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Leichtbau als Schlüsseltechnologie für Mobilitätswandel und Digitalisierung

Bauteile mit geringem Gewicht bringen enorme Vorteile in Hinblick auf den Energieverbrauch. Am Center of Excellence Automotive & Mobility der FH OÖ beschäftigen sich Expert*innen mit der Prozesstechnik, der Prozesssimulation und der Strukturmechanik von Leichtbau- und Composite-Bauteilen.


Viele der Forschungsprojekte zielen auf innovative Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Automobilindustrie ab. „Leichtbau ist mit seinen vielen Möglichkeiten eine Schlüsseltechnologie zur Bekämpfung des Klimawandels. Bauteile mit geringem Gewicht tragen beim Transport oder bei der Fertigung enorm zum Einsparen von Energie bei“, erklärt Roland Hinterhölzl, Leiter des Center of Excellence Automotive & Mobility. Auch seitens der Politik ist man sich einig, dass der Leichtbau wesentliche Zukunftsaufgaben übernehmen wird. So tun sich im Bereich Klimawandel – Mobilität – Digitalisierung viele innovative Anknüpfungspunkte auf. Für die Bereitstellung technischer und digitaler Infrastruktur sind Leichtbauteile essenziell, etwa als Basis für Satelliten und Raketen.

Die Forschung an Leichtbau- und Composite-Werkstoffen spielt spätestens seit Schaffung des gleichnamigen Studiengangs am FH OÖ Campus Wels im Jahr 2016 eine wesentliche Rolle in der Forschungslandschaft der Hochschule. Über die Jahre wurde am Campus gemeinsam mit dem TCKT (Transfercenter für Kunststofftechnik GmbH) neue Prozesstechnik entwickelt und an der FH OÖ ein innovativer Prozesssimulations- sowie Leichtbauschwerpunkt ins Leben gerufen. So sind die Forscher*innen stets damit beschäftigt, Prozesse zu optimieren, indem Zykluszeiten verkürzt oder mechanische Eigenschaften besser vorausgesagt werden. Das Besondere am Carbon-Werkstoff ist, dass das Ausgangsgewebe einem Textil gleicht, das erst während der Fertigung zu einem festen Bauteil wird. Carbon-Bauteile können entweder mit einer thermoplastischen oder duroplastischen Matrix hergestellt werden, welche die eingebetteten Carbonfasern umgibt, schützt und in Position hält. Zukunftspotential bieten vor allem Thermoplaste. Dabei werden bereits vorgefertigte mit Glas- oder Carbonfaserverstärkte Thermoplastelemente, auch Organo-Sheets genannt, in einem Infrarotheizfeld erwärmt und mit einem Stempel zum gewünschten Bauteil umgeformt.

Im Forschungsprojekt ProSim forscht die Gruppe rund um Roland Hinterhölzl im Bereich der Prozesssimulation. Zum einen untersuchen die Forscher*innen das Drapieren der Composites und zum anderen den Bauteilverzug. Die Faserausrichtung definiert Steifigkeit und Festigkeit eines Bauteils und kann beim Drapieren gesteuert ausgerichtet werden. Beim Abkühlen der Bauteile verziehen sich diese normalerweise – über die Simulation wird versucht, den Bauteilverzug vorherzusagen. Die Lösung ist, das Bauteil gezielt vorverzogen zu bauen, damit es nach dem Entformen die gewünschte Geometrie aufweist. Eine ähnliche Forschungsfrage wird im Projekt MMZ – Methoden für die Mobilität der Zukunft für Composite-Metall-Hybridteile behandelt. Diese Mischbauteile ermöglichen der Automobilindustrie das Gewicht wesentlich zu reduzieren und dabei die Sicherheit für den Menschen aufrecht zu erhalten. Anders als erwartet, werden Carbonfasern beim Abkühlen etwas länger. Das Metall verhält sich erwartungsgemäß, und zieht sich beim Abkühlen zusammen. Daher entstehen Zwangsspannungen, die für eine zusätzliche Komplexität sorgen. Mittels Prozesssimulation wird die verzogene Geometrie vorhergesagt und anhand eines 3D-Scanners der Realität gegenübergestellt. Weiters können mit Lichtwellen, die durch einlaminierte Glasfasern geschickt werden, Dehnungen gemessen und mit simulierten Dehnungen verglichen werden. In der zweiten Projektphase wird nun ein genauer Blick auf die Temperatur- und Langezeiteffekte geworfen. Künstliche Intelligenz wird in Zukunft auch im Leichtbau eine Rolle spielen. Im Projekt JARVIS4Pre soll für eine Künstliche Intelligenz anhand von Simulation eine Lernumgebung geschaffen werden. Am Projektende wird eine Art Umform-Blackbox je nach gewünschter Bauteilgeometrie definieren, an welchen Stellen die Zuschnitte des Carbongewebes festgehalten werden müssen, um es dann automatisiert umzuformen. Allen Projekten gemein ist die Ausrichtung auf Anwendungsorientiertheit und die Zusammenarbeit mit der Industrie, wie z.B. mit FACC AG, FILL Ges.m.b.H., Alpex Technologies GmbH, Peak Technology, Langzauner GmbH, SGL Composites GmbH, Mubea Carbo Tech GmbH u.a.

Bildquelle: FH OÖ

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