Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Entwicklung leichter, textiler Druckbehälterarmierungen für Bauanwendung am Beispiel pneumatischer Linienaktoren

Forschungsziel ist es, eine textile, leichte und kostengünstige Druckbehälterarmierung durch die Strukturknäueltechnik zu entwickeln. Sensorische Umwindegarne als kapazitiv-messende Strukturen sollen integriert werden. Einsatzfeldern im Niedrigdruckniveau sollen so neue Geometrien, Parametrisierungen und Funktionen von Druckbehältern speziell für das textile Bauen angeboten werden. Ziel ist es, eine serienfertigungstaugliche Produktionsmöglichkeit zu entwickeln, um leichte, formindividuelle und kostengünstige Druckbehälterarmierungen herzustellen.

Hierfür wird die Strukturknäueltechnik weiterentwickelt. Neue Dornkonzepte werden erarbeitet. Technologische Entwicklungsarbeiten verfolgen das Ziel einer Struktur- und Materialanpassung auf die spez. Anforderungen der Druckbehälterarmierung. Geeignete Verfestigungsstrategien gilt es zu entwickeln, damit die angestrebten Festigkeiten erreicht werden können. Hier müssen strukturmechanische Zusammenhänge im Bereich der gezwungenen Konsolidierung detaillierter erforscht werden. Die sensorischen Umwindegarne sollen parametrisiert und erarbeitet werden, damit sie die definierte Messaufgabe optimiert erfüllen. Neben der positionsgenauen Einbringung der sensorischen Umwindegarne in das Knäuelbauteil sollen außerdem (pneum.) Verbindungselemente wie Kupplungen beim Knäuelprozess integriert werden. Nach heutiger Abschätzung mit Maschinenbauern und Anwendern der Branche bietet eine industrielle Erschließung dieser Technologie das Potential für eine Reduzierung der Fertigungszeiten um den Faktor 2 - 8 bei geringen Maschineninvestitionskosten und einem hohen Automatisierungsgrad. Unternehmen in der Branche der textilen Architektur werden insbes. durch die kombinierte Anwendung mit pneumatischen Aktoren neue Produktmöglichkeiten geliefert. Die Technologie ist auf andere KMU-dominierte Anwendungen übertragbar, neben der beschriebenen Baubranche kommt auch die Automobil- und Luftfahrtindustrie als Anwenderbranche in Betracht.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsvorhaben konnte eine hoch wirtschaftliche Produktionsmöglichkeit entwickelt werden, um Druckbehälterarmierungen für formindividuelle, leichte und sensorische Druckbehälter herzustellen. Hierfür wurde die Strukturknäueltechnik weiterentwickelt. Einsatzfeldern im Niedrigdruckniveau werden so neue Geometrien, Parametrisierungen und Funktionen von Druckbehältern speziell für das textile Bauen angeboten. Im Projekt wurden Druckbehälterarmierungen mit Verstärkungsgarnen und thermoplastischen Garnen als Matrixkomponente auf verschiedenen Liner-Formen (z.B. Linsenform) und auf geknäulten Grundstrukturen hergestellt. Hierzu wurden z.B. geeignete Verfestigungsstrategien entwickelt. Die im Projekt erarbeiteten Druckbehälter wurden Berstprüfungen unterzogen, während sensorische Umwindegarne durch zwei verschiedene Ansätze (dehnungs- und messfeldabhängig) kapazitiv eine Zustandsmessung des Druckbehälters aufzeigen konnten. Außerdem wurden Elemente zur Anbindung an die Umgebung direkt beim Knäuelprozess integriert. Es wurde ein textiler Fassaden-Demonstrator konzipiert und aufgebaut. Der im Projekt entwickelte und im Demonstrator eingesetzte sortenreine Druckbehälter zeigt in Zusammenwirkung mit einem pneumatischen, textilen Linienaktor enorme Leichtbaupotentiale für den textilen Membranbau auf. Der verwendete Druckbehälter hat inkl. Befestigungsstücke an die textile Umgebung ein Gewicht von nur 97,1 g und hat das ursprünglich gesetzte Ziel von einem Berstdruck von mind. 11,44 bar (für einen Betriebsdruck von 8 bar) mit einem erzielten Berstdruck von 30 bar deutlich übertroffen. Eine farbige LED-Anzeige informiert über den Druckzustand des Druckbehälters. Ein Entwicklungskatalog wurde erstellt. Die Technologie ist auf andere KMU-dominierte Anwendungen übertragbar, neben der beschriebenen Baubranche kommt z.B. auch die Automobil- und Luftfahrtindustrie als Anwenderbranche in Betracht. Als Anwendung ist z.B. der Einsatz in handgeführten Druckluftwerkzeugen denkbar.