Kompetenzzentrum für energie- und ressourceneffizienten

Transkript

1 Kompetenzzentrum für energie- und ressourceneffizienten Leichtbau und Verbundwerkstoffe als zentrale Maßnahme zur Umsetzung des Masterplans des Clusters Kunststoffe und Chemie Konferenz Leichtbau und Verbundwerkstoffe Wildau, 08. September 2015 Prof. Dr. Monika Bauer

2 KOMPETENZZENTRUM FÜR ENERGIE- UND RESSOURCENEFFIZIENTEN LEICHTBAU UND VERBUND- WERKSTOFFE Ziel Unterstützung der brandenburgischen Industrie, vor allem der KMU Qualitätssicherung Neue Produkte Definition von Herausforderungen für die Forschung (Hochschulen, Institute, Industrie) Standort Wildau Hauptakteure Fraunhofer PYCO, BTU Cottbus Senftenberg, Technische Hochschule Wildau (FH), Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde 2

3 KOMPETENZZENTRUM FÜR ENERGIE- UND RESSOURCENEFFIZIENTEN LEICHTBAU UND VERBUND- WERKSTOFFE Aktionen/Inhalte Konzentration der vorhandenen Kompetenzen Vernetzung Evaluierung strategischer Themen Initiierung von Technologieentwicklungsprojekten ZIM, Profit, Wachstumskerne, etc. Unterstützung von Unternehmen bei kleinen eigenen Entwicklungsprojekten Innovations-Gutscheine, etc. Voraussetzungen Stabsstelle schaffen WTT- und StaF-Antrag in Vorbereitung 3

4 KOMPETENZZENTRUM FÜR ENERGIE- UND RESSOURCENEFFIZIENTEN LEICHTBAU UND VERBUND- WERKSTOFFE Strategische Themen Erreichen höchster Funktionsperformance im Halbzeug oder Bauteil (exzellente gewichtsbezogene Eigenschaften) Entwicklung neuer Materialien mit verbesserten Eigenschaften (hochtemperaturbeständige Polymermaterialien (Thermoplaste, Elastomere, Thermosets), Fasern, Schaumstoffe etc.). Erreichen höchster FST-Eigenschaften (Fire, Smoke, Toxicity). Sicherstellung von Schadenstoleranz auf dem Niveau metallischer Werkstoffe (teilweise darüber hinaus) Sicherstellung einer einfachen und fehlerfreien Prozessierbarkeit der Matrixsysteme bei der Herstellung der Halbzeuge, deren Weiterverarbeitung bzw. bei der Herstellung von Bauteilen (aus faserverstärkten Kunststoffen) z.b. in einem Schuss durch Infusions- bzw. Pultrusionstechnik geringer Verschnitt einfache Reparierbarkeit fehlerhafter Bauteile (z.b. Lufteinschlüsse) 4

5 KOMPETENZZENTRUM FÜR ENERGIE- UND RESSOURCENEFFIZIENTEN LEICHTBAU UND VERBUND- WERKSTOFFE Strategische Themen Effizientere Herstellverfahren von Leichtbauteilen (Mikrowellentechnik, Automatisierungstechnologien, etc.) Materialentwicklungen für automatisierbare Fügetechniken von Kunststoffen mit anderen Werkstoffen Energieeinsparungen bei der Rohstoff-, Halbzeug-, Bauteilfertigung und der Logistik des gesamten Fertigungsprozesses Green Production Einfache Reparierfähigkeit im Gebrauch Unter handwerklichen Produktionsbedingungen Mit weniger geschultem Personal Einfache Weiterverwertung nach Gebrauch Geschlossene Verwertungskette Wenige/keine Problemstoffe Einsatz nachhaltiger Rohstoffe 5

6 Wachstumskern Potenzial - Verbundprojekt: Leichtbau+ Leichtbauwerkstoffe mit neuen Funktionen Lärmdämmung und Displayfunktion Innovative Regionale Wachstumskerne Modul WK Potenzial

7 ARBEITSZIELE Technische Zielparameter Lärmreduzierung bei sehr niedrigem Halbzeug- bzw. Bauteil-Gewicht; energiegünstigere (im Vergleich zur thermischen Härtung mittels Öfen, etc.) und damit preisgünstigere Herstellungsverfahren Leichte Sandwich-Halbzeuge mit integrierten flexiblen Displays mit gekrümmter Geometrie, die anwendungsgerecht und energiearm angesteuert werden können Einfaches und zuverlässiges Fügen der Kunststoff-Halbzeuge, inklusive Integration der Displays Einfache Reparaturfähigkeit, Recycling nach Gebrauch 7

8 ARBEITSZIELE Innovative Lösungsansätze Neue Sandwichstrukturen unter Nutzung (frei formbarer) Noppenwaben, Schäumen, Prepregs und spezieller Harzsysteme zum Kleben, Dichten, etc.; Ausbalancierung gegenläufiger Eigenschaften; Einsatz der Mikrowellentechnik für energie- und damit preisgünstigere Herstellung; Etablierung einer kontinuierlichen Akustik-Nopppenwabenfertigung im Labormaßstab Entwicklung zuverlässiger, flexibler und anwendungsgerecht ansteuerbarer Displays; keine Störung der Ansteuerung durch Material der Umgebung; d.h. durch den Leichtbauwerkstoff Neues Fügekonzept unter Nutzung reparierfähiger Duromere Weiterentwicklung der vorhandenen PYCO-Konzepte, basierend auf cyanathaltigen Harzsystemen 8

9 Zusammenarbeit zwischen den Partnern sowie Demonstratoren PYCO Harz Decklagen Display Charakterisierung InnoMat Konzepte Noppenwaben, Sandwiche Demonstratoren Charakterisierung Plarewa Konzepte Demonstrator Charakterisierung Demonstratoren Quellluftauslass- Demonstrator Akustik-Panel 3D-Demonstrator am Beispiel eines Quellluftauslass- Systems Akustikpaneele verschiedener Bauarten zur Vermessung der grundsätzlichen akustischen Eigenschaften alpha-board Sensor- und Displayansteuerung Demonstrator mit Anzeige gekrümmtes Bauteil mit Anzeigefunktion, die im Anzeigemodus energielos ist und nur zum Bild -Wechsel einen geringen elektrischen Energieimpuls benötigt; inkl. drahtlose Ansteuerung, Sensorik 9

10 LÄRMREDUZIERENDE HALBZEUGE Quellluftauslass und Akustikpaneel als Demonstratoren 10

11 HARZENTWICKLUNG Entwicklung intrinsisch dämpfender Harze Prinzip Modifizierung des Harzes mit Elastomeren Hohe Dämpfung im Bereich des Glasübergangs des Elastomers E-Modul kaum negativ beeinflusst Phaseninversion vermeiden Entwicklungsziel State-of-the-Art-Struktur Harz Faser Elastomer 11

12 HARZENTWICKLUNG Einbringung der Elastomer-Phase auf chemische Art physikalische Art 12

13 HARZENTWICKLUNG Mikrowellenhärtung alternative Härtungsmethode (Energieeinsparung, selektive Erhitzung) Modifizierung von Anlage und Formen zum Vermeiden von Hotspots Kein Unterschied in den Eigenschaften thermische Härtung Mikrowellenhärtung K1 / MN/m3/ a / mm CB122 a CB122 b Vergleich Härtung Ofen - Mikrowelle Ofen CB122 run1 Ofen CB122 run2 Mikrowelle CB125-hell run1 Mikrowelle CB125-hell run2 Mikrowelle CB125-dunkel run1 Mikrowelle CB125-dunkel run K1 / MN/m3/ G' ( ) [Pa] 10 8 tan_delta ( ) [ ] a / mm CB125-dunkel a CB125-dunkel b Temp [ C] 13

14 LÄRMREDUZIERENDE HALBZEUGE - QUELLLUFTAUSLASS Akustische und strömungstechnische Charakterisierung 3 Messserien (300 mm x 300 mm, 600 mm x 600 mm, teilweise mit intrinsisch dämpfenden Harzen) 14

15 LÄRMREDUZIERENDE HALBZEUGE - QUELLLUFTAUSLASS Akustische und strömungstechnische Charakterisierung Meilenstein 2 (42 db bei 600 m³/h) bereits mit 300 mm x 300 mm Größe erreicht Schallpegelreduzierung bis 10 db gegenüber Referenz erreicht Modifizierte Harze: weitere Schallreduzierung 15

16 LÄRMREDUZIERENDE HALBZEUGE - QUELLLUFTAUSLASS Akustische und strömungstechnische Charakterisierung Aufbau eines Quellluftauslassteststandes Messung Strömungsgeschwindigkeit, Schallpegel 16

17 FLEXIBLE BISTABILE DISPLAYS Anwendungsfall In Leichtbau-Elemente integrierte Sensorik mit flexibler, bistabiler, reflektiver Anzeige zur Grenzwert-Überwachung; Beispiel: CO 2 -Gehalt der (Raum-)Luft Messgröße, z.b. CO 2 -Konzentration Toleranzbereich Bistabile Anzeige: energiesparende Anzeige nur des minimalen oder maximalen Messwertes Grenzwertüberwachung Zeit 17

18 HARDWARE FÜR DIE DISPLAYANSTEUERUNG Design und Planung der Hardware 18

19 DISPLAYINTEGRATION Integrationskonzept für Display in Noppenwaben/Sandwich-Materialien Frontrahmen oder Profil (Einfassung und Abdichtung nach außen) Evtl. transparente Deckplatte über Display Gehäuse (Abdichtung nach innen) Feste oder austauschbare Integration des Bauteils möglich Integration in Leichtbaumaterialien Demonstrator Anzeige 19

20 WEITERE PROJEKTE/INITIATIVEN AUS DER REGION (AUSWAHL) Hochtemperaturstabile Thermosets für CFK-Werkstoffe: Anwendung für Turbinen bei Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG, Dahlewitz In Spritzgieß- und Spritzpresstechnik hergestellte faserverstärkte Kunststoffe mit neuen Eigenschaftsprofilen, z.b. mit Hermann Römmler-Kunststofftechnik GmbH & Co. KG, Strausberg Einsatz von Mikrowellentechnik mit dem Ziel der Energieeinsparung und dem Erreichen signifikant verbesserter Eigenschaftsprofile bei der Motzener Kunststoffund Gummiverarbeitung GmbH, Motzen Wachstumskern: Entwicklung energieeffizienter Leichtbauwerkstoffe auf Basis faserverstärkter Kunststoffe für spezielle Anwendungen Aufbau der Technika für Halbzeuge und Bauteile für den Leichtbau, Verbundwerkstoffe und energieeffiziente Prozesstechnik (Herstellung und Weiterverwendung) durch die Fraunhofer PYCO Neue Juniorprofessor für Leichtbau mit strukturierten Werkstoffen an der BTU Cottbus Senftenberg Etablierung der internationalen Tagungsreihe Thermosets (ca. 150 Teilnehmer aus ca. 25 Ländern) 20