrum 5%
CFC/EC 6%
Prüfzentrum 5%
WFB 2 %
WFB 2%
Industrieprojekte 42% Industrieprojekte 41%
2011 2013
KOMPETENZFELDER
20KOM P E T E NZ FE L DE R U ND P R OJE K T E KO MP E T E N Z F E L D E R U N D PR OJ E K T E
2
Kompetenzfelder und Projekte Funktionalisierte Fasern zur Thermofixierung von PEEK/CF-Preforms
für Hochleistungsfaserverbundbauteile (BiKo-PEEK Tow Placement)
Gefördert durch: AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschafts-
forschung und –entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie,
IGF-Vorhaben-Nr. 16827 N
Laufzeit: 01.12.2010 – 30.11.2012
Projektpartner: Becker Carbon GmbH, Bond Laminates GmbH, Bremer Werk für Montage-
systeme GmbH, Dietze & Schell Maschinenfabrik GmbH & Co. KG, RPE Technologies GmbH,
EAST-4D Carbon Technology GmbH, Evonik Degussa GmbH, FOURNÉ Polymertechnik GmbH,
Faserentwicklung Zu den aktuellen Forschungsschwerpunkten Toho Tenax Europe GmbH
zählen insbesondere die Steuerbarkeit der Po- Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Lars Bostan · +49 (0)421 218-58669 · bostan@faserinstitut.de
Dr. Falko Wesarg · wesarg@faserinstitut.de rosität von Filterfasern, die graduelle Schmelz-
barkeit, die Selbstverstärkung und die Lichtleit- Motivation und Ziel
Fasern sind elementare lineare Gebilde, welche fähigkeit von Polymerfasern. Durch die gezielte Um das ganze Leichtbaupotential von endlosfaserverstärken Kunststoffen auszunutzen, ist eine kraft-
die Grundlage von textilen Strukturen und Optimierung sollen funktionelle Chemiefasern flussgerechte Faserablage notwendig. Die Verfahren Tailored Fibre Placement (TFP) und Tow Place-
Faserverbundwerkstoffen darstellen. Dement- für technische Anwendungen in Filtern, Schall- ment (TP) berücksichtigen dies aufgrund ihrer jeweiligen prozessbedingten Nachteile nur teilweise.
sprechend stellt die Entwicklung und Unter- schutzvliesen, Hybridrovings und Faserverbund- Das Ziel des Vorhabens liegt daher in der Entwicklung eines flexibleren Roving-Ablegeverfahrens
suchung neuer Fasermaterialien und Herstel- werkstoffen sowie für Precursoren zur Kohlen- unter Verwendung einer Induktionstechnologie und neuartiger Hybridrovings, sodass die Vorteile der
lungstechnologien den Ausgangspunkt der stofffaser-Herstellung zur Verfügung gestellt beiden Verfahren TFP und TP kombiniert werden.
textilen Prozesskette dar. Im Kompetenzfeld werden. Mehr und mehr tritt das Erspinnen
Faserentwicklung werden diese Forschungs- biobasierter, nachwachsender Rohstoffe neben Die Grundlage bilden nanoskalig modifizierte Hybridrovings, die aus MagSilica®-modifiziertem
tätigkeiten gebündelt. Das Institut stützt sich den klassischen Ausgangspolymeren in den Polyetheretherketon (PEEK) und Carbonfasern aufgebaut sind. Während der Preformherstellung
dabei auf profunde Erfahrung im Bereich der Mittelpunkt. Für deren Untersuchung kann auf erhitzt ein Induktions- bzw. Legekopf die PEEK-Fasern indirekt über die ferromagnetischen Partikel,
Fasercharakterisierung, eine moderne Ausstat- eine moderne Bikomponenten-Schmelzspinn- sodass der Roving kraftflussgerecht auf einer 2D Abwicklung der Bauteilendkontur oder direkt 3 di-
tung zur Herstellung von Chemiefasern sowie anlage im Technikummaßstab mit Doppel- mensional abgelegt und fixiert werden kann.
zahlreiche Partnerschaften mit Material- und schneckenextruder, Absaugung, Galetten und
Faserherstellern. einem Einsatzbereich bis 400°C zugegriffen Ergebnisse
werden. Zur Infrastruktur gehören weiterhin Mit den schmelzgesponnenen MagSilica®-PEEK-Fasern konnten Aufheizgeschwindigkeiten von
ein Spinntester sowie der unmittelbare Zu- bis zu 680 K/s erzielt werden. Mit einer konventionellen hochfrequenten Induktionsspule wurde im
griff auf das moderne Kunststoff- und Faser- Labormaßstab eine Legegeschwindigkeit von 2,7 m/min erreicht. Des Weiteren konnte der Anteil
labor. Die Untersuchung und Verwendung von der ferromagnetischen Eisenoxidpartikel im Thermoplast durch die Verwendung von Mantel-Kern-
Naturfasern in technischen Produkten sind Fasern reduziert werden. Im Vergleich zu alternativen Erwärmungsverfahren sind die Energiekosten,
im Institut schon seit den 1990er Jahren Ge- der Wirkungsgrad und die Änderungsflexibilität der untersuchten Technologie besonders vorteilhaft.
genstand der Forschungsaktivitäten. Heute Ondulationen der Verstärkungsfasern und Einschränkungen in der Lagenanzahl können im Vergleich
fokussieren sich die Fragenstellungen auf die zur bisherigen TFP-Technologie umgangen werden. Zudem ermöglicht die Einsetzbarkeit des Verfah-
Verbesserung bestehender Naturfaserver- rens in der Großserienfertigung, dass typische Metallbauteile durch textile Produkte ersetzt und das
stärkter Kunststoff-Systeme, um hochwertige Leichtbaupotential von CFK im Maschinen-, Fahrzeug- und Luftfahrzeugbau genutzt werden kann.
Anwendungen im Automobil- und Flugzeug-
bau sowie im Schienenverkehr zu erschließen.
Dabei steht die Nachhaltigkeit der Leichtbau-
konstruktion im Vordergrund. Die Forschungen
zielen auf die Entwicklung biobasierter Poly-
urethan-Systeme, die Verwendung umwelt-
freundlicher Brandschutzausrüstungen, die Ver-
besserung der Rezyklierbarkeit und die Opti-
mierung der Faser-Matrix-Haftung hinaus. Neu Computertomographische
hinzu gekommen sind Aspekte zum künstlichen Aufnahme der MagSilica®-
Altern von Bastfasern. Durch eine enzymati- PEEK-BiKo-Fasern (links),
sche oder chemische Behandlung können diese Rasterelektronenmikroskopische
für die Restaurierung und Konservierung von Aufnahme der MagSilica®-
antiken Kunstwerken oder musealen Objekten PEEK-Fasern (rechts)
nutzbar gemacht werden.
22 23KOM P E T E NZ FE L DE R U ND P R OJE K T E KO MP E T E N Z F E L D E R U N D PR OJ E K T E
Entwicklung von Verwertungstechnologien für rezyklierte Kohlenstofffasern aus gebrauchten MYTHOS - Entwicklung von Fasern und Textilien zur Restaurierung
CFK-Bauteilen in funktionalen Anwendungen mit hohem Gebrauchswertpotential textiler Objekte des Europäischen Kulturerbes
Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Gefördert durch: Romanian Ministry of Education, Executive Unit for Financing Higher Education
Wirtschaft und Technologie (BMWi) - Fördermodul Kooperationsprojekte, FKZ VP2444804VT0 Research Development and Innovation, Project PN-II-PT-PCCA-2011-3.1-0408
Laufzeit: 01.09.2010 – 30.11.2012 Laufzeit: 01.11.2012 – 31.12.2014
Projektpartner: Technische Universität Chemnitz, Sächsisches Textilforschungsinstitut e.V., Projektpartner: National Research and Development Institute for Textile and Leather INCDTP,
AKE Systemtechnik GmbH, HUSTER Sondermaschinenbau und Metallbau GmbH & Co. KG, Institut für Pflanzenkultur e.K.
SMK V-Fabrik GmbH & Co. KG, ASGLAWO technofbibre GmbH, ERMAFA Sondermaschinen- und Ansprechpartner: Dr. Holger Fischer. · +49 (0)421 218-58665 · fischer@faserinstiut.de
Anlagenbau GmbH
Ansprechpartner: Dr. Holger Fischer · +49 (0)421 218-58661 · fischer@faserinstiut.de Motivation und Ziel
Eine Voraussetzung für die Restaurierung und die Erhaltung textiler Objekte des Kulturerbes ist, dass
Motivation und Ziel ähnliche oder gleiche Materialien zur Verfügung stehen, um an diesen bespielsweise Reinigungs-
Das Recycling von gebrauchten Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) und Produktions- oder Restaurierungsverfahren zu testen, bevor die einzigartigen Originale behandelt werden. Das Ziel
abfällen ist bislang nur unzureichend umgesetzt. Grundlage für ein erfolgreiches Recycling ist die des Projektes ist die Entwicklung derartiger Referenzmaterialien, die für die verbesserte Restaurie-
Erschließung neuer Verwertungskonzepte, Einsatzgebiete und Produkte. Die dafür erforderlichen rung und Konservierung Hanf- und Leinenbasierter antiker Kunstwerke und musealer Objekte ein-
Materialeigenschaften der rezyklierten Fasern werden im Projekt charakterisiert. Zudem wird das gesetzt werden können.
Verwertungskonzept von Langfaserrezyklaten zu Folien (Organofolienverfahren) weiterentwickelt.
Die rezyklierten Kohlenstofffasern werden über eine neue Methode der Bildverarbeitung charak-
terisiert. Aufgrund der extrem unterschiedlichen Längen der Rovings ( › 100 mm) und Kurzfasern
( ‹ 0,1 mm) kommen unterschiedliche Auflösungen und Messparameter zum Einsatz. Durch die
Einbeziehung der Einzelfaserfestigkeit und der Oberflächencharakterisierung ist eine umfassende
Beschreibung der Materialien möglich.
Ergebnisse
Eine Charakterisierung der Rezyklate ist erforderlich, weil die gemessenen Längen der Kurzfasern
bis zum Faktor 3 von den Nennwerten abweichen. Ferner konnten bei einigen Materialien Matrixreste
Untersuchtes antikes
(unvollständige Pyrolyse) oder Oberflächenerosion (Schädigung durch Pyrolyse) nachgewiesen wer-
Textil (li., mi.),
den. Durch die Verarbeitung der Langfasern zu Organofolien kann ein Qualitätsprofil für die einzu-
Rasterelektronenmikros-
setzenden Rovings erstellt werden. Die untersuchten Fasertypen zeigen signifikante Unterschiede in
kopische Aufnahme von
der Prozessfähigkeit. Insgesamt ermöglichen die erzielten Resultate eine eindeutige Klassierung der
Hanf-Fasern eines musealen
Rezyklate hinsichtlich Qualität und Einsetzbarkeit. Sie zeigen das Potential für die Anwendung von re-
Objektes (rechts)
zyklierten Kohlenstofffasern im Strukturleichtbau. Deren Preisvorteil kann somit neue Anwendungen
erschließen, die aus wirtschaftlichen Gründen bisher nicht relevant waren. Dies stellt einen Beitrag
zur Ressourcenschonung und Gestaltung effizienter geschlossener Wirtschaftskreisläufe dar. Zunächst werden die Originalproben genetisch analysiert, um aktuell genutzte Spezies identifizie-
Mittels Bildverarbeitung ren zu können, die möglichst eng mit den Originalspezies verwandt sind. Parallel dazu werden diese
untersuchte Rezyklat-Rovings Proben detailliert auf Schäden sowie ihre mechanischen und morphologischen Eigenschaften un-
(oben), Rasterelektronen- tersucht. Diese Informationen werden im weiteren Projektverlauf als Basis herangezogen, um durch
mikroskopische Aufnahme der eine künstliche Alterung aktueller Fasern die gewünschten Referenzmaterialien für Restaurations-
Rezyklat-Rovings (unten) zwecke herstellen zu können.
Ergebnisse
Entsprechend der Natur der Proben kommen nur analytische Methoden zum Einsatz, die entweder
zerstörungsfrei sind oder nur minimale Probenmengen erfordern. Daher werden die Faserfestigkeit
und -dehnung im Rahmen einer Einzelelementprüfung analysiert. Die Faserbreitenverteilung wird
bildanalytisch erfasst. Außerdem wird ein Teil dieser Einzelelemente rasterelektronenmikroskopisch
Bildanalysesystem Fibreshape Automatic untersucht, um altersbedingte Degradationseffekte (z.B. Pilzbefall) sowie Schäden aus dem Spinn-
und Webprozess identifizieren zu können.
24 25KOM P E T E NZ FE L DE R U ND P R OJE K T E KO MP E T E N Z F E L D E R U N D PR OJ E K T E
Screening Naturfaserverbunde für Aircraft-Interior (PROTEG A1) Faserverbund-, Struktur-
Gefördert durch: Airbus Operations GmbH, Research & Technologieauftrag WPDO N00WD0903053
vom 09.07.2009 im Rahmen des LUFO IV-Projektes PROTEG A1 und Verfahrensentwicklung
Laufzeit: 01.01.2010 – 31.12.2012
Projektpartner: DLR Braunschweig, Fraunhofer IWM, Fraunhofer PYCO Dr. Reinhard Dickhaut-Koop
Ansprechpartner: Dr. Holger Fischer · +49 (0)421 218-58661 · fischer@faserinstiut.de dickhaut-koop@faserinstitut.de
Motivation und Ziel In der Organisation des Faserinstituts zentral
Werkstoffe aus Naturfaserverstärkten Kunststoffen sind von ihren mechanischen Eigenschaften zum angeordnet und in die drei Teams ‚Struktur-
Einsatz in Bereichen des Flugzeuginterieurs, in denen zur Zeit z.B. Glasfaserverstärkte Kunststoffe mechanik und Simulation‘, ‚Textile Strukturen‘
zum Einsatz kommen, geeignet. Problematisch ist bislang der Brandschutz, insbesondere die hohe und ‚Faserverbund-Technologien‘ gegliedert,
Wärmefreisetzung im Brandfall (heat release). Im Projekt PROTEG werden Ansätze für die Verwen- umfasst dieses umsatzstärkste Kompetenzfeld
dung nachhaltigerer Werkstoffe verfolgt, um durch einen geeigneten Flammschutz den Einsatz von 16 hoch qualifizierte Wissenschaftliche Mitar-
Naturfasern im Aircraft-Interieur zu ermöglichen. beiterinnen und Mitarbeiter der Disziplinen
Maschinenbau, Produktionstechnik, Luft- und
Als umweltfreundlicher Flammschutz werden Materialien verwendet, die aus phosphor- und stick- Raumfahrttechnik, Materialwissenschaft und
stoffhaltigen Verbindungen bestehen. Bei dessen Aufbringen sind je nach Art des Naturfaser-Halb- Leichtbau.
zeuges unterschiedliche Parameter anzuwenden, um Diffusionshemmnisse zu überwinden und
vergleichbare Imprägnierungen zu erzielen. Zu den übrigen Kompetenzfeldern des Instituts, » Faserverbundbauteile sind mittelfristig in
den umfassend ausgestatteten Laboren und hohen Stückzahlen (Automotive: Großserie)
Ergebnisse dem Technikum besteht eine enge Vernetzung, zu im Vergleich zu Heute erheblich niedri-
Die besten Resultate bei der Wärmefreisetzung konnten mit Halbzeugen aus Geweben und Wasser- ebenso zu den anderen Aninstituten Fraunhofer geren Kosten zu produzieren; Vorausset-
strahlvliesen auf Flachs- bzw. Hanfbasis erzielt werden. Im vertikalen Brandtest nach AITM 2.0002A IFAM, IWT und BIAS auf dem Bremer Universi- zung ist eine weitestgehend automatisierte
wurde für den Hanffilz ohne Flammschutz eine komplette Veraschung beobachtet. Die Brandlänge tätscampus, zu externen Forschungseinrich- Fertigung
Mit Flammschutz war größer als 152 mm, wodurch der Test nicht bestanden wurde. Hingegen wurde bei mit Flamm- tungen und F+E-Bereichen der Industrie - eine
imprägnierter Hanffilz nach schutz imprägnierten Hanffilzen ein schnelles Verlöschen der Flamme beobachtet. Mit einer Brand- wesentliche Voraussetzung für die Brücke von Zukünftig ist eine noch stärkere wissenschaft-
vertikalem Brandtest. länge von unter 50 mm konnte der Test bestanden werden der Grundlagenforschung bis zur Bearbeitung liche Durchdringung der Fertigungsprozesse
anwendungsorientierter Aufgaben. bei der Konzepterarbeitung und Realisation
gefordert. Hier übernimmt das Team ‚Struktur-
Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten mechanik und Simulation‘ eine Querschnitts-
des Kompetenzfelds konzentrieren sich auf in- funktion und betreibt – für eine möglichst
novative Bauweisen werkstoff- und beanspru- umfassende Beschreibung der für den Prozess(-
chungsgerecht ausgelegter Bauteile aus Faser- ablauf) maßgebenden Parameter – in enger Ab-
verbundwerkstoff sowie gleichermaßen auf stimmung mit den Teams der Verfahrensent-
deren Herstellungsverfahren. Es wird sowohl wicklung die Weiterentwicklung und Verfeine-
auf die Weiterentwicklung und Optimierung rung vorhandener Simulationstechniken, eine
bekannter als auch auf die Entwicklung neuer der Voraussetzungen für eine auch zukünftig
Fertigungsprozesse gesetzt. erfolgreiche Tätigkeit dieses Kompetenzfelds.
Aktuell zeichnen sich für das Kompetenzfeld
wesentliche Trends ab:
» gemeinsame Forschungsprojekte beschrän-
ken sich bislang vorwiegend auf Partner aus
der Luftfahrtindustrie; die Bereiche Windkraft
und Automotive nehmen an Bedeutung zu
» die Verringerung von Montageaufwänden
und der Übergang zur Integralbauweise
erhöhen den Komplexitätsgrad der Faser-
verbundbauteile; der einhergehende höhere
Entwicklungsaufwand betrifft deren Ausle-
gung und den spezifischen Herstellungspro- Mitarbeiterinnen und
zess i.d.R. gleichermaßen Mitarbeiter im Technikum
26 27KOM P E T E NZ FE L DE R U ND P R OJE K T E KO MP E T E N Z F E L D E R U N D PR OJ E K T E
BladeMaker: Industrieproduktion statt Rotorblatt-Manufaktur ECOMISE: Enabling Next Generation COmposite Manufacturing
Gefördert von: Bundesumweltministerium (BMU) by In-Situ Structural Evaluation and Process Adjustment
Laufzeit: 01.10.2012 – 30.09.2017 Gefördert von: EU FP7 (FP7-2013-NMP-ICT-FoF)
Projektpartner: 2 Komponenten Maschinenbau GmbH , BASF Polyurethanes GmbH, Laufzeit: 01.10.2013 – 30.09.2016
EEW Protec GmbH, EMG Automation GmbH, fibretech Composites GmbH, Fraunhofer IFAM, Projektpartner: Airborne, Bombardier, Dassault Systemes, Hutchinson, Loop Technology,
Fraunhofer IWES, Henkel AG & Co. KGaA, J. Schmalz GmbH, Momentive Specialty Chemicals GmbH, Polyworx, LMS Samtech, Synthesites Innovative Technologies, National Aerospace Laboratory,
P-D Glasseiden GmbH Oschatz, Siemens AG, Siemens Industry Software GmbH & Co. KG, Deutsches Zentrums für Luft- und Raumfahrt, Faserinstitut Bremen e.V.
SINOI GmbH, Universität Bremen Ansprechpartner: Dr. Christian Brauner · +49 (0)421 218-58703 · brauner@faserinstitut.de
Ansprechpartner: Dipl.-Math.-techn. Arne Breede · +49 (0)421 218-58695
arne.breede@uni-bremen.de Motivation und Ziel
In der derzeitigen Entwicklung von Faserverbundbauteilen und ihren Herstellungsprozessen ist ein
Motivation und Ziel unverhältnismäßig großer Aufwand zur Bestimmung geeigneter Prozessparameter notwendig, um
Bei der Rotorblattproduktion für Windkraftanlagen wird heute noch vorwiegend auf Handarbeit ge- den Anforderungen von Hochleistungsstrukturen hinsichtlich Qualität und Maßhaltigkeit gerecht zu
setzt. Die Personal- und Materialkosten sind mit einem Anteil von ca. 80% sehr hoch. Ziel des Projek- werden. Das Projekt ECOMISE beabsichtigt hierzu, bedeutende Neuerungen im Fertigungssystem von
tes BladeMaker ist eine weitgehende Automatisierung der Fertigung. Damit soll zum einen eine gene- duroplastischen Faserverbundwerkstoffen einzuführen, welche eine neue Generation von Fertigungs-
relle Reduktion der Produktionskosten von mehr als 10% realisiert werden. Zum anderen kann durch verfahren und Bauteil-Nachbearbeitung ermöglichen. Im Rahmen dieser neuen Herangehensweise
eine höhere Fertigungsqualität, die beispielsweise durch geringere Streuung und Ablagetoleranzen werden hochgenaue Prozesstechniken für die auf Trockenfasern basierenden Verfahren Advanced
erzeugt wird, eine Reduktion der Anlagenkosten erreicht werden. Dafür wird unter Federführung des dry Fibre Placement (AFP), Harzinfusion und -injektion (RTI/RTM) sowie den eigentlichen Aushärte-
Fraunhofer IWES ein umfassender Gesamtansatz verfolgt. Die gesamte Blattfertigung von der Form- vorgang entwickelt, welche vornehmlich der Effizienzsteigerung in der Fertigung dienen. Ziele sind
belegung über die Infusion bis hin zur Endbearbeitung wird betrachtet. Die Projektergebnisse für die reduzierte Kosten und Fertigungszeiten bei entsprechend geringerem Material- und Energiever-
einzelnen Produktionsschritte sollen zum Ende der Laufzeit in einem Demozentrum dargestellt wer- brauch, eine bessere Reproduzierbarkeit, weniger Ausschuss und weniger Nachbearbeitung.
den. Ziel ist hier die Fertigung eines 22 Meter langen Teilstücks eines Rotorblattes.
Im Einzelnen werden innovative Online-Systeme zur Prozessüberwachung, probabilistische Metho-
Die Universität Bremen ist mit zwei Instituten im Projekt vertreten. Das Institut für integrierte Pro- den der Prozesssimulation sowie eine neue Methode zur in-situ Bewertung der entstehenden Ma-
duktentwicklung (BIK) entwickelt einen Legekopf zur kontinuierlichen Gelegeablage. Dieser soll an ei- terialkennwerte des Verbundwerkstoffs entwickelt, welche in eine neue, hierauf aufbauende wis-
nen Portalroboter gekoppelt die direkte Ablage von textilen Bahnen in die Rotorblattform ermöglichen. sensbasierte in-situ Methode zur Anpassung des laufenden Fertigungsprozesses an die geforderten
Da insbesondere die Formbelegung einer der personalintensivsten Produktionsschritte darstellt, wird Werkstoffkennwerte mündet. Dieser neuartige Ansatz ermöglicht es, die Materialkennwerte der
hier großes Einsparpotential erwartet. Das Fachgebiet für Spezialfasern und Faserverbundwerkstoffe Struktur während des gesamten Fertigungsprozesses zu bestimmen, und frühestmöglich auf Zieler-
untersucht im Rahmen des Projektes BladeMaker die Infusion und den Aushärteprozess des Harzes. reichung im Sinne der Bauteilqualifikation hin zu überprüfen. Unter der Maßgabe maximaler Pro-
zesseffizienz und dem Ziel der Erreichung der geforderten Produktqualität werden fortschrittliche
Um den Infusionsprozess simulieren zu können, werden drei wesentliche Schritte unternommen. Die Analyse- und Testverfahren mit Fokus auf Prozesssicherheit und Durchsatzrate auf die genannten
Schematische Darstellung zentralen Material- und Prozessparameter Permeabilität, Viskosität und Porosität werden in Versu- Fertigungsprozesse angewandt und zugeschnitten. Abschließend wird die Verbesserung der CO2-
des Demozentrums chen bestimmt. Dafür wird unter anderem ein Permeabilitätsmessstand entwickelt und betrieben. Bilanz von Faserverbundprodukten während Fertigung (reduzierter Material- und Energieverbrauch)
(Quelle: Fraunhofer IWES) Basierend auf diesen Daten wird ein Fließmodell entwickelt und in einer geeigneten Software integ- und Benutzung (z.B. durch leichtere Transportfahrzeuge) bestimmt.
riert. Um das Modell zu validieren und die Simulation zu testen werden abschließend sensorgestützte
Infusionsversuche durchgeführt. Mithilfe der Fließsimulation ist es möglich die wesentlichen Kenn- Mögliche Anwendungen
zahlen zur Porenbildung zu bestimmen. Hierzu soll ein Modell aufgestellt werden um die Poren- Die sich hieraus ergebenden wirtschaftlichen Vorteile werden am Beispiel von drei ausgewählten in-
bildung zu minimieren. Zusätzlich liefert eine engere Betrachtung des Harzsystems die Möglichkeit dustriellen Anwendungsfällen gezeigt. Dies sind im Einzelnen ein Großserienbauteil (PKW Radauf-
Porenbildung durch Entgasung näher zu beleuchten. hängung), ein in den geometrischen Abmessungen großes Bauteil (Flügelschale) und ein komplexes
Bauteil mit großen Materialstärken (Schiffsschraube). Bei Endanwendern von Faserverbundbauteilen
Ergebnis aus KMU und Großindustrie werden folgende Projektwirkungen erwartet: Reduktion von Prozesszei-
Um den Aushärteprozess beschreiben zu können, wird das verwendete Epoxidharz mittels dynami- ten, Abfall, Material- und Energieverbrauch sowie erhöhte Fertigungsraten und schnellere An- und
scher und isothermischer DSC-Messungen charakterisiert. Zusätzlich werden in Fertigungsversu- Hochfahrzeiten bei Produktweiter- und -neuentwicklungen. Eine weitere Projektwirkung wird bei den
chen wiederverwendbare dielektrische IDEX-Sensoren in die Form integriert um den Aushärteverlauf Zulieferern von Faserverbundsystemen aus KMU und Großindustrie erwartet. Aus den entwickelten
im Bauteil aufzeichnen. Ziel ist es hier, Online im Prozess eine Vorhersage über den Aushärtezustand technischen Erkenntnissen entstehen neue und überarbeitete Produkte zur Erfüllung zukünftiger in-
im gesamten Bauteil zu treffen. Damit wird der Grundstein zu einer Qualitätssicherung des Aushär- dustrieller Anforderungen wie z.B. verbesserte Sensorsysteme, zuverlässigere Datenerfassungs- und
teprozesses im Rotorblattbau gelegt. -analysewerkzeuge sowie effiziente Simulationssoftware zur Vorhersage, Evaluierung, Optimierung
und in-situ Anpassung des Prozesses. Auf diese Weise ermöglichen neu entwickelte Methoden, Werk-
zeuge und Systeme eine konsequente und nachhaltige Nutzung von verbesserten Fertigungsprozes-
sen für Faserverbundwerkstoffe.
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Structural Health Monitoring (SHM): Auswirkungen von Umwelteinflüssen und Schädigungen Entwicklung, Fertigung und Test eines Marslandekonzeptes in Sandwichbauweise
auf das Ausbreitungs- und Dämpfungsverhalten von Lamb-Wellen in Faserverbundwerkstoffen Gefördert durch: Wirtschaftsförderung Bremen (WFB)
Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Laufzeit: 01.07.2013 – 30.09.2014
Laufzeit: 01.01.2012 – 31.12.2013 Projektpartner: Fibretech Composites GmbH, Astrium GmbH, Deutsches Zentrum für Luft- und
Ansprechpartner: Dr. Michael Koerdt · +49 (0)421 218-58659 · mkoerdt@faserinstitut.de Raumfahrt (DLR), Institut für Raumfahrtsysteme
Ansprechpartner: Dr. Christian Brauner · +49 (0)421 218-58703 · brauner@faserinstitut.de
Motivation und Ziel
Die Bedeutung von Faserverstärkten Kunststoffen (FVK) für verschiedenste industrielle Anwendun- Motivation und Ziel
gen, von der Luft- und Raumfahrt über den Maschinen- und Anlagenbau bis zur Automobilindustrie, Die Exploration unseres Sonnensystem wird maßgeblich durch unbemannte Satelliten und roboti-
hat in den vergangenen Jahren stark zugenommen. Um die volle Ausnutzung des Leichtbaupotentials sche Landesysteme durchgeführt. Hierbei wird einerseits die Zusammensetzung und Struktur un-
entsprechender Materialien zu ermöglichen, sind Verfahren interessant, die eine Überwachung des seres Planetensystems mit Hilfe von weitreichenden Sensoren aus den Planetenumlaufbahnen her
Zustandes von Strukturen aus FVK ermöglichen. Ziel ist es, durch Structural Health Monitoring (SHM) erforscht. Andererseits werden Landesysteme für eine genauere Erforschung der Planetenoberflä-
die zulässige Spannung innerhalb der Struktur bei gleichbleibender Sicherheit zu erhöhen. Gleich- che verwendet, welche nach einer langen Reise zum Zielplaneten auf diesem punktgenau und sicher
zeitig bieten sich Möglichkeiten zur Automatisierung der Wartung und zur Verlängerung der Zyklen aufsetzen müssen. Die Entwicklung geeigneter Landekonzepte ist dabei eine der komplexesten und
zwischen Grundüberholungen, verbunden mit geringeren Kosten. anspruchsvollsten Aufgaben und entscheidet maßgeblich über den Missionserfolg. Crashstrukturen
aus Aluminiumsandwichbauweise haben hierfür ein hohes Potential und dienen zur Abbremsung und
Zur Realisierung einer solchen Überwachung werden permanent mit der Struktur verbundene Sen- Schutz der Landeplattform auf den letzten Metern.
soren eingesetzt, die eine automatisierte Überwachung mit geringem Aufwand ermöglichen. Ein
Verfahren des SHM, welches das Potential zur Überwachung großer, zweidimensionaler Strukturen Das Ziel des Projektes ist, eine neuartige Bauweise für ein gewichtsoptimiertes Marslandekonzept
aufweist, ist die Verwendung von Lamb-Wellen. Dies sind plattengeführte Ultraschallwellen, die mit in Wabensandwichbauweise zu entwickeln und generisch zu erproben. Durch den Einsatz von Crash-
piezoelektrischen Materialien, die zum Beispiel auf der Oberfläche appliziert sind, angeregt und ge- elementen aus Aluminiumwabe in Verbindung mit Deckschichten aus Aramidfaserverstärktem
messen werden können. Wie in klassischen Ultraschallverfahren ist so die Lokalisation von diskreten Kunststoff soll der Landestoß in plastische Verformungsarbeit umgewandelt werden und somit ein
Schädigungen wie etwa Delaminationen möglich. Außerdem können Lamb-Wellen genutzt werden, weiches Landen mit hoher Positioniergenauigkeit ermöglicht werden. Die Herausforderungen an
um globale Veränderungen im Material, etwa durch Kennwertdegradation in Folge von zyklischen Be- diese Bauweise bestehen darin, die strukturelle Auslegung so auszuführen, dass bei allen eventuell
lastungen oder durch Feuchteaufnahme, festzustellen. Das Ausbreitungsverhalten von Lamb-Wellen eintretenden Landeszenarien wie steinigem Untergrund, Gefälle und Seitenwind, eine hinreichende
wird durch deren multimodalen Charakter und ihre dispersiven Eigenschaften sowohl hinsichtlich der Aufnahme der Landeenergie stattfindet und die Marssonde sich nicht überschlägt.
Ausbreitungsgeschwindigkeit als auch hinsichtlich der Materialdämpfung bestimmt. In einem aktiven
System kommen zusätzlich weitere Einflussfaktoren hinzu, die bei der Modellierung eines solchen Basierend auf einem generischen Anforderungskatalog wird ein Demonstrator für ein Landesystem
Systems zur Vorhersage der Sensorantworten berücksichtigt werden müssen. entwickelt, mit dem die Funktionsweise des Konzeptes in Aluminiumsandwichbauweise im verkleiner-
ten Maßstab (ca.1:1.6) nachgewiesen werden soll. Hierfür werden zunächst von den Projektpartnern
Um einen grundlegenden Überblick über die Auswirkungen der wichtigsten Einflussfaktoren, wie DLR und Astrium alle notwendigen Anforderungen und Spezifikationen erstellt und zusammen mit
z. B. Feuchteaufnahme, Temperaturänderung, mechanische Belastung und Werkstoffermüdung zu er- Ergebnissen von Vorversuchen zur Entwicklung ein erstes Referenzkonzept verwendet. Anschließend
halten, wurden zunächst experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Geeignete Proben aus faser- charakterisiert das FIBRE die zu verwendenden Materialien und führt eine faserverbundgerechte
verstärkten Materialien wurden dafür verschiedenen Umgebungsbedingungen ausgesetzt und quasi- Auslegung der Crashstruktur durch. Parallel zur Entwicklung der Demonstratoren wird durch das
statisch oder zyklisch belastet. Zusätzlich wurden Kombinationen dieser Einflussfaktoren untersucht. DLR eine numerische Simulation für die Crashstrukturen entwickelt. Die Simulation basiert auf der
Parallel zu den experimentellen Untersuchungen wurde eine analytische Beschreibung des gesamten Materialcharakterisierung des FIBRE und dient als virtueller Teststand für die weitere Auslegung der
SHM-Systems für den Fall der aktiven Überwachung einer viskoelastischen Faserverbundstruktur mit Demonstratoren.
Hilfe oberflächenapplizierter piezoelektrischer Aktoren und Sensoren geschaffen. Dadurch wurden
die Grundlagen für die Auslegung eines Überwachungsnetzwerkes geschaffen. Zusätzlich erfolgte Fibretech Composites fertigt schließlich mehrere Demonstratoren der Crashelemente für die Lande-
die Erweiterung eines am FIBRE entwickelten Verfahrens zur inversen Kennwertbestimmung, um so plattform. Als besondere technologische Herausforderung ist hier die Verarbeitung der ungewöhnlich
zukünftig die Auswirkungen z. B. der Feuchteaufnahme von denen einer Ermüdung infolge zyklischer dicken Wabenschicht in Kombination mit einer Aramidfaserverstärkten Deckschicht anzusehen. Die
Lasten zu trennen. Es sind weiter Methoden zur Kompensation von nicht schädigenden Einflüssen Demonstratoren werden nach einer eingehenden Überprüfung der Fertigungsqualität auf der Lande-
auf die Wellenausbreitung und das Messsystem entwickelt worden. Dies ist erforderlich, um bei der und Mobilitätstestanlage LAMA des DLR auf ihre Crasheigenschaften hin geprüft. Die Testergebnisse
Überwachung einer Struktur Fehlalarme durch nicht kritische Materialänderungen zu verhindern. dienen abschließend der Validierung des entwickelten virtuellen Teststands.
Mögliche Anwendungen Mögliche Anwendung
Interessant ist dieses Verfahren für Anwendungen in der Luftfahrt, wo Impactereignisse, wie etwa Anwendungsziel sind Raumfahrtstrukturen für Planetenmissionen, welche als energieabsorbierende
Vogelschlag, zu von außen nicht sichtbaren Schädigungen im Material führen können. Von Interesse Crashstrukturen ausgelegt werden. Weitergehende Anwendungen finden sich in Crashstrukturen für
für das SHM ist neben der Detektion diskreter Schäden auch eine Überwachung von Änderungen der Automobilbau und Luftfahrt.
Steifigkeit, wie sie in Faserverbundwerkstoffen in Folge zyklischer Belastungen oder durch Alterungs-
prozesse auftreten.
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