Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Konstruktiv-technologische Entwicklung von lastgerechten gewebten 3D-Textilstrukturen

Für die konsequente Kopplung von Material- und Strukturleichtbau werden Rahmenkonstruktionen aus FKV benötigt, die aus Leichtbauprofilen und diese verbindenden Knotenelementen bestehen. Für die Knotenelemente fehlen auf Grund ihrer komplexen geometrischen Struktur bisher geeignete, kostengünstige und KMU-gerechte Fertigungsverfahren. In vorangegangen Projekten hat das ITM der TU Dresden mit Hilfe der Webtechnik große Fortschritte in der Entwicklung von Knotenelementen erzielt, jedoch sind die strukturmechanische Performance der Knotenelemente und die Möglichkeiten zum Verbinden der Knotenelemente mit Profilen (Muffen) eine wesentliche, noch zu erfüllende Voraussetzung für den Durchbruch in der Industrie.

Das Ziel ist es, die Übergangsbereiche zwischen den einzelnen Knotenrohren zur Vermeidung von Spannungsspitzen zu verrunden.

Die Entwicklung dieser lastgerechten Knotenelemente ist sehr anspruchsvoll, da durch lokal sphärisch gekrümmte Bereiche die Abwicklung nur näherungsweise mathematisch beschrieben werden kann und der Umfang der Rohre über die Länge nicht mehr konstant ist. Für die mit der mathematischen Näherung korrelierende Fertigung sind umfassende Lösungen für die komplexe Bindungsentwicklung und die webtechnische Umsetzung zu erarbeiten. Für den Nachweis der lastgerechten Ausführung der Knotenelemente müssen diese konsolidiert, die mechanischen Eigenschaften nach ausgewählten zu entwickelnden Methoden überprüft, die Ergebnisse mit kommerziell verfügbaren Knotenelementen verglichen und für den Forschungstransfer in die KMU aufbereitet werden. Durch die zielführende wissenschaftlich fundierte und interdisziplinäre Projektarbeit mit Unterstützung der entlang der gesamten Wertschöpfungskette tätigen Mitglieder des PA sind sowohl eine hohe Akzeptanz der Ergebnisse in den KMU der Textilindustrie als auch eine kurz- bis mittelfristige Überführung der Leichtbaulösung für Rahmentragwerke in Fahrzeugen, Maschinen und Anlagen sowie in Flugzeugen sichergestellt.

Ergebniszusammenfassung:

Durch die erfolgreiche Bearbeitung dieses Forschungsprojektes konnte eine neuartige Technologie zur automatisierten Fertigung und somit wirtschaftlichen Herstellung von komplexen lastangepassten Knotenelementhalbzeugen entwickelt werden. Mit dieser Technologie können Preformen mit Anschlussmuffen und mit Verrundungen zwischen den Rohrübergängen zur Reduzierung der Kerbspannungen realisiert werden. Es wurden eine Technologie für die integrale webtechnische Fertigung dieser komplexen Strukturen umgesetzt. Der modulare Aufbau der erarbeiteten Prozesskette und das mit einfachen und kostengünstigen Teilkomponenten aufgebaute Zusatzmodul zur Schussfadenmanipulation ermöglichen gegenüber dem sequentiellen Preforming eine effiziente Strukturauslegung und Fertigung. Durch die Projektbearbeitung ist es ebenfalls gelungen, den komplexitätsgrad von gewebten Knotenelementhalbzeuge deutlich zu erhöhen.

Für viele Anwendungen in den Bereichen der Energietechnik, dem Maschinen- und dem Automobilbau werden komplex geformte Verbundbauteile für den Leichtbau und für Rahmentragwerke benötigt, zum Beispiel Chassis für moderne Elektroautos und Fachwerkbrücken. Die lastangepasste Gestaltung der Rohrübergänge in den Knotenelementen ermöglicht eine deutliche Steigerung der Materialeffizienz. Gegenüber der sequentiellen Fertigung von Knotenelementen kann mit integralen Fertigung eine Kosteneinsparung von bis zu 30 % erzielt werden. Deshalb ist durch die entwickelten Preformen und dem erarbeiteten Know-how zu der Strukturvielfalt eine hervorragende, zeitnahe und breite Umsetzbarkeit der erzielten Forschungsergebnisse in die industrielle Praxis gegeben.