SPP 1712 Intrinsische Hybridverbunde 1. + 2. Phase (2014-2020)
Beteiligte Partner: wbk, FAST, IAM-WK

SPP Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen
Das Schwerpunktprogramm 1712 „Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen“ ist ein interdisziplinäres Forschungsprogramm, welches von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird. Innerhalb der nächsten 6 Jahre werden diesbezüglich Grundlagen der Fertigung, Werkstoffkunde und Mechanik untersucht. Das Programm wird vom KIT koordiniert und startet im April 2014.

http://www.spp-1712-hybrider-leichtbau.de/

SMiLE (2014-2018)

Beteiligte Partner: FAST, ICT, wbk

Das Verbundprojekt SMiLE ist zum „BMBF-Leuchtturmprojekt zur Elektromobilität“ ausgewählt worden. In SMiLE (Systemintegrativer Multi-Material-Leichtbau für die Elektromobilität) werden effiziente Leichtbaulösungen im Multi-Material-Design vor dem Hintergrund großserientauglicher Prozesse untersucht. Im Projektfokus steht die Entwicklung eines neuartigen Leichtbaukonzepts für die speziellen Anforderungen der Elektromobilität. Der Einsatz neuer Werkstoffe und Werkstoffkombinationen zur Gewichtsoptimierung von funktionsintegrativen Fahrzeugkomponenten für innovative Strukturkonzepte von Elektrofahrzeugen in Mischbauweise ist eines der Hauptanliegen des Projektes. Ziel ist es, sowohl mit thermoplastischen als auch duromeren Faserverbundkunststoffen (FVK) sowie Nichteisenmetallen (NE) eine innovative, funktionale Gesamtkarosserie darzustellen, deren Materialmix in einer Vielzahl wirtschaftlicher Prozesse umsetzbar ist und vor allem die Integration neuartiger Energiespeicher ermöglicht. Das Projekt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Von Seiten des KIT-Leichtbaunetzwerks sind die Institute FAST-LBT, wbk, IAM-WK sowie das Fraunhofer ICT beteiligt. Weitere Projektpartner sind Audi (Projektkoordinator), Volkswagen, Porsche, Voith, BASF und Dieffenbacher.

MoPaHyb (2015-2018)

Beteiligte Partner: wbk, ICT

Das Projekt „MoPaHyb“ hat zum Ziel, die Wirtschaftlichkeit der Produktion von hybriden Bauteilen durch abgestimmte vernetzte Module und verbindende, wertschöpfende Verkettungsschritte zu verbessern. Hierbei müssen Bearbeitungsmodule, insbesondere Fertigungsmaschinen, mit Unterstützungsmodulen, zum Beispiel für Handhabung oder Qualitätskontrolle, verknüpft und zur einfachen Kommunikation, Steuerung und Bedienung mit ihren Partnermodulen befähigt werden. Ein neu entwickelter Modulbaukasten erlaubt die schnelle Konfiguration von Fertigungsanlagen für hybride Bauteile und die automatisierte Generierung einer Ablaufsteuerung. Standardmaschinen können auf diese Weise ohne großen Aufwand für die Steuerungstechnik einfach zu einer Gesamtanlage verkettet werden. Somit wird es möglich auch kleine Stückzahlen auf einer automatisierten Produktionsanlage wirtschaftlich zu fertigen. Das Gesamtziel des Projektes mündet in den Aufbau einer Pilotanlage bei der mit mehreren Produktvarianten die schnelle Konfiguration und Rekonfiguration nachgewiesen werden soll.

An diesem Projekt sind neben wbk und Fraunhofer ICT neun weitere Partner aus dem Maschinen- und Anlagenbau, sowie der Automobilbranche beteiligt.

BMBF Jute Bio-Comp (2015-2018)

 “Development of Jute Fiber Reinforced Bio-Composites for Industrial Scale Applications”

Beteiligte Partner: ICT und FAST

Jute Bio-Comp will develop jute fiber reinforced composites that can be used in demanding, high-value technical applications fulfilling requirements of international market. The composites will be developed by an integrated approach, combining material and process development.

Rohstoff- und Materialeffizienz in der Produktion (2015-2017)

Das Forschungsprogramm „Rohstoff- und Materialeffizienz in der Produktion“ der Baden-Württemberg Stiftung gGmbH trägt dazu bei, der zunehmenden Bedeutung der Material- und Ressourceneinsparung im Produktionssektor gerecht zu werden. In diesem Forschungsprogramm werden am KIT drei Projekte gefördert:

Auf Basis grundlegender Untersuchungen zu den Wechselwirkungen von Faseraufbereitungs- und -rückgewinnungsverfahren sollen im Projekt „Verfahrensentwicklung zur Kreislaufführung von Carbonfasern in der Produktion“ (reCaP) neue Verfahren zur Rückführung von Carbonfasern in die Produktion entwickelt werden. Das Projekt wird vom Fraunhofer ICT koordiniert. Das IAM-WK unterstützt mit werkstoffmechanischen Untersuchungen. Das FAST-LBT beteiligt sich mit der Modellierung der Rezyklatfasern und der Simulation entsprechender neuer Kunststoffbauteile.
Anhand einer Bilanzierung des Produktlebenszyklus soll abschließend der ökologische Vorteil von faserverstärkten Kunststoffbauteilen mit Rezyklatfasern aufgezeigt werden.

Der Kurztitel des Projekts ResSub steht für „Ressourceneffizienz im RTM Prozess – Reduktion des Faserverschnitts durch Subpreforming“. Nach dem Stand der Technik fällt derzeit ca. 30-50 % Faserverschnitt beim Zuschneiden der textilen Halbzeuge in der RTM Prozesskette an. Zusammen mit dem IPEK entwickelt das wbk eine systematische Methode zur Unterteilung des Gesamtbauteils in mehrere Subpreforms mit dem Ziel den Faserverschnitt zu reduzieren. Die Methodik betrachtet dabei die Restriktionen aus produktionstechnischer Sicht (wbk) sowie die Belastung und strukturelle Veränderung aufgrund der Unterteilung (IPEK).

Im Rahmen des Forschungsprogramms  „Faser-Metall-Gummi-Hybridlaminate (FMGL) – ein neuartiges nachhaltiges Werkstoffkonzept für den Fahrzeugleichtbau“ werden neuartige Faser-Metall-Gummi-Laminate hergestellt und diese hinsichtlich produktionstechnischer (wbk) und werkstofftechnischer (IAM-WK) Aspekte untersucht. Durch die Integration der Gummi-Schicht wird die thermisch bedingte Delamination verhindert, da die Zwischengummischicht den Unterschied zwischen den thermischen Ausdehnungskoeffizienten von CFK und Metall abfedert. Zusätzlich werden die Lastübertragung und das Schwingungsverhalten der Verbund-FMGL durch Gummischichten als dämpfende Haftvermittler verbessert. Ziel des Projekts ist, die Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen für FMGL-Werkstoffkonzepte abzuleiten und eine dazugehörige Fertigungsstrategie zu entwickeln.

Innerhalb des Projekts IP3D - „Industrielle Produktion von 3D-Faserformteilen mit lokalen Endlosverstärkungen zur Steigerung der Materialeffizienz“ wird vom wbk ein neuartiger Ansatz untersucht, um ressourceneffizient hergestellte Langfaserpreforms durch lokale Endlosfasern zu verstärken. Grundlage zur Herstellung der Preforms bildet das Faserblasverfahren oder Fiber-Injection-Moulding (FIM) zur verschnittfreien Verarbeitung von technischen Fasern in der Leichtbaufertigung. Ziel des Projekts ist die Umsetzung einer prototypischen Anlage für den industriellen Einsatz zur Herstellung dieser Preforms und anschließende Inbetriebnahme sowie Validierung der gefertigten Bauteile.

Retro RETRO - Entwicklung von Hybridwerkstoffen aus rezyklierten Carbonfasern für eine REssourceneffiziente ElekTROmobilität (2015 – 2018)

Partner: IAM-WK, ICT

Das Ziel des Projektes RETRO ist die Entwicklung von Materialverbünden aus rezyklierten Kohlenstofffasern und Kunststoffen als Batteriegehäuse und Beschichtung für metallische Substrate als Elektrodenmaterial. Hierbei sollen CFK-Abfälle aus verschiedenen Bereichen (Produktionsabfall, Ausschuss, End-of-Life Bauteile) aufbereitet und die so gewonnen Kohlenstofffasern zur Entwicklung neuer Materialkombination für eine erneute Anwendung im Automobilbau genutzt werden.

Es werden die Eigenschaften von juvenilen und recycelten Fasern untersucht und daraus mit passenden Matrixsystemen Verbundwerkstoffe hergestellt. Daraus gefertigte Standardproben werden, ebenso wie für die Elektromobilität relevante Bauteile, realitätsnah untersucht, also deren mechanischen Eigenschaften bestimmt und das Verhalten im Falle eines Crashs geprüft. Dabei liegt der Fokus auf dem Vergleich neuer und recycelter Fasern, wobei für letztere die Mikrowellenpyrolyse im Vordergrund steht. Neben den mechanischen Untersuchungen sind auch die Bilanzierung und Nachhaltigkeitsbetrachtung, durchgeführt von den Projektpartnern, Teil des Forschungsprojekts.

Flame
Beteiligte Partner: IHM

FLAME ist ein Verbundprojekt zwischen KIT, TU München, ITV Denkendorf und mehreren industriellen Partnern. FLAME verfolgt einen innovativen Ansatz zur industriellen Nutzung einer am KIT entwickelten Mikrowellentechnologie zur energieeffizienten Produktion von Leichtbaustrukturen aus Faserverbund. Die Forschungsarbeiten in FLAME werden durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.
 

Projekte des Landes Baden-Württemberg zum Hybriden Leichtbau

(2014-2017)

Beteiligte Partner: wbk, ICT, FAST

Zwei Projekte am KIT zum hybriden Leichtbau werden vom Land Baden-Württemberg gefördert:

In „HyPro“ untersucht das wbk Institut für Produktionstechnik und das Fraunhofer ICT gemeinsam mit Partnern aus der Industrie einzelne Teilschritte entlang der RTM-Wertschöpfungskette hinsichtlich der Fertigung von hybriden Bauteilen. Ein Entwicklungsschwerpunk stellt dabei das Preforming textiler Halbzeugen aus Endlosfasern in Kombination mit metallischen Elementen dar. Hierzu sollen geeignete Handhabungslösungen sowohl für die Manipulation der Halbzeuge als auch zum Preforming entwickelt werden. In Ergänzung dazu wird auf Basis der Faserblastechnologie eine Weiterentwicklung des Preformingprozesses mittels Langfasern realisiert. Durch die Weiterentwicklung der Prozesstechnologie wird eine verbesserte Lasteinleitung bzw. Anknüpfung von metallischen Komponenten an die Faserstruktur sichergestellt. Neben den aufgezeigten Prozesstechnologien selbst werden auch metallische Lasteinleitungselemente für verschiedene Anforderungen untersucht und hinsichtlich ihrer geometrischen Gestalt optimiert. Ein weiterer Projektinhalt ist die Untersuchung von Dichtungskonzepten zwischen metallischer Verstärkungsstruktur, Faserhalbzug und Werkzeug. Diese Schlüsseltechnologie ist für die automatische Herstellung von intrinsisch Hybriden im großserienfähigen Hochdruck (HD)-RTM-Verfahren von großer Bedeutung.

Das Projekt „KraSchwing“ (Optimierung der Krafteinleitung in schwingbelastete Faserverbundstrukturen), an dem das KIT-Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) beteiligt ist, zielt darauf, die Belastbarkeit von Strukturen bei schwingender Beanspruchung zu verbessern. Dabei soll zum einen der Einfluss von Elastomerschichten im Laminat auf Klebverbindungen untersucht werden. Zum anderen geht es um die Optimierung von Schraubverbindungen mittels im Tailored Fiber Placem ent (TFP)-Verfahren hergestellter Rosetten.

BMBF LHYDIA – Leichtbauhydraulik im Automobil (2012-2015)

Partner: IPEK

Zur Optimierung mobiler Systeme, insbesondere im Automotive-Bereich, gehört heute stets die Reduzierung bewegter Massen. Durch die Reduzierung bewegter Massen wird der System-Energieverbrauch reduziert und das System hinsichtlich der CO2-Bilanz optimiert. In der Hydraulikbranche ist jedoch oft eine pauschale Überdimensionierung (in Stahl) von Hydraulikkomponenten erkennbar, welche sich in unnötig hohen Systemmassen und somit auch in Kosten niederschlägt.

Ziel des BMBF-geförderten Projektes LHYDIA war es daher – in einem Verbund aus Industrieunternehmen und Forschungseinrichtungen - einen hydraulischen Antriebsstrang (Schrägscheiben-Axialkolbenmaschine, Ventilblock, hydraulischer Speicher) in Leichtbauweise zu entwickeln. Das IPEK – Institut für Produktentwicklung am KIT beschäftigte sich hierbei schwerpunktmäßig mit der Untersuchung des tribologischen Verhaltenes von Leichtbauwerkstoffen in den tribologischen Kontakten der Schrägscheiben-Axialkolbenmaschine. In diesem Zuge wurden zwei Prüfstände aufgebaut, an denen zielführende Versuche zur Bewertung des Reibungs- und Verschleißverhaltens ausgewählter Leichtbauwerkstoffe in typischen tribologischen Kontakten einer Schrägscheiben-Axialkolbenmaschine durchgeführt werden konnten. Begleitende Arbeitspakete befassten sich mit konstruktiven Tätigkeiten im Bereich der Schrägscheiben-Axialkolbenmaschine, mit tribologischen Simulationen und mit der Entwicklung von Entwurfs- und Prozessmustern für die Konstruktion von Leichtbauhydraulikkomponenten.

Die Errichtung des KIT-Leichtbaunetzwerks erfolgte primär durch die Zusammenarbeit mehrerer KIT-Institute im Rahmen von Forschungsclustern. Die folgenden leichtbaurelevanten Forschungsprogramme haben wesentlich zur Gründung des Leichtbau-Netzwerks beigetragen.

REM2030 - regional eco mobility 2030 (2013-2015)
Beteiligte Partner: FAST, IPEK

Das Projekt REM 2030 ist ein Baustein zur Entwicklung der Mobilität von morgen und steht unter dem Leitthema einer effizienten regionalen Individualmobilität 2030. Ein interdisziplinäres Team aus Baden-Württemberg entwickelt und bewertet ganzheitliche Konzepte für eine effiziente regionale Individualmobilität. An dem Innovationscluster ist neben Fraunhofer-Instituten auch das KIT mit mehreren Instituten beteiligt. Außerdem besteht eine enge Zusammenarbeit mit Industriepartnern.

KITe hyLITE plus (2011-2014)
KITe hyLITE Plus ist ein Forschungsverbundprojekt zwischen KIT und Fraunhofer Gesellschaft, das von der EU durch EFRE und vom Land Baden-Württemberg gefördert wird. Im Hinblick auf Materialhybridisierung werden in KITe hyLITE Plus vier Faserverbundtechnologien untersucht: Langfaserverstärkte Thermoplasten (LFT), Sheet Moulding Compounds (SMC), Polyurethan-Fasersprühen und Resin Transfer Moulding (RTM).

TC² - Technology Cluster Composite in Baden-Württemberg (2011-2014)

Das Technologiecluster Composites (TC²) bündelt die Leichtbau-Kompetenzen führender Forschungsinstitute und Universitäten in Baden-Württemberg. TC² verfolgt die ganzheitliche Entwicklung durchgängiger Prozessketten für Faserverbundbauteile, sowohl für die Fertigung (durchgängige RTM- und SMC-Fertigungsketten) als auch für die Simulation (virtuelle Prozessketten/CAE-Ketten). TC² wird vom KIT koordiniert und von der EU und vom Land Baden-Württemberg finanziell unterstützt.

Young Investigator Groups (YIG) „Hybrider Leichtbau“ (2007-2011)

Das Young Investigator Network (YIN) ist das interdisziplinäre Forschungsnetzwerk der unabhängigen Nachwuchsgruppenleiter des KIT. Die Young Investigator Group (YIG) „Hybrider Leichtbau“ ist Mitglied des YIN, wurde vom KIT gefördert und befasst sich mit dem Materialverhalten hybrider Werkstoffe.

TransRegio
Der Transregio 10 (TR10) ist ein Sonderforschungsbereich zwischen der Technischen Universität Dortmund, dem Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) und der Technischen Universität München (TUM). Das Ziel ist die wirtschaftliche Fertigung von leichten Tragwerken durch Integration von Fertigungsprozessen der Hauptgruppen Umformen, Trennen und Fügen. Dabei soll insbesondere bei der Flexibilisierung der Prozesskette der Schwerpunkt auf variierende Stückzahlen bei gleichzeitiger hoher Variantenvielfalt gelegt werden. Durch entsprechende Maßnahmen der Fertigungs- und Prozessplanung sowie der Qualitätssicherung soll dabei gleichzeitig eine kurzfristige Fertigung der Rahmenstrukturen erfolgen können.

Kompetenzzentrum Fahrzeugleichtbau
Das Kompetenzzentrum Fahrzeugleichtbau ist ein gemeinsames Forschungsprojekt der Fraunhofer-Gesellschaft, des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt sowie des KIT. Das vom Bundesland Baden-Württemberg geförderte Projekt dient der Förderung von Kompetenzen im Bereich der Herstellung und Entwicklung von automobilen Leichtbaukonzepten.