Smart Composites: Neue Technologien, Produkte und Geschäftsmodelle für einen innovationsbasierten Strukturwandel in der Region Erzgebirge

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1 Smart Composites: Neue Technologien, Produkte und Geschäftsmodelle für einen innovationsbasierten Strukturwandel in der Region Erzgebirge Marco Walther, Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Nendel, Dr.-Ing. Michael Heinrich, Colin Gerstenberger

2 Projektstruktur 2

3 Projektstruktur Roadmap 3

4 Projektstruktur Technologieplattform 4

5 Projektstruktur Technologieplattform T1 Wettbewerbsfähigkeit von Smart Composites wird erst durch Automatisierungslösungen erreicht Herausforderungen Handling funktionalisierter Halbzeuge Biegeschlaff Vorimprägniert Positioniergenauigkeit Prozesssichere Integration elektrischer Komponenten bei kunststofftechnischer Verarbeitung Druck Temperatur 5

6 Projektstruktur Technologieplattform T1 Verbundprojekt Titel Laufzeit Kosten/Fördersumme [T ] Inhalt lt. Konzept Kompetenzen T1 - Automatisierung und Kontaktierung Automatisierungstechnologien zur wirtschaftlichen Herstellung von Smart Composites 3 Jahre FuE: 650 (Fördersumme) Wirtschaft: (Projektkosten); 750 (Fördersumme) Entwicklungen im Bereich Handling und Prozessautomatisierung zur Erhöhung der Reproduzierbarkeit und Reduzierung der Taktzeiten Automatisierungslösungen zur Integration von elektronischen Komponenten und/oder Baugruppen in Smart Composites Verbesserung der Anwendungsmöglichkeiten und Prozesssicherheit der integrierten elektrisch funktionalen Elemente (Kontaktierung) FuE Maschinenbau Kunststoffverarbeitung Wirtschaft Automatisierungstechnik Elektrotechnik Kunststoffverarbeitung Werkzeugbau 6

7 Projektstruktur Technologieplattform T2 Polymer Fiber/Matrix Interface Fiber Adhesion promoter Strukturintegrierte Elektronikkomponenten dürfen keine Störstelle darstellen Herausforderungen Anhaftung E-Komponente Composite Volumenschrumpfung beim Herstellprozess α Hohe Umformgrade Volumenschrumpfung eines Piezoelementes in Kunststoff 7

8 Projektstruktur Technologieplattform T2 Verbundprojekt Titel Laufzeit Kosten/Fördersumme [T ] Inhalt lt. Konzept Kompetenzen T2 - Materialkompatibilität (Interface) Aktivierung und haftungsverbessernde Behandlung textiler Oberflächen für belastungsstabile Verbunde 2 Jahre FuE: 300 (Fördersumme) Wirtschaft: (Projektkosten); 600 (Fördersumme) Entwicklung von thermisch umformbaren Verbunden aus textilen Trägermaterialien mit Kunststoffen oder Elastomeren für Leichtbauanwendungen (z. B. Organoblech) Entwicklung neuer und effizienter Technologien für die Behandlung von Oberflächen textiler Festigkeitsträger (Gewebe, Fasermatten, Korde) für Verbunde mit Kunststoffen FuE Oberflächentechnik Polymerchemie Wirtschaft Textilverarbeitung Kunststoffverarbeitung Oberflächenbearbeitung 8

9 Projektstruktur Technologieplattform T3 Smart Composites erfordern prozess- und strukturangepasste Elektronikkomponenten Foto: Fraunhofer IMS Herausforderungen Bauteilintegrierte Signalvorverarbeitung durch miniaturisierte Elektronikkomponenten Flexibilität in Anwendbarkeit Skalenübergreifende Zuleitungen Textilbasierte Halbzeuge integrierter Mikroelektronik mit 9

10 Projektstruktur Technologieplattform T3 Verbundprojekt Titel Laufzeit Kosten/Fördersumme [T ] Inhalt lt. Konzept Kompetenzen T3 - Miniaturisierung Schnittstellenentwicklung zur strukturkonformen Einbettung von mikroelektrischen Systemen 2 Jahre FuE: 400 (Fördersumme) Wirtschaft: (Projektkosten); 750 (Fördersumme) Entwicklung flexibler Lösungen für integrierbare Bauteilkomponenten (flexible Leiterplatten) Entwurf, Design und Umsetzung von miniaturisierten Elektronikkomponenten für Smart Composites Konzeption von Interposer-Strukturen als elektrische und mechanische Verbindung von komplexen Schaltungen mit dem Composite FuE Elektrotechnik Kunststoffverarbeitung Wirtschaft Elektrotechnik Kunststoffverarbeitung Maschinenbau 10

11 Projektstruktur Technologieplattform T4 Oberfläche als direkte Schnittstelle zwischen Struktur und Anwender bietet Potential zur Funktionsintegration Foto: Fotocommunity Herausforderungen Durchkontaktierung von Mehrschichtverbunden Schutz oberflächennaher E- Komponenten Rotorblatt mit Heizelementen 11

12 Projektstruktur Technologieplattform T4 Verbundprojekt Titel Laufzeit Kosten/Fördersumme [T ] Inhalt lt. Konzept T4 - Oberflächenfunktionalisierung Funktionalisierung von Bauteiloberflächen zur Aufbringung neuartiger Funktionalitäten 18 Monate FuE: 300 (Fördersumme) Wirtschaft: (Projektkosten); 600 (Fördersumme) Metallische Abscheideverfahren mit angepassten Interface-Design an Epoxidharze Textiltechnologische Verarbeitung von funktionalisierten Kohlenstofffaser-Rovings in textile Flächengebilde Robuste out-of-plane-kontaktierung in Großserien-Herstellverfahren Kompetenzen FuE Oberflächentechnik Textilverarbeitung Wirtschaft Kunststoffverarbeitung Oberflächenbearbeitung Textilverarbeitung 12

13 Projektstruktur Technologieplattform T5 Elektrische Funktionalitäten erfordern robuste Kommunikation und Energieübertragung im Bauteil Koppelstrebe mit integriertem Hybridlaminat und piezokeramischer Thermoplastfolie Herausforderungen Systeme zur bedarfsgerechten Zwischenspeicherung und Umwandlung von Energie Abschirmung und Isolierung Instrumentierte Einlage 13

14 Projektstruktur Technologieplattform T5 Verbundprojekt Titel Laufzeit Kosten/Fördersumme [T ] Inhalt lt. Konzept Kompetenzen T5 - Energie Entwicklung von Systemen zur Speicherung und Bereitstellung der für den Betrieb von Smart Composites notwendigen Energie 2 Jahre FuE: 300 (Fördersumme) Wirtschaft: (Projektkosten); 600 (Fördersumme) Entwicklung von integrierbaren Energiezwischenspeichersystemen Entwurf, Design und Umsetzung von Energieübertragungssystemen auf Basis textiltechnologischer Prozesse Entwicklung von materialintegrierbaren Energy Harvesting Systemen FuE Elektrotechnik Wirtschaft Elektrotechnik Energietechnik Kunststoffverarbeitung Textilverarbeitung 14

15 Anwendungsfelder 15

16 Anwendungsfelder 16

17 Projektstruktur Technologieplattform Smart Composite-Anwendungen benötigen die Ergebnisse aller 5 Basisprojekte Basisprojekte sollen keine Insellösungen entwickeln, sondern ein gemeinsames Ziel verfolgen Technologien sind komplementär und breit anwendbar T1-T5 sind miteinander vernetzt 17

18 Projektstruktur Technologieplattform Smart Composite-Anwendungen benötigen die Ergebnisse aller 5 Basisprojekte Basisprojekte sollen keine Insellösungen entwickeln, sondern ein gemeinsames Ziel verfolgen Technologien sind komplementär und breit anwendbar T1-T5 sind miteinander vernetzt Charmante Lösung zum Aufzeigen des Anwendungspotentials: Mikromobilität Potential für letzte Meile Von der Schiene zur Maschine Funktionsintegration (Beispiele) Car2Car Communication, Tracking Sensorik/Aktorik (Licht, Wärme, Fahrzeugstatus) Quelle: Papenfuss 18

19 Projektstruktur Mikromobilität Mikromobilität ermöglicht Brückenschlag zu Smart Rail Connectivity Campus Smart Rail CC: Personentransport, Infrastruktur und Digitalisierung SmartERZ: Cargo und Strukturbauteile Mehrwert für die Region Erzgebirge Mikromobilität ist Wachstumsmarkt Notwendige Kompetenzen sind hier verortet Weiterhin können auch andere Anwendungsfelder bedient werden Applikationsprojekte Quelle: Papenfuss 19

20 20

21 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Dipl.-Wi.-Ing. Marco Walther Technische Universität Chemnitz Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung

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