JAHRESBERICHT - faserinstitut.de · des Vereins zugestimmt und ein neues Mitglied in den...

Faserinstitut Bremen e.V.

JAHRESBERICHT

2014/2015

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Sehr geehrte Mitglieder, Partner und Freunde des Faserinstituts Bremen,

das Faserinstitut Bremen blickt auf zwei arbeits-, ereignis- und erfolgreiche Jahre zurück. Über die Projekte, die Highlights und die Menschen, die das ermöglicht haben, möchten wir Sie mit dem vorliegenden Jahresbericht 2014/2015 informieren.

Eine wichtige Weichenstellung für die Zukunft ist mit dem Beschluss gefallen, Ende 2018 zusätzliche Büros, Labore und Technikumflächen im EcoMaT (Center for Eco-efficent Materials and Technologies) zu beziehen. Die-se Entscheidung gibt dem FIBRE die Möglichkeit weiter zu wachsen und die Chance, mit Ausstattungsergänzun-gen neue Forschungsschwerpunkte aufzugreifen. Für die Unterstützung durch das Land Bremen möchten wir uns an dieser Stelle besonders bedanken.

Wir wünschen Ihnen viel Freude bei der Lektüre

Christoph Hoffmeister,

Prof. Dr. Axel S. Herrmann,

Axel Drieling (von links)

Prof. Dr. Axel S. Herrmann

Axel DrielingChristoph Hoffmeister

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INHALT

Vorwort 3

Das Institut Kuratorium 8Beirat 11Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Instituts 12Stimmen neuer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter 14Personelles 15

Highlights Baumwolltagung 18ITEC 20Qualitätsmanagement 20Flugtechnische Vereinigung 21

Campus FIBRE auf dem Campus 24Lehre 25Studentische Arbeiten 26

Baumwolle Baumwolle 30Baumwolllabor 30Aufbruch 31Unsere Leistungen 32

EcoMaT Center for Eco-efficient Materials and Technologies 34

Kompetenzfelder Zusammenarbeit 38Ausstattung 42

Projekte Projekte 46

Anhang Abschlussarbeiten, Veröffentlichungen 82Facts and Figures 89

Inhalt

D A S I N S T I T U T

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DAS INSTITUT

Das Institut

Kuratorium

Das Kuratorium des Faserinstituts hat satzungsge-mäß die jährliche Wirtschafts- und Stellenplanung be-schlossen und Grundsatzentscheidungen für das Ins-titut getroffen. Ende 2015 fiel die Entscheidung eines Teilumzugs in das voraussichtlich 2018 bezugsfertige Zentrum EcoMaT und die Befürwortung umfangreicher

Kuratoren und Vorstände auf der Sitzung des Kuratoriums im November 2015

Mitglieder des Kuratoriums (Stand Ende 2015)

Prof. Dr. Andreas Breiter Universität Bremen

Dr. Walter Dörhage für die Senatorin für Wissenschaft, Gesundheit, Verbraucherschutz

Karsten Fröse Baumwollbörse Bremen

Dr. Eberhard Karbe Daimler AG, Mercedes-Benz

Dr. Klaus-Jürgen Kraatz Industrieverband Veredlung - Garne - Gewebe -Technische Textilien e.V.

Dipl.-Ing. Christian Rückert Airbus Deutschland GmbH

Dr. Jens Walla Airbus Deutschland GmbH

Dr. Bernd Wohlmann Toho Tenax Europe GmbH

Satzungsänderungen. Der Vorstand hat auf Wunsch des Kuratoriums 2015 eine Ethik- und Compliance-Regelung ausgearbeitet und in Kraft gesetzt. Weiter-hin hat das Kuratorium der Aufnahme neuer Mitglieder des Vereins zugestimmt und ein neues Mitglied in den Wissenschaftlichen Beirat berufen.

Das Institut bedankt sich bei allen Kuratoren für deren ehrenamtlichen Einsatz für das Institut. Ein besonde-rer Dank gilt dem Vorsitzenden Herrn Dr. Jens Walla, der Ende 2015 aus beruflichen Gründen zurückgetre-

ten ist. Designierter Nachfolger von Herrn Dr. Walla ist Herr Dr. André Walter, Werkleiter Airbus Bremen.

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VORWORTDAS INSTITUT

Kuratoren und Vorstände auf der Sitzung des Kuratoriums im November 2015

Sehr geehrte Partner und Freunde des Instituts, sehr geehrte Damen und Herren,

das Faserinstitut ist heute ein erfolgreiches Landesinstitut mit enger Anbindung an die Uni-versität Bremen sowie außeruniversitäre Forschungseinrichtungen in Bremen und natürlich auch Unternehmen. Das Institut betreibt sehr erfolgreich anwendungsorientierte Forschung sowie Grundlagenforschung, übernimmt wichtige Aufgaben in der Ingenieurausbildung und bietet weltweit diverse Prüfleistungen an. Bemerkenswert sind die außerordentlichen Dritt-mittelerfolge.

Das FIBRE ist während meiner Zeit als Kuratoriumsmitglied in den vergangenen Jahren deutlich gewachsen und hat zwei bemerkenswerte Entwicklungen vollzogen: Zum einen ist die Transformation eines Labors für Naturfasern zu einem erfolgreichen Institut für inno-vative Fasern, Technische Textilien und Faserverbundwerkstoffe gelungen. Außerdem hat sich das Institut nach dem Wechsel der senatorischen Zuständigkeit – ehemals Wirtschaft, heute Wissenschaft - in der Wissenschaftslandschaft gut etabliert. Darüber hinaus leistet das Institut heute durch Kooperationsprojekte mit bremischen, regionalen und deutschen Unternehmen wichtige Beiträge im Wissens- und Technologietransfer und in der Techno-logieentwicklung.

Die senatorischen Ressorts für Wissenschaft und für Wirtschaft begrüßen diese Entwick-lung sehr. Zur weiteren Förderung dieser Entwicklung unterstützen sie eine Erweiterung des Faserinstituts im geplanten EcoMaT-Zentrum, um auch eine überregionale Wirkung zu erzielen. Wir wünschen uns künftig eine noch intensivere Beteiligung des FIBRE am Wissen-schaftsschwerpunkt Materialforschung und an den künftigen Exzellenzvorhaben der Univer-sität Bremen.

Altersbedingt scheide ich im Jahr 2016 aus dem Kuratorium aus. Ich möchte mich an die-ser Stelle für die geleistete Arbeit bedanken und wünsche dem Faserinstitut weiterhin gute Impulse und viel Erfolg.

Dr. Walter Dörhage

Bremen im Juli 2015

Dr. Walter Dörhage, Kuratoriumsmitglied

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DAS INSTITUT

Seit über 60 Jahren ist die TEXTECHNO Herbert Stein GmbH & Co. KG auf dem Gebiet der textilen Mess- und Prüftechnik tätig und gehört zu den führenden Herstellern von Prüfgerä-ten für die Textilindustrie.

Das Faserinstitut Bremen ist in Deutschland aufgrund seiner interessanten inhaltlichen Ausrichtung, die u.a. die Prüfmethodenentwicklung und -harmonisierung von der Baum-wolle bis zur Carbonfaser umfasst, für uns ein wichtiger Partner geworden. So liefert die Zusammenarbeit mit dem FIBRE wichtige Anstöße und Erkenntnisse bei der Entwicklung unserer Prüfmaschinen. Besonders hervorzuheben ist die Pionierarbeit des FIBRE bei der Industrialisierung von Fasermesstechniken. die Verfolgung von Themen von der Idee über die Enwtwicklung bis hin zur Umsetzung und Normung.

Als ein Beispiel für konkrete Beiträge zu unseren Produkten kann z.B. die Messung der Fa-serorientierung mittels der am FIBRE entwickelten Bildverarbeitung bei unserem Produkt DRAPETEST genannt werden, das unlängst mit tatkräftiger Unterstützung des FIBRE in der DIN SPEC 8100 (vor-) normiert wurde. Ein weiteres Beispiel ist unser Produkt FIBROTEST. Die Anregungen zur Entwicklung dieses Gerätes entstand ebenfalls am FIBRE in Verbindung mit unserer Mitarbeit mit dem ITMF International Cotton Testing Committee.

Einen wichtigen Beitrag zum Erfolg leistet sicherlich der wissenschaftliche Beirat mit sei-nem interdisziplinärem Wissen im Austausch. Sehr gerne nehme ich als Nachfolger unseres Herrn Dr. Kugler einen Sitz im wissenschaftlichen Beirat an, der auch in Zukunft ein Instru-ment zur Bewertung von Antragsideen sein wird.

Unsere Firma hat in den letzten Jahren mit dem JEC Aisa Innovation Award 2012, dem JEC Innovation Award 2016 sowie dem DIN Innovationspreis 2016 drei wichtige Innovationspreise gewonnen. Bezeichnenderweise war das FIBRE an allen prämierten Produkten bzw. Projek-ten beteiligt.

Ich möchte es nicht versäumen, dem Institut und seinen Mitarbeitern anlässlich des 60-jäh-rigen Bestehens des Baumwoll-Labors (1955/2015) als seiner Keimzelle nachträglich un-sere herzlichsten Glückwünsche und unseren Dank für die angenehme und befruchtende Zusammenarbeit auszusprechen und alles Gute für die Zukunft zu wünschen.

Dr. Ulrich Mörschel

Dr. Ulrich MörschelGeschäftsführer, TEXTECHNO Herbert Stein GmbH & Co. KG

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VORWORTDAS INSTITUT

Wissenschaftlicher Beirat

Der Wissenschaftliche Beirat hat entsprechend sei-ner Geschäftsordnung auf insgesamt vier Sitzungen in 2014 und 2015 über vorgestellte Projektideen beraten, potentielle Projektpartner empfohlen und umfangrei-che Hinweise für eine erfolgreiche Ausarbeitung ge-geben. Weiterhin hat der Beirat wichtige Impulse für die Überarbeitung der Forschungs-Roadmaps und die wissenschaftliche Ausrichtung des Instituts geleistet. Im Berichtszeit-raum schied Herr Prof. Alexander Böker (ehem. DWI Aachen) turnus-gemäß aus dem Beirat aus; seine

Wissenschaftlicher Beirat und Mitarbeiter des Instituts im Juni 2015

Mitglieder des Wissenschaftlichen Beirats (Stand Ende 2015)

Prof. Dr. Hans-Peter Fink Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAPDipl.-Ing. Franz-Jürgen Kümpers SGL Kümpers GmbH & Co. KGDr. Guntram Kugler Textechno Herbert Stein GmbH & Co. KG

Prof. Dr. Bernd Mayer Universität Bremen und Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Dipl.-Ing. Mark Reinders HempFlax BVDipl.-Ing. Peter Sander Airbus Deutschland GmbHDipl.-Ing. Stefan Schmidt Industrieverband Veredlung - Garne - Gewebe - Technische Textilien IVGT e.V.Prof. Dr. Stefan Schlichter Institut für Textiltechnik Augsburg gGmbHDipl.-Biologe Hansjörg Wieland 3N Dienstleistungen GmbHProf. Dr. Hans-Werner Zoch Universität Bremen und Stiftung Institut für Werkstofftechnik IWT

Gäste des Beirats

Prof. Dr. Andreas Breiter Universität Bremen (Gast seit November 2015)Dr. Klaus Jansen Forschungskuratorium Textil e. V.Dr. Petra Kühne für die Senatorin für Wissenschaft, Gesundheit, Verbraucherschutz Prof. Dr. Kurosch Rezwan Universität Bremen (Gast bis Oktober 2015)

Stelle wurde durch Herrn Prof. Bernd Mayer (IFAM Bremen) besetzt.

Für die Unterstützung, die einen wichtigen Schlüssel für den Erfolg des Faserinstituts darstellt, bedankt sich das Institut bei allen aktiven und ausgeschiedenen Beiratsmitgliedern.

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DAS INSTITUT

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Till Frieler M. Sc. Robert GaitzschM.Eng.

Dr. Holger Fischer Dipl.-Phys. Oliver Focke

Tim Frerich M. Sc. Hannelore Gerardi

Dipl.-Ing. Marc Effenberger

Dipl.-Ing. Axel Drieling

Dr. Louisa Dahbi Adli DimassiM.Sc.

Prof. Dr. Axel S. Herrmann

Dipl.-Ing. Ralf Bäumer

David Bischoff Dr. Tim Berend Block

Dipl.-Ing. Lars Bostan

Dr. Christian Brauner

Dipl.-Math.-techn. Arne Breede

Dipl.-Ing. Mirko Christ

Dr. Reinhard Dickhaut-Koop

Dipl.-Betrw. Andreas Bothe

Katharina Arnaut M.Sc.

Mirka Bothmann Holger BüttemeyerM.Sc.

Dipl.-Ing. Jan Frederik Evers

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VORWORTDAS INSTITUT

Dipl.-Ing. Manuel Hahn

Anja Häberle M. Sc.

Jan Kremberg M.Sc.

Corinna GonzálezJasmin Gehrlein

Heiko Ilchmann

Dr. Falko WesargDaniel Weigel

Franziska StehleM.Sc.

Felix Wedekämper

Tanja Slootmaker

Dipl.-Ing. Florian Jansen

Maximilian Koerdt M. Sc.

Dr. Michael Koerdt Anna Lang M. Sc.

Petra Lücke Gabriele MeyerDipl.-Kffr. Saskia Meyer-Lippek

Dr. Andrea Miene Mansour Mirzaghavam

Manuelavon Salzen

Katrin Nießen Peter Rödig Dipl.-Ing. Patrick Schiebel

Johanne Hesselbach M. Sc.

Dipl.-Ing. Christoph Hoffmeister

Lisa Müller M.Sc.

Daniel Wilharm

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DAS INSTITUT

Holger Büttemeyer M. Sc.„Mein Arbeitsbe-reich ist die Ge-staltung und Ferti-gung von hybriden Strukturen, beste-hend aus Faserverbundwerkstof-fen und Metallen. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Gestaltung von Lasteinleitung. Das Faserinstitut bietet mir einen spannenden Tä-tigkeitsbereich in Forschung und Wissenschaft bei gleichzeitig sehr guter technischer Ausstattung, um diese Aufgaben erfolgreich zu er-füllen und mich hierdurch persön-lich weiterzuentwickeln.“

Stimmen neuer Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter

Adli Dimassi M. Sc.„Nach meinem Luft- und Raumfahrttechnikstudi-um an der RWTH Aachen verstärke ich seit Februar 2014 das Team Simulation als wissenschaftlicher Mitarbeiter. Ich beschäftige mich mit der Ausle-gung und Simulation des Impactverhaltens von Sandwichstrukturen. Das Faserinstitut gibt mir die Möglichkeit an zukunftsorientierten Projekten teil-zunehmen und meine Forschungsthemen flexibel und frei zu gestalten.“

Robert Gaitsch M. Eng.„Seit Juni 2014 verstärke ich als wissenschaftlicher Mitarbeiter das Team Simulation im Kompetenzfeld FVSV. Mein Arbeits-schwerpunkt ist die Entwicklung einer virtuellen Prozesskette für den Thermoform-Prozess. Am Fa-serinstitut schätze ich besonders die Freiheit, meinen Lösungsweg selbst bestimmen zu können und eigenverantwortlich an meiner Promotion zu arbeiten.“

Lisa Müller M.Sc.„In der Abteilung Struktur- und Verfahrensent-wicklung beschäftige ich mich seit Januar 2015 mit der Entwicklung von Fertigungstechnologien für Faserverbundbauteile im Bereich der Pultrusion und Infusionstechnologie. Dabei sprechen mich vor allem die interdisziplinären Aufgabenstellungen und die Möglichkeit zur Promotion an.“

Katharina Arnaut M. Sc.„Im April 2011 habe ich zunächst eine Tätigkeit als studentische Hilfskraft am Faserinstitut aufge-nommen. Seit 2014 arbeite ich als Wissenschaft-liche Mitarbeiterin am FIBRE und beschäftige mich mit der lokalen Verstärkung von thermoplastischen Kunststoffkomponenten durch kraftflussgerechte Verstärkungselemente aus Endlosfasern. Ich finde es spannend am innovativen Leichtbau zu forschen und damit neue, zukunftsweisende Technologien mitentwickeln zu können.“

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VORWORTDAS INSTITUT

Herr Dr. Tim Berend Block promovierte 2014 über das Versagen von CFK-Sandwich-Strukturen. Im September 2015 wurde Herr Dr. Reinhard Dickhaut-Koop in den Ruhestand verabschiedet. Er hat das Kompetenzfeld Faserverbund, Struktur- und Ver-fahrensentwicklung vier Jahre geleitet und eine starke Wachstumsphase des Kompetenzfeldes begleitet. Mit dem Ausscheiden von Herrn Dr. Dickhaut-Koop wurde

Ende 2015 entschieden, das Kompetenzfeld in zwei Or-ganisationseinheiten zu überführen.Ende 2015 schied Herr Mansour Mirzaghavam nach über 16-jähriger Tätigkeit als Laborant aus dem Ins-titut aus. Die Hauptaufgaben von Herrn Mirzaghavam lagen in der Faserprüfung und chemischen Analyse; die Aufgaben werden von Frau Petra Lücke weiterge-führt.

Personelles

Frau Tanja Slootmaker und Herr Ralf Bäumer konnten in 2015 auf ihre 25 jährige Institutszugehörigkeit zu-rückblicken. Herr Ralf Bäumer ist als Wissenschaft- licher Mitarbeiter im Kompetenzfeld Faserver-bund, Struktur- und Verfahrensentwicklung tätig. Im Laufe seiner Tätigkeit am Institut hat er umfangreiche Arbeiten auf den Gebieten der Naturfaserverstärkten Kunststoffe und der Vlies-

herstellung durchgeführt. Heute liegt sein Arbeits-gebiet auf der Weiterentwicklung der Pultrusions-technologie. Frau Tanja Slootmaker, ausgebildete physikalisch-technische Assistentin, leitet die Tages-abläufe im Labor der Baumwollbörse und betreut Rundtests von Interwoollabs. Weiterhin führt sie die REM-Aufnahmen von Fasern für Forschungszwecke und im Rahmen von Kundenprüfungen durch.

Herr Dr. Dickhaut-Koop und Mitarbeiter des Faserinstituts im September 2015

H I G H L I G H T S

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PROJEKTEHIGHLIGHTS

Vom 19. bis 21. März 2014 fand die 32. International Cotton Conference Bremen statt, wie immer in enger Kooperation zwischen dem Faserinstitut Bremen und der Bremer Baumwollbörse. Insgesamt waren mehr als 500 Teilnehmer aus 40 Nationen nach Bremen gereist, um im historischen Rathaus der Hansestadt verschiedene Themen rund um die Baumwolle zu dis-kutieren.

Das Spektrum der Tagung reichte von einer Eröff-nungs-Modenschau über wissenschaftliche Vorträge bis zu einer Podiumsdiskussion am Tagungsabschluss über den Wasserverbrauch bei der Herstellung und dem Gebrauch von Baumwolle und Textilien. Im Gegensatz zu vorherigen Tagungen wurde für 2014 der Blinkwinkel nicht auf die Produktionskette, son-dern auf die Verbraucher gelegt: Was erwartet der Ver-braucher? Wie können Baumwoll- und Textilproduktion diese Erwartungen erfüllen? Was macht Baumwolle zu einer einzigartigen Faser?In einer Session über die Erwartungen der Verbrau-cher sprach Mark Messura von Cotton Incorporated dazu über die fundamentalen Einflussfaktoren auf den Baumwollbedarf. Textildesignerin Magdalena Schaf-frin stellte den Einsatz von Baumwolle aus der Sicht des Designs vor, und Mark Neuman von MGF Sourcing, USA, beleuchtete die Faktoren bei Modeunternehmen, die den Baumwollbedarf bestimmen. Peter Ackroyd, Präsident der International Wool Textile Organisation, berichtete über die Erfahrungen aus der Entwicklung der Wollindustrie, um daraus Schlüsse für die Baum-wolle ziehen zu können.Die textile Kette wurde erstmals bei dieser Tagung deutlich weiter als bei vorhergehenden Tagungen be-trachtet, um auch hier näher am Blick der Verbrau-cher zu sein. Markus Oberthür vom DTNW in Krefeld berichtete dazu über aktuelle Trends in der Veredlung von Baumwolle und Bernhold Emme-Zumpe von der

Highlights

WKS-Textilveredlungs-GmbH zeigte das Spannungs-feld Baumwolle – Mode – Qualität. Die Session über neue Baumwollprodukte ging eben-falls weit über den üblichen Bereich des typischen Baumwolleinsatzes hinaus und beinhaltete u.a. einen Vortrag von Joan-Dirk Kümpers über Baumwolle für technische Anwendungen, sowie Dr. Siegfried Bank von der ChiPro GmbH mit Anwendungen in medizini-schen und biotechnologischen Anwendungen.In der „klassischen“ Session über die weltweite Baum-wollproduktion wurden Erfahrungen im Baumwollan-bau aus China, Usbekistan und Brasilien dargestellt. Und natürlich gab es auch wieder eine Session aus dem Kernbereich der Tagung: Baumwollqualität und –prüfung, in der z.B. über Möglichkeiten der Qualitäts-prüfung schon auf dem Baumwollfeld, aber auch bis hin zu DNA-basierten Technologien zur Rückverfol-gung des Baumwoll-Verarbeitungsweges vom Kunden bis zum Baumwollfeld berichtet wurde.Zentraler Punkt vieler Diskussionen für Baumwolle / Textilien ist mittlerweile die Nachhaltigkeit der Produk-tion, zu der trotz der intensiven Diskussionen und vielen Darstellungen oft nicht einmal eine allseits akzeptierte Definition gegeben ist. Für die Bremer Tagung wurde konkret auf den Wasserverbrauch eingegangen. Dazu wurden sieben Experten als Diskussionsteilnehmer zur Panel-Discussion geladen, die Informationen von der Baumwollproduktion über die textile Verarbeitung bis hin zum Wasserverbrauch in der Nutzung beim Endverbraucher liefern konnten. Eine offene, kontro-

32. Internationale Baumwolltagung in Bremen

Herr Prof. Dr. Anton Schenek, Baumwolltagung 2014

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PROJEKTEHIGHLIGHTS

verse Diskussion wurde durch Teilnehmer von der Pro-duktion bis zur globalen Verantwortung aus NGO-Sicht (World Wide Fund for Nature - WWF) erreicht. In der sehr ergiebigen Diskussion wurden praktikable Wege zur Verringerung des Wasserverbrauchs in allen Be-reichen der Kette vom Baumwollfeld bis zur Nutzung und Wäsche der Bekleidung betrachtet.Die Präsentationen der Tagung können auf der Web-site der Bremer Baumwollbörse abgerufen werden. (https://baumwollboerse.de/konferenz/archive/)

Wie zu jeder Bremer Baumwolltagung war auch in diesem Jahr die Veranstaltung umringt von weiteren Gremiensitzungen zum Thema Baumwolle. Zu nennen sind hier:

» das ITMF International Committee on Cotton Tes-ting Methods´(ICCTM)

» das ICAC Expert Panel zur Nachhaltigkeit der Baumwolle (SEEP)

» die ICAC Task Force zur kommerziellen Standardi-sierung der Baumwollprüfung (CSITC)

» das International Forum for Cotton Promotion (IFCP)

» das Komitee zur internationalen Zusammenarbeit der Baumwoll-Verbände (CICCA)

Natürlich wurden während der Tagung nicht nur Vor-träge angehört, sondern vor allem auch die Chance genutzt, sich zwischen den Teilnehmern aus allen Be-reichen der Baumwoll- und Textilkette zu vernetzen und Kontakte zu pflegen. Den besten Anlass dazu bot der traditionelle „Bremer Abend“, in dem noch mehr Teilnehmer als an der Tagung selbst einen geselli-gen Abend im Rathauskeller verbrachten, gemeinsam aßen, redeten, feierten und bis in die Morgenstunden tanzten.

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PROJEKTEHIGHLIGHTS

ITHEC 2014

International Conference & Exhibition on Thermoplastic Composites 2014

Im Oktober 2014 veranstaltete das Faserinstitut zum zweiten Mal in Kooperation mit der Messe-Bremen die internationale Konferenz über thermoplastische Composites für den Hochleistungseinsatz mit beglei-tender Ausstellung. Die Themenschwerpunkte lagen im Automobil- und Flugzeugbau. Auf großen Anklang stießen die neuen Themenschwerpunkte Hybridwerk-stoffe und Hybridprozesse sowie das Thermoformen + Spritzgießen (Overmoulding). Diese befinden sich im Automobilsektor auf dem Weg in die Serienanwendung. Weitere Themen waren die Anwendung von thermo-plastischen Faserverbundwerkstoffen in Öl- oder Gas-pipelines, Windkraftanlagen und im Druckbehälterbau.

Insgesamt wurde die Veranstaltung mit 320 Teilneh-mern aus 26 Ländern aus der Industrie und dem For-schungsbereich sowie 28 Ausstellern aus 6 Ländern ein internationaler Erfolg. Die ITHEC 2016 findet vom 11. – 12. Oktober 2016 statt.

Qualitätsmanagement

Das Faserinstitut Bremen besitzt ein integriertes Ma-nagementsystem, welches das zertifizierte Qualitäts-managementsystem nach ISO 9001, das Umweltma-nagementsystem nach EMAS III sowie die Organisation und Prozesse der Arbeitssicherheit bündelt und aufei-nander abstimmt. Das Qualitätsmanagementsystem ist wiederum eng verzahnt mit den Verfahren, die in ak-kreditierter Form nach ISO 17025 vorliegen. Neue Ziele, Schulungen sowie regelmäßige interne und externe Audits aller Elemente des Systems gewährleis-ten eine kontinuierliche Verbesserung der Institutsleis-tung. Eine Herausforderung wird die Umstellung des Systems auf die ISO 9001:2015 in 2016 sein.

ITHEC 2014 © Messe Bremen

ITHEC 2014 © Messe Bremen

Frau Skoczylas (TÜV NORD CERT GmbH) und Herr Ilchmann (FIBRE)

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PROJEKTEHIGHLIGHTS

erstellt. Der Bau von Flügeln, Leitwerken und Rumpf ist so weit fortgeschritten, dass das Flugzeug voraus-sichtlich 2017 fertig wird. Es ist geplant, dann in enger Kooperation mit dem Bremer Verein für Luftfahrt einen Flugbetrieb und wieder eine Ausbildung zum Erwerb der UL-Lizenz anzubieten. Parallel zum aktuellen Bau können Studienleistungen in Form von Masterprojekten und Abschlussarbeiten erbracht werden. Dazu gehörten in der Vergangenheit die Untersuchung von aerodynamischen Verbesserun-gen, die Substitution von metallischen Bauteilen durch solche aus CFK sowie die Entwicklung eines Wing-Booms oder der Instrumentierung. Damit leistet die Flugtechnische Vereinigung einen wertvollen, anwen-dungsorientierten Beitrag in der Ausbildung von Inge-nieureinnen und Ingenieuren.

Interessierte am Projekt sind herzlich eingeladen, den Flugzeugbau im Technikum des ZARM dienstags und donnerstags von 17:00 bis 20:30 Uhr zu verfolgen, mitzuarbeiten oder neue Fragestellungen für studen-tische Arbeiten zu diskutieren. Der Verein freut sich über jede weitere Unterstützung von Dritten für noch ausstehende Bauteile. Aufgrund des Vereinszwecks und der Gemeinnützigkeit sind Spenden steuerlich ab-zugsfähig.

Ansprechpartner sind:Christian Eigenbrod, [email protected] Hoffmeister, [email protected] Florian Meyer, [email protected]

Das Faserinstitut Bremen und das Zentrum für Ange-wandte Raumfahrttechnologie- und Mikrogravitation (ZARM) unterstützen die Aktivitäten der Flugtechni-schen Vereinigung Henrich Focke e.V. Der gemeinnüt-zige Verein wurde 1998 von engagierten, flugbegeister-ten Studierenden mit dem Ziel gegründet, die Themen Fliegen und Flugzeuge zu fördern.

In einer zweiten Generation von Vereinsmitgliedern und nach einer Satzungsänderung Ende 2007 wurde u. a. der Bau eines Ultralight-Flugzeugs beschlossen, woraufhin der Bausatz einer ZODIAC XL 601 durch Spenden und Mitgliedsbeiträge beschafft wurde. Das Flugzeug wird aktuell durch Studierende, wissen-schaftliche Mitarbeiter und weitere Vereinsmitglieder

Flugtechnische Vereinigung Henrich Focke an der Uni Bremen e.V.

C A M P U S

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PROJEKTEHIGHLIGHTSCAMPUS

MAPEX - Materials, Process, ExcellenceMaterialforschung- und Materialtechnologien gehören nicht nur zu ausgewählten Forschungsgebieten der Universität Bremen, sondern auch zu denen des Lan-des Bremen. Der Erfolg der Universität in der Excel-lenz-Initiative hat zum Konzept „Ambitious and Agile“ geführt, welches neue Strukturen für exzellente For-schungsgebiete entwickelt und umsetzt. Die Mission von MAPEX ist, die Kooperationen von Wissenschaft-lern der Materialwissenschaft und Prozesstechnologi-en zu unterstützen; weiterhin sollen interdisziplinäre Forschungsansätze die Ausbildung von jungen Wis-senschaftlern fördern. Das Center wird von einem Vor-stand aus zehn Forschern vom Sprecher Herr Prof. Dr. Ciacci geleitet. Aktuell sind 38 Wissenschaftliche Mit-arbeiter und sieben Wissenschaftler im MAPEX tätig.(http://www.mapex.uni-bremen.de)

FIBRE auf dem Campus

Die Institute und Aninstitute auf dem Campus der Uni-versität Bremen bieten ein hervorragendes Netzwerk aus materialwissenschaftlichen und produktionstech-nischen Spezialisten und Einrichtungen, die sich bei komplexen oder interdisziplinären Fragestellungen ergänzen und aufeinander eingespielt sind. Durch den Ansatz, verschiedene Materialien je nach Anfor-derungsprofil zu kombinieren, sind folgerichtig viele anwendungsorientierte Projekte entstanden, in de-nen das IWT (Stiftung Institut für Werkstofftechnik) die metallischen Komponenten entwickelt und das FIBRE diejenigen aus Faserverbundwerkstoffen.

Dr. Axel von Hehl: „Es ist eine außergewöhnlich erfolgreiche Partnerschaft, die sich zwischen FIBRE und IWT aus der DFG-For-schergruppe „Schwarz Silber“ he-raus entwickelt hat. Dies zeigt sich in den vielen anwendungsorien-tierten Projekten zum gemeinsa-men Forschungsfeld des hybriden

Werkstoffleichtbaus, das wir uns ohne die gegenseitige, fast schon ideale Ergänzung kaum hätten erschließen können. Dies ist letztendlich das, was unsere industri-ellen Forschungspartner enorm an uns schätzen“.

Ein Erfolgsfaktor für den Einsatz neuer Hybridwerk-stoffe und -bauweisen sind sichere und wirtschaftliche Fügeverfahren. Bei Fragestellungen zu Grenzflächen, Kleben und dem Nieten ist die Nähe zum Fraunhofer-Institut IFAM ein großer Vorteil, während das Nach-barinstitut BIAS seine Kompetenzen beim Schweißen und Umformen beisteuert. Eine gutes Beispiel einer erfolgreichen Zusammenarbeit zwischen der Univer-sität Bremen und den vier Aninstitiuten ist die DFG-Forschergruppe FOR 1224, in der an neuartigen Ver-bindungstechniken zwischen Aluminium, Titan und CFK geforscht wird.

Campus

Treffen im Rahmen der DFG-Forschungsgruppe FOR 1224

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Lehre

Das Faserinstitut Bremen e.V. ist seit 1989 durch einen Kooperationsvertrag eng mit der Universität Bremen verbunden. Herr Prof. Dr. Herrmann ist ordentlicher Professor im Fachbereich Produktionstechnik und lei-tet das Fachgebiet 12 „Werkstofftechnik, Spezialfasern und Faserverbundwerkstoffe“. Der Institutsleiter und Institutsmitarbeiter bieten die folgenden Vorlesungen an:

» Mechanik der Faserverbundwerkstoffe I und II » Technologie der polymeren Faserverbundwerk-

stoffe I und II » Fasern: Herstellung, Eigenschaften, Anwendungen » Konstruieren mit Faserverbundwerkstoffen

Diese Veranstaltungen sind teilweise Pflicht in den Vertiefungsrichtungen „Werkstoffwissenschaften“ und

„Produktionstechnik in der Luft- und Raumfahrt“. Vor-lesungen werden auch von den Honorarprofessoren Prof. Dr. Klenner und Prof. Dr. Degenhard sowie dem Lehrbeauftragten Marco Paccione angeboten. Für die-se aktive Unterstützung bedanken sich das Fachgebiet 12 und das Faserinstitut herzlich. Weiterhin werden jährlich ca. 50 Abschlussarbeiten, Exkursionen sowie studentische Projekte in den Bachelor- und Master-studiengängen angeboten.

Das Institut engagiert sich stark in der Weiterentwick-lung der Lehre, z. B. als Partner im BMBF-geförderten Projekt „konstruktiv“. Zu den Zielen dieses Projekts gehört die Integration von neuen Lernformen sowie die Gestaltung von Modulen, die prinzipiell auch für be-rufsbegleitende Studiengänge oder Zertifikate genutzt werden können. Dabei ist angedacht, im Wahlbereich und bei Laboren sehr flexible Möglichkeiten anzubie-ten.

Neue Angebote sollen solche Module sein, die Allein-stellungsmerkmale der Universität Bremen darstellen sowie auch die besonderen Bedarfe der norddeutschen Luftfahrtindustrie bedienen. Aktuell werden dazu die folgenden vier Module entwickelt:

1 Leichtbau

2 Produktionstechnik der Luftfahrzeuge

3 Werkstoffe für Luftfahrzeuge

4 Aerodynamik

Neben Kooperationen mit Instituten auf dem Cam-pus pflegt das Institut auch die Zusammenarbeit mit der HfK. Studentische Abschlussarbeiten beschäfti-gen sich hier mit der Produktgestaltung und Verwen-dung neuer Materialien für neue Produkt-ideen. Auch zur Hochschule Bremerhaven hat sich aus einem Lehrauftrag heraus ein Kontakt gebildet, der dazu führt, dass Studierende sich nach ihrem Bachelorab-schluss in Bremerhaven für einen Masterstudien- gang an der Universität Bremen entscheiden.

© Universität Bremen

Campus und Technologiepark Bremen


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Studentische Arbeiten

Viele Studierende nutzen das Angebot des Instituts an Abschlussarbeiten, Praktika und studentischer Hilfs-tätigkeiten. Die Vielzahl der im Institut bearbeiteten Projekte und die damit verbundene Menge und Diversi-tät der Projektpartner bietet sowohl den Studierenden als auch dem Institut ganz besondere Möglichkeiten. Die studentischen Arbeiten ergänzen die theoretischen Anteile des Studiums hervorragend, weil die Studie-renden typischerweise selbstständig ingenieurwis-senschaftliche Fragestellungen bearbeiten und dabei

Sascha Baltz, angehender Wirtschaftsingenieur, hat die Chance ergriffen, in seinem Praxissemester in Schweden als Technologe in der Herstellung von Haushaltsprodukten Erfahrungen zu sammeln. Dabei konnte er selbständig Versuche planen und umsetzen, um den Zusammenhang zwischen der Pro-duktqualität und der eingesetzten Baumwolle zu analysieren. „Durch die Tä-tigkeit habe ich auch ein gutes Bild der betrieblichen Abläufe und von der Ma-terialwissenschaft in der industriellen Praxis erhalten. Das Ganze hat mir viel Freude gemacht und ich würde es jedem empfehlen.“ sagt Herr Balz.

Patrick Nowakowski, Automobilbegeisteter Produktionstechnik-Student, unter-sucht in seiner Bachelorarbeit in Kooperation mit einem Automobilhersteller die Möglichkeit, ein Fahrwerkteil aus Metall durch eine Faserverbundwerk-stoff-Konstruktion zu substituieren. Er schwärmt über die komplexe Aufgaben-stellung und die Unterstützung: „Bei meiner Konstruktion steht nicht nur der Leichtbau im Vordergrund, sondern auch eine mögliche Funktionsintegration und eine wirtschaftliche Fertigungsmethode für das Großserienbauteil. Ein be-sonderes Plus ist, dass ich dabei die neueste Simulationssoftware lernen und nutzen kann.“

Jonas Werner studiert Produktionstechnik und hat in seinen bisherigen stu-dentischen Arbeiten schon an verschiedensten Faserverbundwerkstoffen für den Automobilbau- und die Luftfahrt gearbeitet. Für seine Masterarbeit hat er sich entschieden, ein neues Verfahren zur Herstelllung von Komponenten von Rotorblättern für Windenergieanlagen zu untersuchen. Dies tut er in Zusam-menarbeit zwischen dem Fraunhofer Institut IWES und dem Faserinstitut im Rahmen eines vom BMU geförderten Forschungsprojekts.

gleichzeitig mit den Methoden des Projektmanagements vertraut werden. Die Zusammenarbeit erlaubt zudem spannende Einblicke in verschiedenste Tätigkeiten und Unternehmen und führt oft zu langfristigen Verbindungen. Dem Institut ermöglichen dies Vorarbeiten zu wissen-schaftlichen Fragestellungen und grundlegende Unter-suchungen, die wiederum in neue Projektideen einfließen können. Dafür möchte sich das Institut an dieser Stelle bei allen Studierenden bedanken und einige der Studie-renden und ihre Arbeiten vorstellen.

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Lena Wenger studiert Produktionstechnik und hat im Rahmen ihrer bisherigen studentischen Arbeiten schon an verschiedensten Fertigungstechnologien und Materialmodifikationen für Faserverbundwerkstoffe gearbeitet. In ihrer Mas-terarbeitet untersuchte sie in Kooperation mit einem Sportwagenhersteller die Möglichkeit einer Materialmodifizierung für CFK. „Meine Masterarbeit eröffnet mir durch die Kooperation mit der Automobilindustrie eine interdisziplinäre Zusammenarbeit zur Erforschung der Potenziale von Carbon Nanotubes,“ sagt Frau Wenger.

Jana Reinsch hat im Rahmen ihrer Masterarbeit den Einfluss von kraftflussge-rechten Verstärkungselementen auf das mechanische Verhalten von langfaser-verstärkten Thermoplasten untersucht. Hierfür hat sie zunächst die hybriden Verstärkungselemente konsolidiert und anschließend in einem Extrusionsver-fahren die Einleger integriert.

Ufuk Atilla hat als langjähriger studentischer Mit-arbeiter am Institut schon an unterschiedlichsten Projekten mitgewirkt und dabei verschiedene Pro-zesse wie das Preforming, das Infusionsverfahren und das Pressformen von Hybridpreforms kennengelernt. Eine besondere Expertise besitzt er mittler-weile im Bereich der Konstruktion und Gestaltung von TFP-Preforms. Das Ins-titut freut sich, dass er dieses Wissen nun in seiner Masterarbeit an einer CFK Automobilstruktur weiter vertieft.

Kai Eggemann und Michael Meyer-Coors haben am FIBRE in ihrem Masterprojekt ein sogenanntes Paddelfahrrad entwi-ckelt und gebaut. Mit dem Paddelfahrrad haben sie eine neue Möglichkeit des Trai-nings für Kanuten erschaffen, auch ohne Wasser „Paddeln“ zu können. Das Fahr-zeug kann auch für Ungeübte ca. 30 km/h schnell fahren. Interesse an dem Produkt als Trainingsgerät haben bereits Kanuten verschiedener Nationalmannschaften und Olympiasieger bekundet.

Kai Eggemann

Campus der Universität Bremen


B A U M W O L L E

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PROJEKTEHIGHLIGHTSBAUMWOLLE

Schmutzgehalt, die Feinheit und der Reifegrad geprüft werden können.Im ersten Halbjahr 2015 wurden die Laborräume an der Bremer Baumwollbörse um 50 % vergrößert und technisch als auch im Design vollständig neu gestal-tet, um den neuen Anforderungen an das Labor ge-recht werden zu können. Insgesamt investierte die Bremer Baumwollbörse dazu ca. 500.000 EUR in die Räume sowie eine neue Klimaanlage. Die Eröffnung des modernisierten Labors erfolgte am 25. Juni 2015 im Rahmen des Besuchs von Bundesminister für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung Dr. Gerd Müller.

Baumwolle

Das Faserinstitut Bremen e.V. ist seit der Gründung des Baumwolllabors 1955 und der daraus 1969 folgen-den Institutsgründung in enger Kooperation mit der Bremer Baumwollbörse verbunden. Langjährige The-men dieser Kooperation sind z.B. das Baumwoll-Labor, der Bremer Rundtest, die gemeinsame Durchführung der International Cotton Conference und Schulung/Be-ratung. Mit der Gründung der ICA Bremen GmbH im Oktober 2011 als Joint Venture zwischen der Bremer Baum-wollbörse und der International Cotton Association (Liverpool) und der Kooperation zwischen ICA Bremen und dem FIBRE begann hier eine neue Ära. Durch die Kombination der technischen Erfahrung aus Bremen und der weltweiten Reichweite der ICA konnte nicht nur das Prüfaufkommen von Liverpool und Bremen in Bremen vereint werden, sondern ergaben sich auch viele neue Bereiche der Zusammenarbeit.

Baumwolllabor

Das Labor konnte durch das Marketing der ICA Bre-men neue Kunden gewinnen und seine Prüfaufträge zwischen 2012 und 2015 um 50 % steigern. Es ist welt-weit sowohl für Kontrakte entsprechend den Regeln der Bremer Baumwollbörse als auch denen der ICA als letzte Qualitätsinstanz unumstritten.Im November 2015 wurde der World Cotton Contract der Intercontinental Exchange Inc. (ICE) von US-Baumwolle auf weitere Baumwollen erweitert. Dazu wurde das Labor auswählt, einzig neben dem US-Landwirtschaftsministerium (USDA-AMS) die nötigen Baumwollprüfungen durchzuführen. Ab 2016 ist auch hier mit einem stärkeren Prüfaufkommen zu rechnen.Dank der Unterstützung durch die Bremer Baumwoll-börse konnte 2014 das Uster AFIS Pro 2 (Advanced Fi-ber Information System) als neues Prüfgerät beschafft werden, mit dem neben Länge und Nissen auch der

Baumwolle

Aufbruch

Im Sommer 2014 beschloss der Vorstand der Bremer Baumwollbörse, mit dem Faserinstitut Bremen e.V. einen dreijährigen Patenschaftsvertrag abzuschlie-ßen, um die Zusammenarbeit für Baumwolle weiter zu intensivieren. Aufgrund dessen wurde im Januar 2015 Frau Christina Giebing (M.Sc.) und im Anschluss Frau Franziska Stehle (M.Sc.) eingestellt. Ziel ist es, sowohl direkt mit der Bremer Baumwollbörse abgesproche-ne kurzfristige Forschungsthemen zu bearbeiten als auch neue, öffentlich geförderte Forschungsprojekte zu baumwollbezogenen Themen auszuarbeiten und zu beantragen. Beispielhafte Themenstellungen, die bis-her verfolgt werden, sind:

» Erstellung einer Baumwoll-Datenbank mit den jährlichen Qualitätsdaten aller Ursprünge auf Basis der Faserprüfung im Labor. Die Datensammlung lässt einen interessanten, detaillierten Einblick in die weltweite Verteilung der Baumwollqualität und die Entwicklung über die Jahre zu.

» Erstellung einer Marktanalyse zu Trends in der zu-künftig benötigten Baumwollqualität. Dazu werden aktuell gemeinsam mit der Bremer Baumwollbörse und dem ITA Aachen ca. 2000 Spinnereien weltweit befragt.

Laboreröffnung am 25. Juni 2015 (von links):

Minister Dr. Gerd Müller (BMZ), Kai Hughes (ICA Bremen),

Ernst Grimmelt (BBB), Axel Drieling (FIBRE),

Henning Hammer (BBB), Fritz Grobien (BBB)

©BBB

Das neu gestaltete Baumwoll- und Wolllabor © BBB

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Laboreröffnung am 25. Juni 2015 (von links):

Minister Dr. Gerd Müller (BMZ), Kai Hughes (ICA Bremen),

Ernst Grimmelt (BBB), Axel Drieling (FIBRE),

Henning Hammer (BBB), Fritz Grobien (BBB)

©BBB

» Erstellung eines Forschungsantrags zur Herstel-lung von Noppenwaben aus Baumwolle und Poly-lactid als strukturelles Material für den Leichtbau. Ziel ist es, Baumwolle verstärkt auch für neue Pro-dukte im technischen Umfeld einzusetzen.

» Entwicklung und Evaluierung von Möglichkeiten, anhand von Messungen am fertigen Produkt auf die eingesetzten Baumwollen rückschließen zu können. Letztendlich soll erreicht werden, mit einem einfa-chen Sensor im Textilhandel qualitativ und quanti-tativ erkennen zu können, ob und zu welchem An-teil Baumwollfasern, die während der Entkörnung markiert wurden, im Produkt enthalten sind. Dieses Thema ist insbesondere für Baumwolle bestimmter Label, wie z.B. Biobaumwolle, Cotton made in Afri-ca, Egyptian Cotton, Supima, Better Cotton Initiati-ve, von großem Interesse.

„Die langjährige Zusammenarbeit zwischen Baumwollbörse und Faserinstitut ist eine Erfolgs-geschichte. Das hat die Baumwollbörse bewogen, die Kooperation durch eine Patenschaftsstelle zu fördern, um die Baumwollforschung und Pro-duktentwicklungen zu intensivieren. Diese Ent-scheidung hat unmittelbar zu neuen, vielverspre-chenden Projekten geführt." Elke Hortmeyer, BBB

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ICA Bremen zertifiziert mit Unterstützung des FIBRE seit 2013 Labore. Ein wichtiger Aspekt der Laborbe-wertung sind die Teilnahmeergebnisse der Labore an den CSITC-Rundtests – ein sehr gutes und objektives Kriterium, um die Qualität der Labore zu überprüfen. Bis 2015 wurden 3 Labore zertifiziert. Für 2016 ist die Zertifizierung von 6 weiteren Laboren geplant.

Seit 2012 bietet ICA Bremen jährlich ein Cotton Clas-sification and Testing Training an, in dem das FIBRE in neun Sessions Kenntnisse in der Baumwollprüfung vermittelt. Teilnehmer sind vor allem Entscheidungs-träger aus der Baumwollproduktion und –verarbeitung sowie Laborleiter.

Leistungen des Baumwolllabors

Für Baumwolle und Wolle leistet das Institut vie-le kontinuierliche Tätigkeiten. Neben dem Labor- betrieb zählen hierzu vor allem die Harmonisierung der Faserprüfung, Schulungen und die Gremienarbeit.

Im seit 1956 bestehenden ICA Bremen Rundtest sind aktuell 164 Labore angemeldet und im Durchschnitt beteiligen sich 120 bis 130 Labore an den einzelnen Rundtests. Neben ca. 50 Laboren aus Indien, 20 aus China und 12 aus Deutschland beteiligen sich 39 wei-tere Länder an dem Rundtest mit dem Schwerpunkt auf Europa und Asien. Nur dieser Rundtest bietet die Möglichkeit, alle in Baumwoll-Laboren eingesetzten Gerätearten miteinander zu vergleichen.

Der 2007 begonnene CSITC-Rundtest, den das FIBRE (Auswertung, Laborbewertung) gemeinsam mit dem ICAC (Anmeldung) und dem US-Landwirtschaftsmi-nisterium (Musterversand) durchführt, dient zentral der Verbesserung der kommerziellen Nutzung der Baumwollqualitätsdaten. Dazu ist der Rundtest auf Baumwollprüfstraßen (HVI) beschränkt, beinhaltet aber eine intensivere Prüfung und eine Bewertung der Labore. Die Anzahl der Teilnehmer stabilisiert sich auf ca. 110 angemeldete Labore mit durchschnittlich über 130 teilnehmenden Geräten pro Rundtest vor allem aus den baumwollproduzierenden Ländern. Aus den Ergebnissen ist sehr gut zu erkennen, was mit Rund-tests erreicht werden kann: Obwohl es zwischen 2007 und 2015 kaum technische Neuerungen gab, konnte die Messwertstreuung zwischen den teilnehmenden Laboren als Mittelwert aller evaluierten Eigenschaften um 25 % gesenkt werden. Für die Baumwollfestigkeit konnte die Streuung um 30 % reduziert werden. Ursa-che ist, dass die Labore auf den ersten Blick erkennen können, wo sie Abweichungen zu den Referenzwerten haben und wie es ihre Bewertung verschlechtert.

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E C O M A T

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PROJEKTEHIGHLIGHTSECOMAT

EcoMaT

Von Links: Dr. André Walter, Senator Martin Günthner, Michael Göbel © WFB, F. Pusch

Center for Eco-efficient Materials and Technologies

„Spatenstich“

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PROJEKTEHIGHLIGHTSECOMAT

EcoMaT einen attraktiven zweiten Standort erhalten. Es ist beschlossen, ein zusätzliches Technikum für die Prozessentwicklung von thermoplastischen Faserver-bundwerkstoffen einzurichten und die Labore zu er-weitern. Diese Ausrichtung fußt auf gewachsenen Ver-bindungen und gelebte Kooperationen mit der Daimler AG, Mercedes-Benz Werk Bremen und der Airbus-Abteilung Materials and Processes. Mit dem EcoMaT erhält das FIBRE auch die Möglichkeit sein Wachstum fortzusetzen; insgesamt wird das Institut ca. 30 Perso-nen im EcoMaT beschäftigen.

Auch ohne Gebäude führt das EcoMaT schon jetzt zur Verabredung und Planung gemeinsamer Forschungs-projekte. Um diese Kooperationen weiterhin in Bremen zu stärken, hat das Land Bremen im Dezember ein ei-genes Luft- und Raumfahrtprogramm beschlossen. Start des Programms soll Mitte 2016 sein und ist per-spektivisch bis 2020 mit mehr als 10 Mio. € primär aus dem regionalen Strukturfonds der EU (EFRE) ausge-stattet. Gemeinsam mit Bremer Forschungsinstituten und EcoMaT-Industriepartnern wie Airbus und Merce-des befinden sich mehrere Anträge für das Programm in Vorbereitung.

Das Land Bremen hat die strategische Entscheidung getroffen, die anwendungsorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet des Leichtbaus in Bremen durch das Projekt EcoMaT zu unterstützen. Dazu wird in der Airport-Stadt Bremen bis Ende 2018 in unmittel-barer Nachbarschaft zu Airbus ein Entwicklungszent-rum mit einer Fläche von ca. 22.000 m² errichtet. Ziel des Projektes ist, den Akteuren eine hervorragende In-frastruktur für die eigenen Forschungsaktivitäten zur Verfügung zu stellen und gleichzeitig die Kommunika-tion und Synergien einer engen Kooperation zwischen den Mietern zu fördern. Schon jetzt führt das EcoMaT zu einer Intensivierung der bestehenden Zusammen-arbeit zwischen den entwicklungsintensiven Branchen Automobil, Luftfahrt, Raumfahrt und Windkraft, die mit Konzernen und Zulieferern in Bremen ansässig sind, und bremischen Forschungseinrichtungen.

Mit dem EcoMaT schafft Bremen die Bündelung der Kompetenzen für den Leichtbau sowie den damit ver-bundenen Aktivitäten wie additive Fertigung, Qualifi-kation und Zertifizierung von Materialien für die Luft- und Raumfahrt und perspektivisch weitere Branchen.

„Dies ist nicht nur für Bremen ein zentrales industrie- und innovationspolitische Projekt, sondern auch ein bedeutender Baustein im norddeutschen Verbund.“, so Bastian Müller, EcoMaT-Koordinator der Wirtschafts-förderung Bremen (WFB). „Zu dem CFK-Nord in Sta-de und den Technologiezentren in Nordenham und Varel wird 2016 noch das ZAL in Hamburg entstehen. Ab 2018 wird das EcoMaT diesen Kompetenzverbund komplettieren.“ Hierfür wird bereits heute durch die EcoMaT-Partner ein gemeinsames Forschungsprofil EcoMaT erstellt und an gemeinsamen Forschungsthe-men gearbeitet.

Insgesamt werden im EcoMaT rund 500 Experten unter einem Dach forschen und entwickeln. Das Faserinsti-tut wird als materialwissenschaftliche Kernpartner im

K O M P E T E N Z F E L D E R

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PROJEKTEHIGHLIGHTSKOMPETENZFELDER

Kompetenzfeldleiterin Johanne Hesselbach stu-dierte Textiltechnik an der Hochschule Niederrhein in Mönchengladbach und Angewandte Polymerwis-senschaften an der Fachhochschule Aachen. Seit

Zusammenarbeit

Die fünf Kompetenzfelder Materialentwicklung und -charakterisierung (MEC), Faserentwicklung (FE), Struktur- und Verfahrensentwicklung (SV), Strukturmechanik und Simulation (SIM) und Prüfmethoden (PM) bilden das Zen-tum in der Organisation des Faserinstituts.

Die Expertise und die enge Kooperation der Kompetenzfelder untereinander tragen maßgeblich zum Erfolg des Instituts bei. Nachfolgend stellen die Leiter/innen – Johanne Hesselbach (MEC), Dr. Louisa Dahbi (FE), Patrick Schiebel (SV), Dr. Christian Brauner (SIM) und Axel Drieling (PM) – Forschungsschwerpunkte des jeweiligen Kom-petenzfeldes vor.

Kompetenzfelder

Von links: Dr. Christian Brauner, Johanne Hesselbach, Patrick Schiebel,

Dr. Louisa Dahbi, Axel Drieling

Kompetenzfeld Materialentwicklung und -charakterisierung (MEC)Johanne Hesselbach: „Unser Kompetenzfeld spiegelt in gewisser Weise die Geschichte des Faserinstituts wider, das aus dem Zusammenschluss des Baumwoll- und Wolllabors entstanden ist. Noch heute werden in unserem Labor in der Bremer Baumwollbörse Baum-woll- und Wollprüfungen durchgeführt.“ Gleichzeitig unterstützt und begleitet die Abteilung mit den Labo-ren an der Universität laufende Forschungsprojekte und wissenschaftliche Arbeiten der Mitarbeiter und Studenten. „Außerdem führen wir neben Prüfungen nach Norm auch speziell für Kunden angepasste Prü-fungen durch – z.B. für Kunden aus der Luftfahrt, Au-tomobil, Textil- und Bekleidungsbranche.“

Schnittstellen zu anderen Kompetenzfeldern: „Mate-rialcharakterisierung findet sich in allen Forschungs-projekten wieder, zum Beispiel beim Screening der Kunststoffe für die Faserentwicklung, Kennwerter-hebung für Strukturmechanik und Simulation, me-chanische Kennwerte und Untersuchung der inneren Qualität für Struktur- und Verfahrensentwicklung. Eng verzahnt sind wir natürlich mit Prüfmethoden: nach Abschluss der Methodenentwicklung werden diese an das Labor übergeben.“

Kompetenzfeld Faserentwicklung (FE)Kompetenzfeldleiterin Dr. Louisa Dahbi: „Im Kom-petenzfeld Faserentwicklung (FE) werden zwei For-schungsschwerpunkte, Naturfasern und Chemiefa-sern im Schmelzspinnverfahren verfolgt.“ Auf dem Gebiet der Naturfasern beschäftigt sich das Kompe-tenzfeld mit der Entwicklung von Materialen für die

Juli 2012 arbeitet sie als Wissenschaftliche Mitar-beiterin an der Universität Bremen im Fachbereich Produktionstechnik und leitet am Faserinstitut die Abteilung Materialentwicklung und -charakterisie-rung. Hier beschäftigt sie sich mit der Prüfung und Analyse von Polymeren, Fasern, technischen Textili-en und Faserverbundwerkstoffen.

Mitarbeiter/innen und Forschungsfelder: » Manuel Hahn: stellvertretende Laborleitung,

Materialmodifikationen mit CNT » Petra Lücke: INTERWOOLLABS, Baumwoll- und

Bastfaserprüfung, Materialographie » Gabriele Meyer: Baumwoll- und Wollprüfung » Mansour Mirzaghavam: Bastfaserprüfung,

chemische Analysen » Katrin Nießen: Baumwollprüfung » Manuela von Salzen: pysikalische Prüfung, CT » Tanja Slootmaker: INTERWOOLLABS, Baum-

wollprüfung, REM–Faseridentifizierung » Daniel Wilharm: thermische und chemische

Analysen

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PROJEKTEHIGHLIGHTS

Von links: Dr. Christian Brauner, Johanne Hesselbach, Patrick Schiebel,

Dr. Louisa Dahbi, Axel Drieling

Kompetenzfeld Struktur- und Verfahrensentwicklung (SV)Patrick Schiebel: „Unser Kompetenzfeld Struktur- und Verfahrensentwicklung ist Anfang 2016 durch die Zu-sammenlegung der Teams Composite Manufacturing Technologie und Textile Strukturen entstanden. Da-durch können wir die einzelnen Forschungsschwer-punkte besser vernetzen.“

Ziel der Forschung ist die Entwicklung leichtbauge-rechter Faserverbundlösungen für komplexe Anwen-dungen. Im Fokus zukünftiger Forschungsaktivitäten ist verstärkt die Steigerung der Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit der Verbundmaterialien und Prozes-se.

Patrick Schiebel: „Die Kooperation mit den anderen Kompetenzfeldern ist eng.“ So unterstützt das Kom-petenzfeld Faserentwicklung mit neuartigen Garnen aus dem Schmelzspinnverfahren die Entwicklung von Hybridpreforms. Die Analyse des Drapierverhaltens erfolgt mit Methoden der digitalen Bildanalyse aus dem Kompetenzfeld Prüfmethoden. Zum Aufbau eines umfassenden Prozessverständnisses kommen Be-rechnungsmodelle aus dem Kompetenzfeld Struktur-mechanik und Simulation zum Einsatz. Die Analyse der Materialeigenschaften erfolgt in Zusammenarbeit mit den Experten des Kompetenzfeldes Materialent-wicklung und -charakterisierung.

Erhaltung und Restaurierung von Objekten des Kultur-erbes bis zum Verbrauch von Naturfasern als Beitrag zum Nachhaltigen Leichtbau im Automobil- und Flug-zeugbau. Für den Forschungsschwerpunkt Schmelz-spinnverfahren wurde die Spinnanlage in den vergan-genen Jahren kontinuierlich weiterentwickelt. „Die neuen Möglichkeiten Hohlfasern herzustellen sowie das Verarbeiten von Hochtemperaturthermoplasten macht die Spinnanlage für industrielle und technolo-gische Anwendungen attraktiv.“

Ziele des Kompetenzfelds sind die Etablierung poröser Fasern für Filteranwendungen, bio-basierte Fasern und Förderung von Naturfasern in der nachhaltigen Entwicklung durch technologisch optimierte Natur-werkstoffe in Brandschutzanforderung für die Luft-fahrt.

Schnittstellen zu den anderen Kompetenzfeldern gibt es viele. „Wir unterstützen die Struktur- und Verfah-rensentwicklung durch die Herstellung neuartiger Fa-sern aus dem Schmelzspinnverfahren. Die thermische und mechanische Analyse der hergestellten Materiali-en erfolgt wiederum durch das Kompetenzfeld Materi-alentwicklung und Charakterisierung.“

Kompetenzfeldleiterin Dr. Louisa Dahbi studierte Grundlagenphysik an der Universität Paris-XI Orsay und promovierte im Bereich Physik auf dem Gebiet weicher Materie. Anschlusstätigkeiten als Post-Doc an der Universität Freiburg (Schweiz), als wissen-schaftliche Mitarbeiterin im Forschungszentrum Jülich (Polymere/Neutronenstreuung) und Wissen-schaftlerin am DESY in Hamburg (Röntgenstreu-ung). Seit September 2015 leitet sie das Kompe-tenzfeld Faserentwicklung.

Mitarbeiter/innen und Forschungsfelder: » Lars Bostan: Schmelzspinnverfahren, Lignin

Präkursoren, Funktionsfasern » Dr. Holger Fischer: Biobasierte Fasern für Com-

posite, NFK

Kompetenzfeldleiter Patrick Schiebel studierte Produktionstechnik an der Universität Bremen und ist seit 2005 als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Faserinstitut im Bereich der Faserverbundwerk-stoffe tätig. Sein Forschungsschwerpunkt ist die belastungsoptimierte Preformfertigung mittels der Tailored Fibre Placement Technologie. Von 2011 bis 2015 leitete er das Team Textile Strukturen im Kompetenzfeld Faserverbund, Struktur- und Ver-fahrensentwicklung.

KOMPETENZFELDER

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Mitarbeiter/innen und Forschungsfelder: » Katharina Arnaut: endlosfaserverstärke Ther-

moplastische Inserts » Ralf Bäumer: Nachhaltigkeit und Natur-Faser-

verstärkte Kunststoffe » Holger Büttemeyer: Hybridstrukturen » Mirko Christ: Drapierverhalten technische

Textilien » Frederik Evers: kontinuierliche Fertigungsver-

fahren » Anja Häberle: Verabeitungsverhalten von Prepregs » Florian Jansen: Formgebungsprozesse für

Thermoplaste, Endlosfaserverstärkter 3D-Druck » Maximilian Koerdt: hybride Textilien, Overmoul-

ding » Anna Lang: Schlaufenverbindungen » Lisa Müller: Pultrusion, Infusion, RTM » Patrick Schiebel: Tailored Fibre Placement

Ziel des Bereichs Simulation ist die Entwicklung von Simulationsstrategien und Materialmodellen, mit de-nen sich Fragestellungen wie Drapierverhalten, Aus-härtung, Kristallisation, Wärmeströme in Autoklaven und Werkzeugen, Verzug und Eigenspannungen für duromere und thermoplastische Faserverbundmateri-alien beantworten lassen.“

Im Bereich Strukturmechanik liegt ein Schwerpunkt auf Crash- und Sandwichstrukturen. Besonders Struk-turen aus kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen mit Hartschaumstoff und speziellen Pinverstärkungen sind Gegenstand der Forschung. Brauner: „Wir zie-len darauf, Auslegungsmethoden für impacttolerante Sandwichstrukturen zu entwickeln, mit denen sich die gewonnen Erkenntnisse auf andere industrielle An-wendungsfelder übertragen lassen.“

Ein weiteres Forschungsfeld ist die Strukturzustands-überwachung oder Structural Health Monitoring (SHM). „Es geht darum, Schädigungen oder schädi-gende Ereignisse in kritischen Strukturbereichen au-tomatisiert zu lokalisieren.“ Dadurch können bereits bei der Auslegung der Elemente ein höherer Leicht-baugrad realisiert und die Wartungszyklen verlängert werden. Der Schwerpunkt der Forschungen am Faser-institut Bremen liegt auf SHM-Methoden für kohlen-stofffaserverstärkte Kunststoffe.

Kompetenzfeld Strukturmechanik und Simulation (SIM)„Unser Schwerpunkt liegt auf der Prozess- und Bau-teilsimulation,“ sagt Kompetenzfeldleiter Dr. Christian Brauner, „und ist eng mit dem Kompetenzfeld Struk-tur- und Verfahrensentwicklung vernetzt.“ Neben ei-gener Forschung ergänzt es deren Forschung bei der Entwicklung neuer Fertigungsprozesse mittels Simu-lationsmethoden. „Ziel ist es, ein Bauteil entlang der Fertigungskette von der Herstellung bis zum Versagen mittels numerischer Methoden zu begleiten.“Die Entwicklung von Herstellungsprozessen beruht in der industriellen Praxis meist auf Erfahrungswerten aus vorangegangen Prozessen oder auf Herstellerspe-zifikationen. Mithilfe der virtuellen Abbildung der Pro-zesse lassen sich jedoch kostenintensive Fertigungs-versuche vermeiden.

„Außerdem wird über die Charakterisierung und Mo-dellierung einzelner Prozessparameter die Entwick-lung des Fertigungsprozesses von dem erfahrungsba-sierten in ein wissensbasiertes Vorgehen transformiert.

Dr. Christian Brauner, Kompetenzfeldleiter Struk-turmechanik und Simulation studierte Maschinen-bau in Bielefeld, Masterabschluss CAM-Engineering an der Hochschule Flensburg. Nach Industrietätig-keiten als Flugzeugkonstrukteur und Berechnungs-ingenieur ab 2009 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am FIBRE, Promotion 2013, anschließend Teamlei-ter und seit 2015 Kompetenzfeldleiter.

Mitarbeiter/innen und Forschungsfelder: » Arne Breede: Infusion, Injektionssimulation » Adli Dimassi: Impact Sandwich » Tim Frerich: Verzug Eigenspannungen

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Kompetenzfeld Prüfmethoden (PM)Prüfmethoden, genauer die Prüfung von Fasern und die Harmonisierung der Prüfverfahren, sind seit der Gründung Arbeitsschwerpunkte des Instituts. „Spä-ter wurden die Themenbereiche um die Entwicklung neuer Prüfmethoden wie Bild- und Messdatenverar-beitung und Zerstörungsfreie Prüfmethoden ergänzt“, berichtet Axel Drieling, der seit 2003 das Kompetenz-feld leitet. Der Schwerpunkt Faserprüfung und Harmonisierung umfasst langfristig angelegte Arbeiten zur Harmoni-sierung der Baumwollprüfung und Wollprüfung. Dazu gehören Durchführungen von Rundtests, Laborzertifi-zierungen, Normierungstätigkeiten und internationa-le Beratungsprojekte. „Wir pflegen langjährige enge Kooperationen und Verbindungen zu internationalen Organsationen wie dem International Cotton Advisory Committee (ICAC), der International Textile Manufac-turers Federation (ITMF), INTERWOOLLABS und vie-len anderen. Durch die Arbeit in der ICAC Task Force on Commercial Standardization of Instrument Testing of Cotton (CSITC) und die Kooperation mit dem 2011 aufgebauten ICA Bremen International Quality Testing and Research Centre konnte dieser Schwerpunkt noch vertieft werden.“ Das Institut ist mit diesen Arbeiten in der Baumwoll- und Wollprüfung weltweit anerkannt.

Bild- und Messdatenverarbeitung Kamerabasierte und andere Sensorsysteme bieten die Möglichkeit, sehr schnell Zustandsinformationen zur Verfügung zu stellen, die mit entsprechender Auswer-tung als Online-Messungen genutzt werden können. Sie dienen der Charakterisierung technischer Textilien auf z. B. Faserorientierung und Drapierbarkeit sowie der Qualitätssicherung im Faserverbund-Herstel-lungsprozess.

Zerstörungsfreie Prüfmethoden Neben Bildaufnahmen im sichtbaren Bereich existieren weitere zerstörungsfreie Signal- und Bildaufnahme-methoden, die tiefere Einblicke in die Bauteile ermög-lichen. Zusätzlich zu gegebener Lasertriangulation, zu Ultraschallmessungen und Thermographie-Untersu-chungen wurde in diesem Forschungsschwerpunkt die Beschaffung einer Mikro-Computertomographie-An-lage (μ-CT) getätigt, mit der Bauteile zerstörungsfrei auf Fehler untersucht werden können. In einem aktu-ellen Projekt zu Structural Health Monitoring wird eine drahtlose Sensorik zur Strukturzustandsüberwachung mit Lamb-Wellen entwickelt.

Das Kompetenzfeld PM übernimmt eine Querschnitts-funktion für alle Abteilungen: Die Zusammenarbeit reicht von der Einbringung von Methoden zur Quali-tätssicherung vor allem in Projekten mit dem KF SV, der Verifizierung von Simulationsergebnissen mit KF Simulation, der Kooperation mit dem MEC-Labor zur kommerziellen Prüfung von Baumwolle und Wolle bis hin zur Kooperation mit KF Faserentwicklung für die Entwicklung von Methoden zur Qualitätssicherung bei Bast- und Recyclingfasern.

Kompetenzfeldleiter Axel Drieling studierte Pro-duktionstechnik an der Universität Bremen. Dip-lomarbeit im FIBRE; Wissenschaftlicher Mitarbeiter am FIBRE seit 1996; Arbeitsgruppenleiter Faser-messtechnik 2000 bis 2003, parallel Laborleitung 2001 bis 2003; Kompetenzfeldleiter Prüfmethoden seit 2003; Vorstandsmitglied des Instituts seit 2006; als Senior Manager Cotton verantwortlich für alle baumwollbezogenen Themen.

Mitarbeiter/innen und Forschungsfelder: » Oliver Focke: Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung » Hannelore Gerardi: Rundtests, Faserprüfung » Dr. Andrea Miene: Bild- und Messdatenverar-

beitung » Franziska Stehle: Baumwolle, Baumwollprodukte

» Robert Gaitzsch: Umformsimulation, Spritzguss » Dr. Michael Koerdt: SHM, Process Monitoring » Jan Kremberg: Crashverhalten, Auslegung

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Ausstattung

Das Faserinstitut Bremen hat eine mehr als 50 jähri-ge Erfahrung in der Prüfung von Baumwolle und Wolle sowie der Charaktersierung von Polymeren, techni-schen Textilien, Fasern und Verbundbauteilen.

Das FIBRE arbeitet seit 1955 als das Labor der Bremer Baumwollbörse und seit 2011 als Labor für das ICA Bremen International Quality Testing and Research Centre. Es stellt damit die letztendliche Qualitäts-instanz für alle Kontrakte auf Basis der Bremer und Liverpooler Handelsregeln dar. Gleichzeitig engagiert sich das FIBRE seit den 1950er Jahren mit der inter-laboratoriellen Harmonisierung der Baumwollprüfung und ist hier weltweit bekannt und anerkannt. Damit hat das Labor den Anspruch, höchste Zuverlässigkeit zu gewährleisten.

Angeboten wird einerseits die instrumentelle Klas-sierung von Baumwolle mit Faserteststraßen (High Volume Instruments), um schnell und kostengünstig alle wichtigen Qualitätskennwerte zu ermitteln, und andererseits Prüfungen, mit denen Baumwolle de-tailliert charakterisiert werden kann. Darüber hinaus entwickelt das Institut innovative Methoden, um die Ei-genschaften zu erfassen, die für die Charakterisierung und Verarbeitung nötig sind. Die Routineprüfmethoden werden über die ICA Bremen GmbH angeboten, weite-re Verfahren direkt über das Prüflabor.

Das FIBRE führt Prüfungen zur Qualitätsbestimmung an Wollkammzügen nach den international aner-kannten Standards durch. Dazu wird das Labor durch INTERWOOLLABS überprüft und zertifiziert. Die Ver-fahren werden ebenfalls an anderen Mustern (weitere Tierhaare bzw. andere Mustervorbereitungen) angebo-ten.

Das Qualitätsmanagement des Labors ist nach DIN EN ISO/IEC 17025:2005 akkreditiert und besitzt die Kompetenz, physikalisch-chemische, mechanische und technologische Untersuchungen an Baumwolle, Wolle, Faserverbund-Werkstoffen sowie Textilien und Produkten durchzuführen. Diese umfassen zum einen im Bereich der thermischen Analyse DSC-Prüfungen als auch mechanische Prüfungen wie Zugversuche. Bei der Baumwoll- und Wollprüfung sind die Methoden HVI (High Volume Instrument) und Airflow akkreditiert. Das Labor des Faserinstituts ist in die folgenden Be-reiche gegliedert: thermische, mechanische, topologi-sche und bildgebende sowie chemische Analyse.

Die thermische Analyse greift dabei auf die Verfah-ren der Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermisch-mechanischen Analyse (TMA), Dyna-misch-mechanischen Analyse (DMA), Rheometrie, Thermogravimetrischen Analyse (TGA), Temperatur-leitfähigkeitsmessung, Wärmeleitfähigkeitsmessung (WLF) und dem Brandversuch zurück. Die DSC-Mes-sungen nach DIN EN ISO 11357 seien dabei als akkre-ditiertes Messverfahren besonders hervorgehoben. Es ist möglich Duroplaste, Thermoplaste, Fasern oder auch Faserverbundwerkstoffe und u. a. deren Glas-übergangs-, Kristallisations-, Schmelztemperatur, das Aushärteverhalten, die Fließeigenschaften oder deren Schwindungsverhalten zu untersuchen.

Bei der mechanischen Analyse stellt die Universal-prüfmaschine Z250 der Firma Zwick das Herzstück dar. Mit ihr können Dreipunktbiegeversuche, Versuche zur Weiterreißfestigkeit und klassische Zugversuche durchgeführt werden. Gleichzeitig können die Versu-

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PROJEKTEHIGHLIGHTS

che in einem Temperaturspektrum von -90 bis 300 °C durchgeführt werden. Zu Bestimmung der mecha-nischen Kennwerte von Garnen, textilen Werkstoffen und technischen Fasern stehen eine Instron-Zugprüf-maschine und ein Einzelfaserprüfgerät der Firma Dia-Stron zur Verfügung.

Die Drapierung und das Preformen von technischen Textilien sind entscheidende Faktoren für eine wirt-schaftliche Fertigung von hochwertigen Faserver-bundstrukturen. Dazu ist die sichere Kenntnis des Umformverhaltens des Textils erforderlich. Mithilfe des DRAPETESTs der Firma Textechno kann das Dra-pierverhalten technischer Textilien am Faserinstitut ermittelt werden.

Zur Bestimmung des Langzeitverhaltens von faser-verstärkten Kunststoffen unter definierter Last steht ein Kriechprüfstand zur Verfügung. Der Versuch kann entweder bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Tem-peratur und Luftfeuchtigkeit erfolgen.

Zur Analyse der inneren Qualität von Faserverbund-werkstoffen wird neben materialographie Untersu-chungen die Mikro-Computertomographie (µ-CT) eingesetzt. Die Röntgen-Computertomographie er-möglicht dabei die Analyse der inneren Qualität von Faserverbundwerkstoffen hinsichtlich Poren, Delami-nationen, Fehlstellen und Faserorientierung, Scha-densanalysen (z.B. stoßbelasteter Faserverbundbau-teile) sowie einen Abgleich mit CAD-Soll-Geometrien.Darüber hinaus bietet das Labor lichtmikroskopi-sche und rasterelektronenmikroskopische Analysen zur qualitativen und quantitativen Untersuchung von Kaschmir und Edelhaaren. Um eine deutlich erhöh-te Aussagekraft der Ergebnisse erreichen zu können, wird dieser Service in Kooperation mit Impetus Biosci-ence GmbH durch eine DNA-Analyse ergänzt.

Seit über 15 Jahren ist das FIBRE in der Qualitäts-prüfung von Bastfasern engagiert. Die Messverfahren beruhen auf international anerkannten Standards und

wurden im Rahmen unserer eigenen Forschungsak-tivitäten für die Bastfaseranalytik angepasst und vali-diert. Ein etabliertes Verfahren ist das FibreShape. Mit dieser Methode ist es möglich die Faserlängen und –breitenverteilung zu ermitteln. Hierbei werden die Fa-sern eingescannt und mittels einer Software die Werte analysiert.

Zu den chemischen Verfahren gehören die Bestim-mung des Restfestgehalts und des Faservolumenge-halts sowie die chemische Faserextraktion. Alle drei Verfahren werden mit der Soxhlet-Extraktion durch-geführt, bei der die zu analysierende Probe mit einem Lösungsmittel bearbeitet wird und dabei entweder die Matrix entfernt wird und die Fasern bestehen bleiben oder das Fett von Wollproben extrahiert wird.Es ist also möglich, den kompletten Prozess vom Polymer über die Fasern bis hin zum Bauteil zu un-tersuchen und zu bewerten. Die Polymeranalytik und Werkstoffprüfung im Faserinstitut ist sowohl durch Forschungsarbeiten als auch durch externe Kunden-prüfungen geprägt und wird ständig ergänzt.

Das Technikum wird von einem Team technischer Mit-arbeiter unter Leitung von Herrn Peter Rödig betrie-ben. Die Ausstattung des Technikums umfasst aktuell folgende Anlagen und Maschinen.

» RTM-Anlagen (Thermopresse mit IR-Feld, Roboter, Thermalölanlagen und Ölkühler)

» Pultrusionsanlage » Tailored Fiber Placement Anlage » Thermopresse » Thermoform-Fertigungszelle » Thermalölanlage » Schmelzspinnanlage

KOMPETENZFELDER

P R O J E K T E

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PROJEKTE

3D Mosaik – Optisches Messsystem zur 3D Preformanalyse

Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) FKZ: KF2444810GR4Laufzeit: 01.03.2015 – 28.02.2017Projektpartner: Institut für Flugzeugbau (IFB) ⋅ Universität Stuttgart ⋅ Descam 3D Technologies GmbHAnsprechpartner: Dr. Andrea Miene ⋅ +49 (0)421 218-58654 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielDas Ziel des ZIM-Projektes 3D-Mosaik ist die Entwicklung eines optischen Messsystems zur digitalen 3D-Pre-formanalyse, mit dem eine nutzerfreundliche Untersuchung von komplexen Faserverbundpreformen quasi „auf Knopfdruck“ ermöglicht wird. Zum Funktionsumfang des Systems gehören

» Messung und Auswertung von 2D- und 3D-Faserarchitekturmerkmalen wie Faserorientierungen, Gaps, Fal-ten, Welligkeiten, Verlauf einzelner Rovings

» Verknüpfung von Bild- und 3D-Messdaten zu einer dreidimensionalen Darstellung der Bauteiloberfläche und der Analyseergebnisse

» Interaktion des Nutzers mit den Daten in einer intuitiven Softwareumgebung. Dies beinhaltet auch die geziel-te Filterung und Hervorhebung der einzelnen Merkmale

» Umwandlung der Messergebnisse in gängige Dateiformate zur Nutzung in Auslegungs- und Prozesssimula-tionssoftware

Die Erfassung der Bauteilgeometrie erfolgt mittels eines robotergeführten Streifenprojektionssystems. Aufgrund des so gewonnenen 3D-Modells des realen Bauteils erfolgt eine automatische Wegplanung zur Führung des Kamerasensors mittels des Robotersystems. Der Kamerasensor besteht aus einer CCD Kamera mit Spezialbe-leuchtung und ermöglicht die Erfassung hoch aufgelöster Bilddaten der gesamten Bauteiloberfläche. Die Anzahl der hierfür benötigten Einzelbilder sowie die Bildfeldgrößen hängen dabei von der Komplexität der Geometrie ab und werden im Rahmen der Wegplanung automatisch berechnet. Die Gesamtansicht der Oberfläche wird aus vielen hundert Bildaufnahmen erzeugt. Durch die Verknüpfung der Einzelbilder zur Gesamtansicht der Ober-fläche kann beispielsweise ein Roving über die gesamte Bauteiloberfläche hinweg verfolgt werden. Auch große Lücken (Gaps), die sich über mehrere Einzelbilder erstrecken, können durch Nutzung der Positionsinformationen als zusammenhängende Einheit auf der 3D- Oberfläche dargestellt und bewertet werden. Im Projekt soll ein System-Demonstrator aufgebaut werden, um einen Funktionsnachweis des Verfahrens zu liefern.

Das FIBRE entwickelt die bildanalytischen Verfahren zur Auswertung der Bilddaten für die verschiedenen im Pro-jekt untersuchten textilen Strukturen und Materialien. Die Entwicklung der Hardware, die 3D Messung mittels Streifenprojektion, die Verknüpfung der Einzelbilder zu einer 3D Oberflächenansicht sowie die Visualisierung erfolgen durch die Descam 3D Technologies GmbH.Das IFB konzentriert sich im Projekt auf die Entwicklung der Wegplanungsalgorithmen, die Preformprozesstechnik sowie die Validierung des Systems.

Visualisierung der Wegplanung für eine Double Dome Geometrie, © IFB

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PROJEKTE

AimData – Anpassbare Interaktion mit materialwissenschaftlichen Forschungsdaten

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG) GZ: HE2574/35-2Laufzeit: 01.01.2016 – 31.12.2018Projektpartner: Stiftung Institut für Werkstofftechnik (IWT) ⋅ Technologie-Zentrum Informatik und Informations-technik (TZi) ⋅ Institut für integrierte Produktentwicklung (Bik)Ansprechpartner: Dipl.- Ing. Manuel Hahn ⋅ +49 (0)421-218-58688 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIm laufenden Forschungsbetrieb fallen durchgehend Daten an, die zurzeit weitgehend mittels Insellösungen ge-speichert werden. Daher ist die Erstellung einer dezentralen Datenbank für die Forschung eine wichtige Aufga-be. Deshalb wurde während des Vorgängerprojektes zu „Anpassbare Interaktion mit materialwissenschaftlichen Forschungsdaten“ (AimData), Informationssystems für werkstoffwissenschaftliche Forschungsdaten (InfoSys) (beide gefördert durch die DFG), schon eine Materialdatenbank für metallische Werkstoffe geschaffen, in der die Mitarbeiter des Praxisanwenders IWT(Stiftung Institut für Werkstofftechnik) ihre Forschungsergebnisse eintragen können. Diese Datenbank wurde in Kooperation mit den Einrichtungen IWT, TZI (Technologie-Zentrum Informatik und Informationstechnik), BIK (Institut für integrierte Produktentwicklung) an der Universität Bremen entwickelt. Nun soll in einem weiteren Schritt eine weitere Materialklasse in die bestehende Datenbank eingebunden wer-den. Dazu tritt das FIBRE als kompetenter Partner in der Materialklasse der Faserverbundwerkstoffe auf. Die Faserverbundwerkstoffe weisen aufgrund ihres komplexen Aufbaus aus Matrix und Verstärkungsfasern viele ver-schiedene Materialkennwerte auf. So sind diese Materialien aufgrund der eingebrachten Fasern anisotrop und weisen daher in unterschiedlichen Raumrichtungen jeweils andere Kennwerte auf. Die notwendigen Prüfungen, um diese Daten zu ermitteln, können im Gegensatz zu den Prüfungen an metallischen Werkstoffen oft nicht stan-dardisiert werden.Ziel ist es daher, eine Materialdatenbank aufzubauen, mit der sowohl die wissenschaftlichen als auch die tech-nischen Mitarbeiter im Alltagsgeschäft gewonnene Ergebnisse ohne großen Aufwand einpflegen können. Dies wird sichergestellt, indem sowohl eine Analyse hinsichtlich der zu erfassenden Materialkennwerte als auch der Anforderungen auf der Seite des Anwenders durchgeführt wird. Eine Möglichkeit, die Daten direkt an den Prüf-maschinen einzugeben, kann z. B. die Benutzung von Tablets darstellen. Durch ein Bewertungssystem können die Anwender des Systems erkennen, inwiefern die angezeigten Daten vertrauenswürdig sind (z. B. Prüfung im Gange, Daten geprüft und freigegeben).

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Bagemint – Bauteilgenerierung mit integrierten Fasern

Gefördert durch: Wirtschaftsförderung Bremen GmbH (WFB)Laufzeit: 01.09.2014 – 31.03.2015Projektpartner: Vereinigte Elektronikwerkstätten VEW GmbH Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Florian Jansen ⋅ +49 (0) 421 218-58689 ⋅ [email protected]

MotivationIn den textilen Halbzeugen zur Fertigung von Faserverbundbauteilen liegen die Faserbündel (Rovings) auch in Richtungen, in denen keine Fasern zur Kraftleitung benötigt werden, sodass hieraus ein Mehrgewicht resultiert.Das Tailored Fibre Placement (TFP) Verfahren ermöglicht bereits die individuelle Ablage von Trockenfasern mit wechselnden Faserrichtungen in einem Stickprozess. Allerdings können mit dem TFP-Verfahren ausschließlich Faserverläufe in der Ebene realisiert werden. Die abgelegten TFP-Preforms werden in einem nachgelagerten Prozess mit Hilfe von Konsolidierungswerkzeugen zu Bauteilen verarbeitet. Für die zeit- und energieintensive Faserimprägnierung werden je nach Komplexität des jeweiligen Bauteils teure Werkzeuge benötigt. Die Werk-zeugkosten amortisieren sich erst nach großen Stückzahlen. In der Industrie werden zunehmend generative Fertigungsverfahren angewendet, die eine werkzeuglose Fertigung von Prototypen und Bauteilen ermöglichen.

Die bekannten „Additive Layer Manufacturing“ (ALM) Tech-nologien verarbeiten Pulver, Granulate oder Monofilamente in sogenannte Fused Deposition Modeling (FDM), bzw. Selec-tive Laser Sintering (SLS) Verfahren zu Bauteilen aus Kunst-stoff oder Metall. Diese Verfahren bieten Freiheitsgrade mit denen hohe Bauteilkomplexitäten bei geringen Losgrößen ab einer Stückzahl von 1 wirtschaftlich gefertigt werden können. ProjektzieleIm Projekt Bagemint wird eine Fertigungstechnologie, ähn-lich des 3D-Drucks entwickelt, bei der trockene Kohlen-stofffasern in einem Druckkopf mit einer thermoplastischen Matrix imprägniert werden. Die kinematische Führung des

Druckkopfs erfolgt mithilfe eines sechsachsigen Industrieroboters, wodurch die flexible Ablage von Faserbah-nen im Raum ermöglicht wird. Die Hauptaufgaben im Projekt liegen in der Entwicklung einer In situ-Faserim-prägnierung, die sich an den bekannten Verfahren zur Herstellung von thermoplastischen Tapes orientiert. Ein exakt abgestimmtes Temperaturmanagement der Komponenten des prototypischen Druckkopfs wird zur Steue-rung der Aufheiz- und Abkühlraten entwickelt, sodass dadurch Legegeschwindigkeiten bis zu 30 mm/s realisiert werden können. Die siebenmonatige Projektlaufzeit wurde als Studie zur Parametrisierung und Auslegung des Druckkopfprotoypen genutzt. In einem Folgeprojekt mit dem beteiligten Unternehmen VEW als späterer Anbieter des Gesamtsystems sowie weiteren Partnern zur Bahnplanung und Softwareentwicklung wird ein marktfähiges System entwickelt, das dazu in der Lage ist faserverstärkte Bauteile mit dreidimensionalen, variierenden Faser-verläufen zu fertigen.

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Blademaker – Industrieproduktion Rotorblatt

Gefördert durch: Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB) FKZ: 0325435ELaufzeit: 01.10.2012 – 30.09.2017Projektpartner: 2 Komponenten Maschinenbau GmbH ⋅ BASF Polyurethanes GmbH ⋅ EEW Protec GmbH ⋅EMG Automation GmbH ⋅ fibretech Composites GmbH ⋅ Fraunhofer IFAM ⋅ Fraunhofer IWES ⋅ Henkel AG & Co. KG A J. Schmalz GmbH ⋅ Momentive Specialty Chemicals GmbH ⋅ P-D Glasseiden GmbH Oschatz ⋅ Siemens AG Siemens Industry Software GmbH & Co KG ⋅ SINOI GmbH ⋅ Universität BremenAnsprechpartner: Dipl.-Math.-techn. Arne Breede ⋅ +49 (0)421-218-58695 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielBei der Rotorblattproduktion für Windkraftanlagen wird heute noch vorwiegend auf Handarbeit gesetzt. Die Per-sonal- und Materialkosten sind mit einem Anteil von ca. 80 % sehr hoch. Ziel des Projektes BladeMaker ist eine weitgehende Automatisierung der Fertigung. Damit soll zum Einen eine generelle Reduktion der Produk-tionskosten von mehr als 10 % realisiert werden. Zum Anderen kann durch eine höhere Fertigungsqualität, die beispielsweise durch geringere Streuung und Ablagetoleranzen erzeugt wird, eine Reduktion der Anlagenkosten erreicht werden. Dafür wird unter Federführung des Fraunhofer IWES ein umfassender Gesamtansatz verfolgt. Die gesamte Blattfertigung von der Formbelegung über die Infusion bis hin zur Endbearbeitung wird betrachtet. Die Projektergebnisse für die einzelnen Produktionsschritte sollen zum Ende der Laufzeit in einem Demozentrum dargestellt werden. Ziel ist hier die Fertigung eines 18 Meter langen Teilstücks eines Rotorblattes.

ProjektbeschreibungIm Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) werden im Rahmen des Projektes BladeMaker die Infusion und der Aus-härteprozess des Harzes untersucht. Um den Infusionsprozess simulieren zu können, werden drei wesentliche Schritte unternommen. Die zentralen Material- und Prozessparameter Permeabilität, Viskosität und Porosität werden in Versuchen bestimmt. Dafür wird unter anderem ein Permeabilitätsmessstand entwickelt und betrie-ben. Basierend auf diesen Daten wird ein Fließmodell entwickelt und in einer geeigneten Software integriert. Um das Modell zu validieren und die Simulation zu testen werden abschließend sensorgestützte Infusionsversuche durchgeführt. Mithilfe der Fließsimulation ist es möglich die wesentlichen Kennzahlen zur Porenbildung zu bestimmen. Hierzu soll ein Modell aufgestellt werden um die Porenbildung zu minimieren. Zusätzlich liefert eine engere Betrachtung des Harzsystems die Möglichkeit Porenbildung durch Entgasung näher zu beleuchten.Um den Aushärteprozess beschreiben zu können, wird das verwendete Epoxidharz mittels dynamischer und iso-thermischer DSC-Messungen charakterisiert. Zusätzlich werden in Fertigungsversuchen wiederverwendbare dielektrische IDEX-Sensoren in die Form integriert, um den Aushärteverlauf im Bauteil aufzeichnen. Ziel ist es hier online im Prozess eine Vorhersage über den Aushärtezustand im gesamten Bauteil zu treffen. Damit wird der Grundstein zu einer Qualitätssicherung des Aushärteprozesses im Rotorblattbau gelegt.

Direct-Tooling-Verfahren zur Formherstellung© fibretech Composites

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Composite ULD – Herstellung und Entwicklung eines Luftfracht Paletten- und Containerbodens/ Fertigungskonzepts/ Reparaturkonzepts

Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) FKZ: 16KN021221Laufzeit: 01.12.2013 – 29.02.2019Projektpartner: PalNet GmbH Air Cargo Products ⋅ Ing.-Büro Lang ⋅ P-D Aircraft Interior GmbH ⋅ HAW Hoch-schule für Angewandte WissenschaftenAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Ralf Bäumer ⋅ +49 (0)421 218-58653 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielInnerhalb dieses Projektes sollten für die Luftfracht ein Leichtbaupaletten/-containersystem in Faserverbund-werkstoffbauweise und zu dessen Herstellung ein geeignetes Fertigungsverfahren entwickelt werden. Die Boden-partie sollte dabei sowohl als Palette als auch als Containerboden verwendet werden. Die besondere Herausfor-derung bestand darin, ein System zu entwickeln, welches besonders leicht, hoch belastbar und zugleich robust ist. Die angestrebte Gewichtseinsparung gegenüber bestehenden Systemen sollte mindestens 20 % bei Paletten betragen. Bei einem LD3-Container sollten ca. 40 kg gegenüber einem herkömmlichen Ganzmetallcontainer (100 kg) eingespart werden, was sich für Cargo-Unternehmen in einer signifikanten Treibstoffkosteneinsparung auswirken würde. Zu erwartende höhere Herstellungskosten sollten Kosteneinsparungen aufgrund der Ge-wichtsreduzierung gegenüber bestehenden Systemen nicht übersteigen. Neben der geeigneten Werkstoffaus-wahl wurde die Entwicklung des Fertigungsverfahrens der Bodenpartie bestehend aus Rahmen und Bodenplatte mit Größen bis zu 3,2 m x 2,5 m (125“ x 96“) in den Fokus des Forschungsvorhabens gestellt.

Um die angestrebte Gewichtseinsparung der Paletten und Container zu ermöglichen, wurde das Aluminium-Bodenblech durch eine Sandwichstruktur ersetzt. Bei dem Projektpartner Fa. P-D Aircraft Interior wurden drei unterschiedliche Varianten (V0, V1, V2) solcher Platten im Labormaßstab angefertigt. Dazu wurden die Kerne mit trockenen Prepreglagen beidseitig beschichtet und in einem Heißpressverfahren konsolidiert. Die im Faserins-titut durchgeführten Untersuchungen bezogen sich auf die Biegeeigenschaften, das Nietausreißverhalten, das Verhalten gegenüber Rollen- und Kugeleindruck, das Impakt- und Durchstoßverhalten sowie die Alterung der Platten.

Um eine weitere Gewichsteinsparung der Paletten / Container zu erzielen, wurde, wie im Antrag formuliert, das bestehende Randprofil aus Aluminium durch eine Faserverbundstruktur ersetzt. Für die Herstellung der umlaufenden Rahmenstruktur der Paletten / Container wurde das Pultrusionsverfahren gewählt. Es zeichnet sich durch einen hohen Automatisierungsgrad und eine damit kostengünstige Fertigung aus. Die gefertigten Profile besitzen eine hohe Steifigkeit bei niedrigem Gewicht. Dazu wurde eine Anforderungsliste erstellt mit einer Definition des Materials und der Farbgebung. Die Randprofile wurden aus endlosen Glasfaser-rovings und einem hinsichtlich der Reaktionskinetik für die Pultrusion optimierten Harzsystem hergestellt.

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DFG-Forschergruppe Schwarz-Silber (FOR 1224) – Bauweisen für CFK-Aluminium-Übergangsstrukturen im Leichtbau

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)Laufzeit: Phase I: 2010 – 2013 Phase II: 2014 – 2017Partnerinstitute: BIAS ⋅ Bime ⋅ IFAM ⋅ IWTAnsprechpartner: Anna Lang M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-58666 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIn Leichtbaustrukturen finden zunehmend Kombinationen von Verbundwerkstoffen und Metallstrukturen Ver-wendung, um die Bauteileigenschaften an die lokalen Anforderungen anzupassen. Insbesondere im Hinblick auf gewichtsoptimierte, integrale Strukturen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften sind innovative Kon-struktions- und Fügelösungen sehr gefragt. Ziel des Projektes Schwarz-Silber ist es, integrale Übergangsstruk-turen zwischen Aluminium und CFK zu entwickeln, die zu einer Reduzierung von Gewicht und Bauraum sowie zu Vorteilen der optimierten Krafteinleitung führen.

LösungZur Entwicklung einer integralen CFK-Aluminium-Bauweise werden sowohl Ansätze für formschlüssige als auch für stoffschlüssige Fügeverbindungen untersucht. Im Folienkonzept wird der Werkstoffübergang realisiert, indem einzelne CFK Lagen eines Laminates stufenweise durch Titanfolien ersetzt werden. Der entstehende reine Titanfolienaufbau wird an eine Aluminiumstruktur ange-schweißt. Das parallel untersuchte Faserkonzept ist durch einen Glasfaser-Übergang zwischen CFK und Alumi-nium charakterisiert. Die Glasfasern werden partiell in Aluminium eingegossen. Die CFK-GFK Verbindung kann wahlweise durch eine formschlüssige Verbindung miniaturisierter Schlaufen oder ähnlich wie im Folienkonzept durch ein CFK-GFK Hybridlaminat als adhäsive Klebverbindung realisiert werden.

ErgebnisseAnhand eines in der Forschergruppe entwickelten Vergleichskriteriums zur Bewertung von Übergangsstrukturen wurde das Leichtbaupotential der untersuchten Lösungen im Vergleich zu Niet- und Klebverbindungen bewertet. Das Folienkonzept erreicht bereits ähnliche Werte wie die etablierten Verbindungsarten, während das Faserkon-zept niedrigere Werte, jedoch das höchste Verbesserungspotential aufzeigt.Am Faserinstitut konnte durch Untersuchungen zur Kontrolle der Harzfließfront zwischen den Titanfolien und durch Verzugsminimierung des Hybridlaminates ein Beitrag zur Optimierung des Ti/Al-Schweißprozesses geleis-tet werden. Aufgrund der definiert einstellbaren Harzfließfront kann ein Prozessschritt beim Schweißen einge-spart werden.Untersuchungen im Faserkonzept haben gezeigt, dass die Verbindungsfestigkeit wesentlich von der Schlaufen-geometrie, dessen Materialeigenschaften sowie von dem Herstellverfahren bestimmt wird. Die miniaturisierten Schlaufen-Schlaufenverbindungen weisen abweichende Randbedingungen zu üblichen Schlaufenverbindungen in Lasteinleitungsbereichen mit hoher punktueller Last auf. Ein analytisches Berechnungsverfahren, das die geo-metrischen und prozesstechnischen Besonderheiten von miniaturisierten Schlaufenverbindungen berücksichtigt, wird entwickelt. Damit steht zukünftig ein analytisches Werkzeug zur sicheren und leichtbaugerechten Voraus-legung dieser neuartigen hybriden Übergangsstruktur zur Verfügung.

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DIN SPEC 8100 – Erstellung einer DIN SPEC für den Drapetest

Laufzeit: 2015Projektpartner: Textechno Herbert Stein GmbH & Co. KG ⋅ SAERTEX GmbH & Co. KG ⋅ FTA Forschungsgesell-schaft für Textiltechnik Albstadt mbH ⋅ Groz-Beckert KG ⋅ DIN Deutsches Institut für Normung e. V.Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Axel Drieling ⋅ +49 (0)421 218-58650 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielEine große Herausforderung im Herstellungsprozess von faserverstärkten Leichtbaustrukturen sind Materialbe-einflussungen beim Drapieren, d.h. beim erzwungenen dreidimensionalen Umformen der textilen Verstärkungs-flächen in komplexe Formen. Mit der Umformung von Geweben und Multiaxialgelegen ergeben sich z.B. globale Faserwinkeländerungen, lokale Ondulationen, Gaps oder Gewebelücken, dreidimensionale Welligkeiten/Falten und Schlaufenbildungen. Bisher gab es hier kein anerkanntes Prüfverfahren. In einem vorausgegangenen ZIM-Projekt hat das Faserinstitut Bremen gemeinsam mit dem ITA Aachen und den Unternehmen Textechno, Saertex, Schilgen und Haindl das Messgerät DRAPETEST entwickelt, mit dem die Drapierbarkeit an Geweben und Gelegen für endlosfaserverstärkte Werkstoffe ermittelt werden kann. Das Gerät wird von Textechno hergestellt und ver-trieben.

Der nächste, sinnvolle Schritt nach einer Geräteentwicklung und Vermarktung ist die Standardisierung der Prüf-methode. Eine neue, schnelle und effiziente Möglichkeit zur Erstellung von Standards ist das seit kurzem gege-bene DIN SPEC Verfahren. Eine DIN SPEC ist keine Norm, sondern eine Spezifikation, und steht damit zwischen betriebsinternen Spezifikationen und nationalen Normen. Hinter DIN SPEC steht die Idee, einen neuen Standard in Kooperation mehrerer freiwilliger Partner in sehr viel kürzerer Zeit als bei üblichen nationalen Normen, meist innerhalb weniger Monate, zu erstellen und zu veröffentlichen. Unter der Federführung von Textechno wurde zwischen März und September 2015 in Zusammenarbeit mit dem FIBRE, Saertex, Groz-Beckert und mit der For-schungsgesellschaft für Textiltechnik Albstadt (FTA) die DIN SPEC 8100 entwickelt, mit der die Prüfmethode zur Drapierbarkeitsprüfung als Spezifikation beschrieben wird. Für 2016 wird eine Umwandlung in eine ISO-Norm angestrebt.

Im Rahmen der Hannover-Messe 2016 wurde die DIN SPEC mit ihren beteiligten Partnern mit dem DIN-Innovationspreis 2016 ausgezeichnet.

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Drahtlose Sensoren / Sensornetzwerke zur Strukturzustandsüberwachung (SHM) von Bauteilen aus Faserverbundwerkstoffen mittels Lamb-Wellen (Drahtloses SHM)

Gefördert durch: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), IGF-Vorhaben Nr.: 17649N Laufzeit: 01.12.2013 – 30.11.2015Projektpartner: IMSAS ⋅ Deutsche Forschungsvereinigung für Meß-, Regelungs- und Systemtechnik e.V. (DFM-RS) ⋅ Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut Forschungsgesellschaft m.b.H. Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Oliver Focke ⋅ +49 (0)421-218-58655 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielEine zerstörungsfreie Strukturzustandsüberwachung (engl.: Structural Health Monitoring – SHM) von Indust-rieanlagen, Bauwerken und Transportmitteln wird heutzutage zunehmend in den Anforderungen definiert. Mit strukturintegrierten Überwachungssystemen sollen Schäden erkannt werden und damit sowohl Katastrophen verhindert, die Lebensdauer erhöht und ein gezielter Service erreicht werden. Die Schadensdetektion mit platten-geführten Ultraschallwellen (Lamb-Wellen) ist dabei die bevorzugte Methode für Faserverbundmaterialien, mit der selbst von außen nicht sichtbare Schäden erkannt werden können. Lamb-Wellen sind akustische Schwingun-gen, die sich großflächig über plattenähnliche Strukturen ausbreiten. Diese entstehen bei elektrischer Anregung von piezoelektrischen Wandlern. Die in diesem Forschungsvorhaben verwendeten piezoelektrischen Elemente, auch als PWAS (Piezoelectric Wafer Active Sensors) bezeichnet, sind sowohl in der Lage, diese Schwingungen zu erzeugen als auch im Material existierende Schwingungen zu erfassen. Mit einem Sensornetzwerk können so Strukturschäden im Faserverbund erkannt werden. Obwohl das Potential dieser Überwachungsmethode sehr hoch ist, mangelt es oft an der praktischen Umsetzung in einer industriellen Anwendung, wie der bei einer Struk-turüberwachung am Luftfahrtzeug, da sowohl die Datenübertragung als auch die elektrische Versorgung der PWAS drahtgebunden und daher mit einer Gewichtszunahme und einer Strukturschwächung einhergeht.

Im Forschungsvorhaben wurde zusammen mit dem Friedrich-Wilhelm-Bessel-Institut (FWBI) ein autonomes, drahtloses Strukturüberwachungssystem basierend auf PWAS generierten Lamb-Wellen unter Einsatz induktiv gekoppelter Spulen entwickelt und aufgebaut. Das Magnetfeld wird von einer sich in Resonanz befindlichen Pri-märspule erzeugt. Eine im Bauteil integrierte Sekundärspule verwendet die magnetische Feldenergie, versorgt damit angeschlossene Sensoren und/oder Aktoren. Die Antennen wurden im TFP-Verfahren (TFP: Tailored Fibre Placement) auf eine Trägerstruktur und mit den PWAS im Vakuuminfusionsverfahren auf die CFK-Struktur (CFK: carbonfaserverstärkter Kunststoff) aufgebracht. In anschließenden Untersuchungen konnte die Funktionalität bezüglich Fehlstellenortung und -bewertung erfolgreich gezeigt werden.

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ECOMISE – Enabling Next Generation COmposite Manufacturing by In-Situ Structural Evaluation and Process Adjustment

Gefördert durch: EU FP7 (FP7-2013-NMP-ICT-FoF) Projektnummer ECOMISE FP7 - 608667Laufzeit: 01.10.2013 – 30.09.2016Projektpartner: Airborne ⋅ Bombardier ⋅ Dassault Systemes ⋅ Hutchinson ⋅ Loop Technology ⋅ Polyworx Siemens ⋅ Synthesites ⋅ NLR ⋅ DLRAnsprechpartner: Dipl.-Math.-techn. Arne Breede ⋅ +49 (0)421-218-58695 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIn der derzeitigen Entwicklung von Faserverbundbauteilen und ihren Herstellungsprozessen ist ein unverhältnis-mäßig großer Aufwand zur Bestimmung geeigneter Prozessparameter notwendig, um den Anforderungen von Hochleistungsstrukturen hinsichtlich Qualität und Maßhaltigkeit gerecht zu werden.Das Projekt ECOMISE beabsichtigt hierzu bedeutende Neuerungen im Fertigungssystem von duroplastischen Faserverbundwerkstoffen einzuführen, welche eine neue Generation von Fertigungsverfahren und Bauteil-Nach-bearbeitung ermöglichen. Im Rahmen dieser neuen Herangehensweise werden hochgenaue Prozesstechniken für die auf Trockenfasern basierenden Verfahren Advanced dry Fibre Placement (AFP), Harzinfusion und -injektion (RTI / RTM) sowie den eigentlichen Aushärtevorgang entwickelt, welche vornehmlich der Effizienzsteigerung in der Fertigung dienen. Ziele sind reduzierte Kosten und Fertigungszeiten bei entsprechend geringerem Materi-al- und Energieverbrauch, eine bessere Reproduzierbarkeit, weniger Ausschuss und weniger Nachbearbeitung.Im Einzelnen werden innovative Online-Systeme zur Prozessüberwachung, probabilistische Methoden der Pro-zesssimulation sowie eine neue Methode zur in-situ Bewertung der entstehenden Materialkennwerte des Ver-bundwerkstoffs entwickelt, welche in eine neue, hierauf aufbauende wissensbasierte in-situ Methode zur An-passung des laufenden Fertigungsprozesses an die geforderten Werkstoffkennwerte mündet. Dieser neuartige Ansatz ermöglicht es, die Materialkennwerte der Struktur während des gesamten Fertigungsprozesses zu be-stimmen, und frühestmöglich auf Zielerreichung im Sinne der Bauteilqualifikation hin zu überprüfen. Unter der Maßgabe maximaler Prozesseffizienz und dem Ziel der Erreichung der geforderten Produktqualität werden fortschrittliche Analyse- und Testverfahren mit Fokus auf Prozesssicherheit und Durchsatzrate auf die genann-ten Fertigungsprozesse angewandt und zugeschnitten. Abschließend wird die Verbesserung der CO2-Bilanz von Faserverbundprodukten während Fertigung (reduzierter Material- und Energieverbrauch) und Benutzung (z.B. durch leichtere Transportfahrzeuge) bestimmt.Die sich hieraus ergebenden wirtschaftlichen Vorteile werden am Beispiel von drei ausgewählten industriellen Anwendungsfällen gezeigt. Dies sind im Einzelnen ein Großserienbauteil (PKW Radaufhängung), ein in den geo-metrischen Abmessungen großes Bauteil (Flügelschale) und ein komplexes Bauteil mit großen Materialstärken (Schiffsschraube). Bei Endanwendern von Faserverbundbauteilen aus KMU und Großindustrie werden folgende Projektwirkungen erwartet: Reduktion von Prozesszeiten, Abfall, Material- und Energieverbrauch sowie erhöhte Fertigungsraten und schnellere An- und Hochfahrzeiten bei Produktweiter- und -neuentwicklungen. Eine weitere Projektwirkung wird bei den Zulieferern von Faserverbundsystemen aus KMU und Großindustrie erwartet. Aus den entwickelten technischen Erkenntnissen entstehen neue und überarbeitete Produkte zur Erfüllung zukünfti-ger industrieller Anforderungen wie z.B. verbesserte Sensorsysteme, zuverlässigere Datenerfassungs- und -ana-lysewerkzeuge sowie effiziente Simulationssoftware zur Vorhersage, Evaluierung, Optimierung und in-situ Anpas-sung des Prozesses. Auf diese Weise ermöglichen neu entwickelte Methoden, Werkzeuge und Systeme eine konsequente und nachhaltige Nutzung von verbesser-ten Fertigungsprozessen für Faserverbundwerkstoffe.

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FaCIR: Fast Continuous Injection Resin

Gefördert durch: Mittel des Landes Niedersachsen, FKZ: W3-80142097Laufzeit: 06.05.2014 – 30.11.2015Projektpartner: Airbus Operations GmbH ⋅ Composite Technology Center Stade GmbH ⋅ DOW Deutschland Anlagengesellschaft mbHAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Jan Frederik Evers ⋅ +49 (0)421-218-58656 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIm niedersächsischen Verbundvorhaben ‚Fast Continuous Injection Resin‘ (FaCIR) unterstützt das Faserinstitut Bremen e.V. als wissenschaftlicher Projektpartner den Forschungsverbund bei der Material- und Verfahrensent-wicklung für die zukünftige kontinuierliche Fertigung von Hochleistungsfaserverbundprofilen.Ziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung eines prozess- und luftfahrtauglichen Harzsystems zur kontinuier-lichen Herstellung von CFK Stringerprofilen mit der Pultrusions-RTM (PRTM) Technologie sowie deren verfah-renstechnische Weiterentwicklung.In vorangegangenen Vorhaben wurde eine kontinuierliche Herstellung gerader CFK-Profile mit konstantem Quer-schnitt mit Hilfe der PRTM Technologie nachgewiesen, deren erreichbare mechanische Eigenschaften sowie Fer-tigungsqualität die Anforderungen aus der Luftfahrt bisher nicht erfüllen.Unter der Leitung des Composite Technology Center Stade sowie mit den erfahrenen Projektpartnern Airbus und DOW wurden im Rahmen dieses Projektes der PRTM Fertigungsprozess, Materialien und Werkzeugtechnik für Anwendungen im Flugzeugbau weiterentwickelt und schließlich die Anlagentechnik in Stade installiert und für eine flugzeugtypische Referenzbauteilgeometrie in Betrieb genommen.Im PRTM Prozess erfolgt eine kontinuierliche Zufuhr multiaxial verstärkter Trockenfaser. Diese werden endkon-turnah vorgeformt und anschließend in das Injektionswerkzeug geführt. Mittels Harzinjektion wird das Profil im-prägniert. Eine Profilkonsolidierung wird in einer sequentiell arbeitenden Presse im Anschluss realisiert. Durch diese Trennung von Imprägnierung und Aushärtung erfolgt eine reibungsarme Verarbeitung bei im Vergleich zur Pultrusion verringerten Prozesskräften. Bisher konnten auf diese Weise etwa 200 m Profile hergestellt werden. Um eine Anwendung dieser Profile als Stringer in zukünftigen Flugzeugen zu evaluieren, werden diese umfang-reichen Untersuchungen unterzogen. Zukünftig wird angestrebt täglich bis zu 220 m Profile herzustellen.

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FibreFoam – Multifunktionale poröse Fasern zur Schall-und Thermoisolierung

Gefördert durch: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), IGF-Vorhaben Nr.: 17848 N/1Laufzeit: 01.01.2014 - 30.06.2016Projektpartner: ALBIS PLASTIC GmbH ⋅ BASF SE ⋅ DIENES Apparatebau GmbH ⋅ Gebr. Röders AG ⋅ Güth & Wolf GmbH ⋅ H. Hecking Söhne GmbH & Co. KG ⋅ Industrieverband Veredlung - Garne - Gewebe - Technische Textilien e.V. ⋅ Polyvlies Franz Beyer GmbH & Co. KG ⋅ TRAMACO GmbH ⋅ Trecolan GmbH ⋅ TROCELLEN GmbHAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Lars Bostan ⋅ +49 (0)421-218-58669 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielZiel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von kostengünstigen, umweltschonenden, porösen Fasern unter Verwendung des Schmelzspinnverfahrens und die Analyse deren Einsatzpotentials für Schall- und Ther-moisolierungsanwendungen. Hierbei werden in Anlehnung an den Schaumextrusionsprozess chemische Treib- / Quellungsmittel innerhalb der Polymerschmelze, aber außerhalb der Spinndüse, thermisch aktiviert und bewir-ken während des Fadenbildungsprozess die Ausbildung von porösen / geschäumten Strukturen.

Das Fasermaterial lässt sich entsprechend der gewählten Fasermorphologie in nachfolgenden Produktions-schritten zu Textilien und textilen Halbzeugen weiterverarbeiten. Diese eignen sich auf Grund ihrer Eigenschaften in den Bereichen Chemie, Umwelt, Medizin und Pharmazie zur Stofftrennung bzw. für Filtersysteme für die Wär-medämmung und Schallisolierung sowie für die Katalyse (unter Einbringung der entsprechenden Katalysatoren). Aufgrund der Vielseitigkeit und der einfachen Veränderungsmöglichkeiten durch den Herstellungsprozess kann schnell auf Kundenwünsche eingegangen werden, so dass auch Nischenmärkte bedient werden können, die zu-meist von kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) besetzt sind.

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HELIPLACE - Automatisierte Herstellung von komplexen Sandwichbauteilen für Hubschrauber

Gefördert durch: Airbus HelicoptersLaufzeit: 01.07.2010 – 31.12.2014Ansprechpartner: Dr. Andrea Miene ⋅ +49 (0)421 218-58654 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielZiel des durch den Freistaat Bayern geförderten Projektes HELIPLACE war die automatisierte Herstellung von komplexen Sandwichbauteilen für Hubschrauber. Im Unterauftrag von Airbus Helicopters war das Faserinstitut Bremen dabei an der Entwicklung von Prüfmethoden zur Qualitätssicherung für den automatisierten Fiber Place-ment (AFP) Prozess beteiligt. Die entwickelte Prüfmethode basiert auf der dreidimensionale Analyse von Höhenprofilen, die mit Hilfe der La-sertriangulation gewonnen werden. Sie ermöglicht zum Einen die Bestimmung der Position der Wabenrampe und darüber hinaus die Erkennung von Spalten und Überlappungen unabhängig von Soll-Höhenprofilen.

3D Darstellung

des Höhenprofil

eines Testbauteils

mit bewusst einge-

brachten Fehlern.

(Ausschnitt)

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HIPPO - Entwicklung von belastungsoptimierten und sensorierten Faserverbundstruk-turen für mittlere und große Serien

Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) – Fördermodul FuE-Kooperationsprojekte, FKZ: KF2444811EB4 Laufzeit: 01.05.2015 – 30.04.2017Projektpartner: Digel Sticktech GmbH u. Co. KG ⋅ Pöppelmann GmbH u. Co.KG ⋅ Daimler AG Ansprechpartner: Katharina Arnaut M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-58682 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielDerzeit existieren keine großserientauglichen, funktionalisierten Hybridpreforms. Alle Veröffentlichungen bezie-hen sich auf Prototypen, die unter Laborbedingungen gefertigt wurden. Der Nachweis einer industriellen Über-tragbarkeit fehlt. Ziel des Projektes ist die Entwicklung von sensorierten Hybridpreforms zur Fertigung von belastungsoptimierten Faserverbundstrukturen in Großserienanwendungen. Hierfür werden mit dem Tailored Fibre Placement (TFP)

– Verfahren Verstärkungsfaserrovings, Thermoplastfasern und Sensoreinheit automatisiert abgelegt und fixiert. Als Halbzeuge werden sowohl kommerziell erhältliche Hybridgarne als auch prozessangepasste FIBRE-Ther-moplastgarne für die Side-by-Side Technik untersucht und hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften mitei-nander verglichen. Basierend auf diesen Analysen soll ein Vergleichskatalog entstehen, der Qualitätsmerkmale kommerziell erhältlicher Hybridgarne beinhaltet. In einem nachgeschalteten Prozess lassen sich die Hybrid-Preforms in einem Heißpressverfahren konsolidieren. Zur energieeffizienten und schnellen Konsolidierung der Preforms wird im Rahmen des Projektes ein innovatives Heizsystem für das Werkzeug entwickelt. Die Überwachung des Struktur-Bauteils erfolgt durch die im TFP-Prozess integrierten faseroptischen Sensoren. Die eingebetteten Sensoren können im Produktlebenszyklus des Thermoformbauteils fortwährend optische Sig-nale liefern, aus denen sich aktuelle Strukturzustandsdaten ablesen lassen.

Mögliche Anwendungen Die im Projekt entwickelten Kompetenzen ermöglichen die hocheffiziente Fertigung von thermoplastischen Fa-serverbundbauteilen auf Basis von Hybridpreforms. Da die Entwicklung des Fertigungsverfahrens stets unter dem Aspekt der Serientauglichkeit erfolgt, sind die erworbenen Erkenntnisse auf eine Vielzahl von Anwendungs-bereichen übertragbar. Im Automobilsektor können Struktur-Bauteile, wie Querlenker, Radfänger usw., die einer Zustandsüberwachung unterzogen werden sollen, aus sensorierten Hybridpreforms hergestellt werden.

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Hybrid Bracket - Entwicklung von funktions- und gewichtsoptimierten Halteelementen für die Flugzeugstruktur in einer material-hybriden Bauweise

Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), FKZ: VP2444807 AT3Laufzeit: 01.10.2013 – 31.03.2016Projektpartner: 3D Contech GmbH & Co. KG, Hamburg/Bremen ⋅ Titan Präcis Metallurgie GmbH, Henstedt-Ulzburg ⋅ FormTech GmbH, Weyhe-Dreye ⋅ Nordwig Werkzeugbau GmbH & Co. KG, Hamburg ⋅ TUHH Institut für Laser- und Anlagensystemtechnik, HamburgAnsprechpartner: Holger Büttemeyer M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-59650 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIn modernen Verkehrsflugzeugen befinden sich bis zu 20.000 Halteelemente, sogenannte Brackets, für die Befes-tigung von Kabinenelementen, Leitungen und Kabeln. Diese Brackets existieren in zahlreichen Variationen und unterscheiden sich hinsichtlich der geometrischen und mechanischen Anforderungen voneinander, weswegen diese Komponenten vergleichsweise teuer sind. Meist werden diese Halter dabei aus metallischen Vollmateriali-en gefräst, was ein Spanvolumen von bis zu 90 % zu Folge hat. Dadurch besitzen die bisher eingesetzten Brackets ein hohes Leichtbaupotential. Darüber hinaus existiert durch die Variantenvielfalt eine Möglichkeit, unterschied-liche Brackets modular zusammenzustellen.

In dem Forschungsprojekt Hybrid Bracket soll ein Demonstratorbracket, welches herkömmlich aus Aluminium besteht, in einer material-hybriden Bauweise gefertigt werden. Hierbei soll durch den Einsatz von CFK das Ge-wicht maßgeblich reduziert werden. Der textile Preform entsteht im TFP-Verfahren, um die Kohlenstofffaser- rovings kraftflussgerecht in der Struktur zu positionieren. Zusätzlich werden metallische Lasteinleitungselemen-te in die Struktur integriert, um die Übertragung der mechanischen Lasten zwischen den Bolzenaufnehmer und dem Flanschbereich sicherzustellen. Der Bolzenaufnehmer besteht aus Titan, welcher durch eine laseradditive Fertigung generiert wird. Durch diese Fertigungsmethode können Hinterschnitte erzeugt werden, die das CFK seitlich stützen und damit die Leistungsfähigkeit des gesamten Brackets erhöhen. Das Material des Flanschbe-reiches ist ebenfalls Titan, welches in einem Warm-/Tiefzieh-Verfahren geformt wird. Hiermit können komplexe Geometrien erzeugt und die Lochleibung erhöht werden. Neben diesen Hauptkomponenten werden Beschich-tungen aufgetragen, welche sowohl der Entstehung von Kontaktkorrosion als auch die statische Aufladung des Brackets vorbeugt. Neben der Entwicklung des Demonstrators wurde ein modulares Konzept erarbeitet, um verschiedene Komponenten der Brackets in verschiedene Bracketvarianten wiederzuverwenden.

ErgebnisseDas Demonstratorbracket wurde erfolgreich umgesetzt. Dabei konnte eine Gewichtsersparnis von über 20 % im Vergleich zum konventionellen Bracket erreicht werden. Eine weitere, bisher konzeptionelle, Fertigungsvariante bietet sogar eine Gewichtsreduktion von circa 50 %. Bei größeren Bracketstrukturen, im Vergleich zum Demons-tratorbracket, ist von einer noch größeren Gewichtersparnis auszugehen.

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PROJEKTE

iSand: Wissensbasierte Auslegung von impactresistenten Schaumsandwichstrukturen

Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Luftfahrtforschungsprogramm LuFo V-1, FKZ: LuFo V-1-549-082Laufzeit: 01.01.2014 – 31.03.2017Projektpartner: Airbus Operations GmbH, Lufthansa Technik, Frauenhoferinstitut für Werkstofftechnik, Deut-sches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Airbus Group Innovation WorksAnsprechpartner: Adli Dimassi M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-58708 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielDurch einfache Bauweisen und schnelle Fertigungsverfahren haben Schaumsandwichstrukturen mit Deckschich-ten aus Faserverbundwerkstoffen ein hohes Potential, Fertigungskosten und Strukturgewicht zu reduzieren. Im Vergleich zu den üblicherweise verwendeten Wabenkernsandwichstrukturen ermöglicht die Schaumsandwich-struktur eine einfachere Verarbeitung und reduziert die Gefahr von Feuchtigkeitsaufnahme und Stabilitätsversa-gen. Ein Nachteil dieser Struktur ist die Schadensbildung nach einer Schlagstoßbelastung (Low Velocity Impact). Denn es können unsichtbare Schäden entstehen, die bei weiterer Belastung der Struktur weiterwachsen und zum globalen Versagen der Struktur führen können. Um die mechanischen Eigenschaften des Schaumkerns zu verbessern und das Risswachstum zu stoppen, werden Trockenfaser-Pins in den Schaum in einem definierten Muster und unter bestimmten Winkeln eingebracht. Die neu entwickelte Pin-verstärkte Sandwichstruktur wird Tied Foam Core Sandwich (TFC-Sandwich) genannt. Um die Anwendbarkeit auf Primärstrukturen nachzuweisen, wird ein Seitenleitwerk in TFC-Sandwichbauweise entwickelt und gebaut. Dabei steht das Schadenstoleranzverhalten der Seitenschale im Vordergrund. Die Zertifi-zierung der oben genannten Primärstruktur setzt aber ein entsprechendes Verständnis der Schadensentstehung unter Schlagstoßbelastung und der diese beeinflussenden Mechanismen voraus.Ziel dieses Projektes ist es, Kenntnisse und Methoden für die wissensbasierte Strukturauslegung von Sandwich-strukturen mit Pin-Verstärkung zu erarbeiten und diese in die Entwicklung der Anwendungsstrukturen einzu-bringen. Hierfür werden experimentelle Untersuchungen durchgeführt und ausgewertet, um die numerischen Berechnungen des Impactvorgangs zu validieren.

Mögliche AnwendungenDie entwickelte Pin-verstärkte Sandwichbauweise wird in lasttragenden Flugzeugstrukturen (Primärstruktur) an-gewandt. Eine Übertragung auf andere Anwendungen wie z.B. aus dem Bereich der Fahrzeugtechnik, Schiffbau oder dem Bau von Rotorblättern für Windkraftanlagen ist weiterhin möglich.

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PROJEKTE

KOLIPRI: Kosteneffiziente Lösungen für eine industrialisierte Fertigung von CFK-Versteifungsprofilen

Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi), Luftfahrtforschungsprogramm LuFo IV, FKZ: 20W1112CLaufzeit: 01.01.2012 – 31.12.2015Projektpartner: BROETJE-Automation GmbH ⋅ MBB Fertigungstechnik GmbH ⋅ SAERTEX GmbH & Co. KGAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Jan Frederik Evers ⋅ +49 (0)421-218-58656 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielDie heutige Fertigung von Faserverbundstrukturen, insbesondere in der Luftfahrt, ist geprägt durch eine Vielzahl manueller und teilautomatisierter Fertigungsprozesse. Um der Forderung einer erhöhten Fertigungs¬rate unter Berücksichtigung einer hohen Variantenvielfalt, ressourcenschonend und kosteneffizient gerecht zu werden, ist daher eine Entwicklung neuartiger automatisierter Fertigungstechnologien erforderlich.Ziel des Verbundvorhabens KOLIPRI ist es daher kosteneffiziente Lösungen für eine industrialisierte Fertigung von CFK-VersteifungsProfilen zu entwickeln. Es wird eine Reduktion der aktuell anfallenden Fertigungskosten um 50 % und gleichzeitig eine Verringerung der Prozesszeiten um 80 % gegenüber dem heutigen Stand der Technik

- für beispielsweise CFK-Spante - angestrebt.

LösungsansätzeBasierend auf Anforderungen aus der Luftfahrt wird eine Referenzgeometrie, die sowohl heutige als auch zu-künftige CFK-Bauteile widerspiegelt, für den Technologienachweis definiert. Für die beschleunigte Herstellung der Komponente mit dieser Geometrie wird eine automatisierte Prozesskette entwickelt. Neben der Entwicklung eines automatisierten Preformingprozesses für trockenes multiaxial verstärktes Gelege (MAG), erfolgt eine An-passung prozess- und bauteilgerechter MAG Materialien. Zur Verarbeitung komplexer textiler Preforms basie-rend auf hoch drapierbaren MAG werden automatisierte und schnelle Konsolidierungsprozesse entwickelt. Eine automatisierte Harzimprägnierung und Konsolidierung von Profilen mit veränderlichen und lokal variierenden Krümmungen, Durchsetzungen und Lagenaufbauten wird untersucht und umgesetzt. Es werden Methoden zur Prozessüberwachung während des Preforming und der Konsolidierung untersucht.

Mögliche AnwendungenNeuartige Prozesse können CFK-Versteifungselemente automatisiert mit hoher Variantenvielfalt mit Anwen-dungsmöglichkeiten in der Luft- und Raumfahrt als u.a. Spante und Stringer liefern. Desweiteren ist ein Einsatz im Fahrzeugbau als beispielsweise Versteifungselemente der Fahrgastzelle unter Berücksichtigung einer hohen Kosteneffizienz möglich. Durch umweltschonende energieeffiziente Verfahren können damit zukünftig innovative Bauteile dazu beitragen, über den gesamten Produktlebenszyklus Energie einzusparen und damit den CO² Aus-stoß zu verringern.

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PROJEKTE

KoMP – Kontinuierliche Herstellung dreidimensionaler faserverstärkter Multisteg- platten mit pinverstärkten Sandwichkernen

Gefördert durch: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), IGF Vorhaben-Nr.: 17846 N/1Laufzeit: 01.12.2013 – 30.11.2015Projektpartner: August Herzog Maschinenfabrik GmbH & Co. KG ⋅ CTC GmbH ⋅ Gustav Gerster GmbH & Co. KG Honda R&D Europe (Deutschland) GmbH ⋅ Ingenieurbüro TARTLER GmbH ⋅ KIRCHHOFF Automotive Deutsch-land GmbH ⋅ SAERTEX GmbH & Co. KG ⋅ SGL Kümpers GmbH & Co. KG ⋅ TexMind UG ⋅ Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KGAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Ralf Bäumer ⋅ +49 (0)421 218-58653 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielDie Herstellung von Faserverbundstrukturen ist geprägt durch häufig manuell bis hin zu teilautomatisierten Pro-zessen. Dies führt besonders bei geschlossenen mehrwandigen Strukturen zu hohen Fertigungskosten. Fer-tigungstechnologien wie das Pultrusions-RTM-Verfahren (PRTM) bieten die Möglichkeit multiaxial verstärkte Hochleistungsprofile kontinuierlich herzustellen.

Ziel des Vorhabens KoMP ist die Entwicklung einer PRTM-Prozesskette zur kontinuierlichen und automatisierten Herstellung von dreidimensionalen faser-verstärkten Multistegplatten mit pinverstärkten Sandwichkernen. Diese dreidi-mensionalen Hochleistungsstrukturen können im Schadensfall große Mengen Energie aufnehmen und somit z.B. als gewichtsreduzierte Crashstruktur für den Insassenschutz im Automobilbau angewendet werden.Die kontinuierliche Prozesskette wird anhand einer Beispielstruktur, die an eine automobile crashgefährdete Seitenschwellerstruktur angelehnt ist, demonst-riert. Ausgangsmaterial sind geschlossenporige Schäume, in die in regelmässi-gen Abständen durchgehende Faserrovings, sie sogenannten Pins, eingebracht worden sind. Im ersten Prozessschritt werden die pinverstärkten Schäume mit einem textilen Halbzeug umwickelt. Für die Beispielstruktur werden drei die-ser Preform übereinander positioniert und erneut mit einem textilen Halbzeug

umwickelt. Die textilen Halbzeuge der so entstandenen Multistegstruktur werden in einem Pultrusionswerkzeug mit Harz infusioniert und vorkonsolidiert. Im abschließenden Prozessschritt erfolgt eine Konsolidierung der Mul-tistegstruktur in einer getaktet arbeitenden Presse.Um eine Anwendung dieser Strukturen als Energieabsorber im Crashfall zu evaluieren, werden neben weiteren mechanischen Untersuchungen, Crashversuche an den hergestellten Beispielstrukturen durchgeführt.Mit der angestrebten Prozesskette können zukünftig erstmals hochbelastbare Multistegprofile mit zusätzlichen Verstärkungselementen wie pinverstärkten Schaumkernen kontinuierlich verarbeitet werden.

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PROJEKTE

konstruktiv – Konsequente Orientierung an neuen Zielgruppen strukturell in der Universität Bremen verankern

Gefördert durch: Bundesministrerium für Bildung und Forschung (BMBF) FKZ: 16OH21063Laufzeit: 01.08.2014 – 31.01.2018Projektpartner: Universität Bremen, Akademie für WeiterbildungAnsprechpartner: Till Frieler M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-57845 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIm Rahmen des Projektes konstruktiv werden an der Universität Bremen neue Studiengangsformen erforscht und Studiengänge entwickelt. Hierbei sollen auch neue Zielgruppen, wie zum Beispiel berufstätige Studierende und Personen mit Berufserfahrung eingebunden werden. Um dies zu erreichen, soll ein breit gefächertes und flexib-les Studiengangsangebot in den Bereichen Informatik, Produktionstechnik und Pflegewissenschaften entstehen.

Der Fachbereich Produktionstechnik ist innerhalb des Projektes mit zwei Teilprojekten vertreten, welche in den Bereichen Luftfahrt und Umwelt, Energie, Nachhaltigkeit angesiedelt sind. In dem Teilprojekt 2b kooperiert hier-bei das Faserinstitut mit der Akademie für Weiterbildung, um einen neuen Luftfahrtstudiengang zu entwickeln und zukünftig in den Fachbereich zu verankern. Mit bundesweit durchgeführten Studiengangsrecherchen zum Thema Luftfahrt wurden für den neuen Studiengang Studienschwerpunkte ermittelt, sowie Alleinstellungsmerk-male der Universität Bremen ausgearbeitet. Ergänzt wird das fachbereichseigene Kursangebot durch einige Module bzw. Lehrveranstaltungen durch z. B. MOOCs (Massive Open Online Courses).

Entwurf eines Curriculums für einen M.Sc. Luftfahrt

Leichtbau Produktionstechnik der Luftfahrzeuge

Werkstoffe für Luftfahrzeuge Aerodynamik Grundlagen Spezielle Themen

Strukturmechanik des Leichtbaus

Montagesysteme in der Luftfahrt

Werkstoffe des Leichtbaus I Aerodynamik Antriebe der LuR Technische

Akustik

Mechanik der Faserverbundwerk-stoffe I

Buildconcepts and Manu- facturing Technologies for Metallic Aircraft Structures

Technologie der polymeren Faser-verbundwerkstoffe – Werkstoffe

Einführung in die Strömungslehre

Bauweisen und Technologien von Flugzeugstruk-turen

Grundlagen der Qualitätswissen-schaft

Konstruieren mit Faserverbundwerk-stoffen

Concurrent Engineering

Werkstofftechnik - Polymere

Numerische Strömungs- mechanik

Kabine + Fracht Geschäftsprozess-management

Mechanik der Faserverbundwerk-stoffe II

Fertigung und Werkstoffverhalten I

Materialintegrierte Sensorische Systeme

Modellierung turbulenter Strömungen

Flugphysik Labor Luftfahrt

Methode der Finiten Elemente I

Fertigung und Werkstoff- verhalten II

Korrosion und Korrosionsschutz von Metallen

Reibungsbehaftete Strömungen Flugzeugsysteme Movables

Methode der Finiten Elemente II

Technologie der polyme-ren Faserverbundwerk-stoffe – Prozesse

Werkstoffe des Leichtbaus II

Thermo- und Fluiddynamik Flugregelung

Labor Finite Elemente Methode

Additive Fertigungs-verfahren

Labor Strömungs-lehre

Non Destructive Testing

Fatigue and Loads Kleben und Hybridfügen Höhere Aerodynamik

Zulassung von Luftfahrzeugen

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PROJEKTE

LiCaFib – Ligninbasierte Carbonfasern

Gefördert durch: Fachagentur Nachwachsende Rohstoffe e.V. (FNR) FKZ: 22014114Laufzeit: 01.12.2014 – 30.11.2017Projektpartner: Fraunhofer IAPAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Lars Bostan ⋅ +49 (0)421-218-58669 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielZiel des Projektes ist die Entwicklung einer Basistechnologie zur Herstellung ligninbasierter Carbonfasern (C-Fasern), welche es ermöglicht, kostengünstige Carbonfasern für neue Volumenmärkte herzustellen. C-Fasern, basierend auf nachwachsenden Rohstoffen als Precursoren rücken immer mehr in den Fokus der Forschung sowie des industriellen Interesses. Aufgrund der geringen Kosten, der großen Verfügbarkeit sowie der polya-romatischen Struktur ist Lignin ein vielversprechendes natives Polymer. Inhalt des Vorhabens ist deshalb die Realisierung ligninbasierter C-Fasern mit einem für die anvisierten Applikationen geeignetem Eigenschaftspro-fil. Voraussetzungen dafür sind die Bereitstellung von maßgeschneiderten Ligninen, die Entwicklung geeigneter Spinnprozesse zur Erzeugung von Ligninfilamenten und die intensive Untersuchung des Konvertierungschrittes zur Umwandlung des Precursors in eine Carbonfaser.

Die kombinierte Anwendung unterschiedlicher analytischer Methoden soll eine detaillierte Untersuchung der vielschichtigen Strukturveränderungen ermöglichen. Dies liefert die Grundlage für eine Optimierung der Ent-wicklungsstufen Lignincharakterisierung, -modifizierung bzw. -aufbereitung, Umformung des Lignins in Endlos-filamente und Konvertierung der Lignin-Precursoren.Hauptaufgaben des Faserinstitutes liegen in der Lignincharakterisierung unter schmelzspinntechnischen Ge-sichtspunkten, der Ligninaufbereitung, sowie dem Schmelzspinnen im industrienahen Maßstab.

Von links: Roh-Lignin, aufbereitetes Lignin

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PROJEKTE

Marslander: Entwicklung und Test eines Marslandekonzeptes in Sandwichbauweise

Gefördert durch: Wirtschaftsförderung Bremen GmbH (WFB)Laufzeit: 01.07.2013 – 30.09.2014Projektpartner: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) ⋅ Airbus Defence and Space ⋅ Fibretech Composites GmbHAnsprechpartner: Adli Dimassi M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-58708 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielZiel des Projektes Marslander war, eine neuartige Bauweise für ein crash- und gewichtoptimiertes Marslande-konzept in Wabenkernsandwichbauweise zu entwickeln und generisch zu erproben. Eine Sandwichstruktur mit Aluminiumwabe und Deckschichten aus Aramidfasern hat ein hohes Potential, beim Landestoß hohe Energie durch plastische Verformung aufzunehmen. Die Herausforderung bei dieser Bauweise bestand darin, die Crash-elemente strukturell auszulegen, sodass bei allen möglichen Landeszenarien genügend Energie aufgenommen wird ohne Beschädigung der Marssonde. Im Rahmen des Projektes sollte auch ein Verfahren entwickelt werden, um die anfällige Aluminiumwabe ohne große Zerstörung der Zellwände verarbeiten zu können.Während der Materialcharakterisierungsphase wurde festgestellt, dass das Deckschichtmaterial Dyneema meh-rere Vorteile, wie Gewichtreduzierung und gutmütiges Impactverhalten, im Vergleich zum geplanten Material Aramid bringt. Ein Verfahren wurde entwickelt, mit dem konvexe Konturen von ungewöhnlich dicken Aluminium-waben sauber verarbeitet werden können. Dabei wurden die Wabenzellen mit einem keramischen Additiv gefüllt und im Anschluss mit optimierten Fräsparametern gefräst. Basierend auf den Ergebnissen der Charakterisie-rungsversuche wurde mittels hierarchischen Vorgehens ein virtueller Teststand mit dem expliziten FEM-Simu-lationstool LS-DYNA aufgebaut. Basierend auf einem generischen Anforderungskatalog wurde ein Demonstrator für ein Landesystem entwickelt und mehrere Demonstratoren im verkleinerten Maßstab (ca. 1:1.6) von der Firma Fibretech Composites gefertigt, um die Funktionsweise des Konzeptes zu testen. Die Demonstratoren wurden nach einer eingehenden Überprüfung der Fertigungsqualität auf der Lande- und Mobilitätstestanlage LAMA des DLR auf ihre Crasheigenschaften hin geprüft. Die Testergebnisse zeigten eine gute Übereinstimmung mit den numerischen Ergebnissen und damit wurde das Simulationsmodell validiert. In allen Versuchen zeigte das entwi-ckelte Landekonzept in Wabensandwichbauweise ein gutmütiges Crashverhalten. Alle gestellten Anforderungen konnten eingehalten und sogar übertroffen werden.Die Robustheit und Zuverlässigkeit der entwickelten Simulationsmethode, die Einfachheit des Entwurfs und das zufriedenstellende Crashverhalten der getesteten Demonstratoren geben eine solide Basis das entwickelte Lan-dekonzept in zukünftigen Marsmissionen anzuwenden.

Mögliche Anwendungen:Anwendungsziele sind Raumfahrtstrukturen für Planetenmissionen, die als energieabsorbierende Crashstruk-turen ausgelegt werden. Die gleiche Bauweise lässt sich auch in Crashstrukturen für den Automobilbau und die Luftfahrt integrieren.

Landekapselkonzept auf Basis von Crashelementen

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PROJEKTE

MemO2 – Membran-Optimierung zum Sauerstofftransfer

Gefördert durch: AiF Projekt GmbH, Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) FKZ: KF 2444809CR4Laufzeit: 01.06.2015 – 31.05.2017Projektpartner: 3T GmbH ⋅ ps materials GmbH ⋅ Institut für Rettungsingenieurwesen und Gefahrenabwehr (TH Köln)Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Lars Bostan ⋅ +49 (0)421-218-58669 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielPatienten mit akutem schweren Lungenversagen (Acute Respiratory Distress Syndrome - ARDS) benötigen um-gehend eine künstliche Unterstützung der Atmung. Dabei kommt es in besonderen Fällen vor, dass die übliche Beatmungstechnik nicht mehr ausreicht. Extrakorporale Membranoxygenierung ist in vielen Fällen die einzige Erfolg versprechende Möglichkeit, um den Tod des Patienten abzuwenden. Bei dieser Behandlungsmethode wird dem Blut durch halbdurchlässige Hohlfasermembranen direkt Sauerstoff zugeführt und auf gleichem Wege Koh-lenstoffdioxid entfernt.Moderne Oxygenatoren bestehen aus mehreren tausend Hohlfasermembranen mit einem minimalen äußeren Durchmesser von 200 – 380 µm, die mit Sauerstoff durchströmt werden.

Ziel von MemO2 ist es, Hohlfasern herzustellen, die nur etwa 50 % des bisher üblichen Gesamtdurchmes-sers aufweisen (100 – 150 µm), je-doch die gleiche Sauerstofftrans-ferrate wie die bisher gängigen Membranen erreichen. Durch die Verkleinerung der Bauform kann die Kontaktzeit des Blutes mit der Membranoberfläche und damit die mechanische Belastung sowie das benötigte Füllvolumen reduziert wer-den, sodass das Behandlungsrisiko für den Patienten deutlich sinkt.

Hierbei ist das Faserinstitut hauptverantwortlich für die Entwicklung eines angepassten Melt Spinning Cold Stretching Prozesses zur Faserherstellung.

AiF Projekt GmbH

Schematisches Funktionsprinzip eines Oxygenators

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PROJEKTE

MYTHOS – Entwicklung von Fasern und Textilien zur Restaurierung textiler Objekte des Europäischen Kulturerbes.

Gefördert durch: Romanian Ministry of Education, Executive Unit for Financing Higher Education Research Development and Innovation, Project PN-II-PT-PCCA-2011-3.1-0408Laufzeit: 01.11.2012 – 30.06.2016Projektpartner: National Research and Development Institute for Textile and Leather INCDTP, Bucuresti, RO Institut für Pflanzenkultur e.K., SchnegaAnsprechpartner: Dr. Holger Fischer⋅ +49 (0)421-218-58665 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielVoraussetzung für die Restaurierung und Erhaltung textiler Objekte des Kulturerbes ist, dass ähnliche oder glei-che Materialien zur Verfügung stehen, um an diesen z.B. Reinigungs- oder Restaurierungsverfahren zu testen, bevor die einzigartigen und nicht ersetzbaren Originale behandelt werden. Schwerpunkt des MYTHOS-Projektes ist die Entwicklung derartiger Referenzmaterialien für die verbesserte Restaurierung und Konservierung Hanf- und Leinen-basierter antiker Kunstwerke und musealer Objekte. Zunächst werden Originalproben genetisch ana-lysiert, um aktuell genutzte Spezies identifizieren zu können, die möglichst eng mit den Originalspezies verwandt sind. Parallel dazu werden diese Proben im FIBRE detailliert auf Schäden sowie ihre mechanischen und morpho-logischen Eigenschaften untersucht. Diese Informationen werden als Basis herangezogen, um durch künstliche Alterung aktueller Fasern die gewünschten Referenzmaterialien für Restaurationszwecke herstellen zu können. Entsprechend der Natur der Proben kommen nur analytische Methoden zum Einsatz, die entweder zerstörungs-

frei sind oder nur minimale Probenmengen erfordern. Daher werden Faserfestigkeit und –dehnung als Einzel-elementprüfung mittels Dia-Stron analysiert. Die Faserbreitenverteilung wird bildanalytisch mittels Fibreshape erfasst. Außerdem wird ein Teil dieser Einzelelemente im Rasterelektronenmikroskop untersucht, um alters-bedingte Degradationseffekte (z.B. Pilzbefall) sowie Schäden aus dem Spinn- und Webprozess identifizieren zu können.

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PROJEKTE

NaPPF: Nachhaltige Produktion von PKW Fahrzeuginterieur und Radlaufschalen

Gefördert durch: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), IGF Vorhaben-Nr.: 17656 NLaufzeit: 01.01.2014 – 30.09.2016Projektbegeltender Ausschuss: Johnson Controls GmbH ⋅ Polyvlies Franz Beyer GmbH ⋅ SachsenLeinen GmbH Textechno Herbert Stein GmbH & Co. KG ⋅ Trecolan GmbHAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Axel Drieling ⋅ +49 (0)421 218-58650 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielZiel des Vorhabens ist es, naturfaserbasierte Vliesstoffe mit einer stark variierenden Rohstoffbasis in qualitativ gleichwertigen Produkten des allgemeinen Fahrzeugbaus und weiteren Märkten zu platzieren. In der Automobil-industrie werden schon seit geraumer Zeit Interieurbauteile aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt. Insbe-sondere kommen dabei heimische Pflanzenfasern wie Flachs oder Hanf zum Einsatz, die zu einem Vlieshalbzeug verarbeitet werden und abschließend in einem thermisch chemischen Prozess zu den gewünschten Bauteilen umgeformt werden. Probleme stellen dabei immer wieder die Verfügbarkeit der Materialien in gleichbleibender Qualität dar.Sehr wichtig für die Verarbeitung der Vliesstoffe ist die Kenntnis des Drapierverhaltens, zu denen es bisher neben konkreten Einsatzversuchen nur begrenzte Aussagemöglichkeiten gibt. In diesem Projekt werden dazu verschie-dene Drapierprüfmethoden entwickelt bzw. angepasst und eingesetzt. Von besonderer Bedeutung in der Drapie-rung sind Effekte wie Reißstellen, Dünn-/Dickstellen, Längs- und Querdehnung, Faltenbildung, Verwerfungen, Scherungseffekte und das Nachfließverhalten. Die aus den Drapiermethoden gewonnenen Ergebnisse werden mit den Herstellungs- und Materialparametern und den materialspezifischen Kennwerten verglichen und daraus Drapierkennzahlen zur Beschreibung des Drapierverhaltens der Vliesstoffe entwickelt. Ein wichtiges Gerät zur Drapierprüfung an technischen Textilien stellt Das Gerät DRAPETEST der Fa. Textechno dar, das aber für Gewebe und Gelege ausgelegt ist. Mit entsprechenden Anpassungen im Projekt wird das Gerät zur Ermittlung des Drapierverhaltens von Naturfaservliesen erweitert und qualifiziert. Weitere drapierrelevante Ergebnisse werden z.B. aus angepassten Scher- und Tiefziehversuche ermittelt.Aus den Drapierkennzahlen lassen sich Hinweise zum Aufbau der Vlieshalbzeuge für eine optimierte Umform-barkeit gewinnen. Das Vorhalten von umformspezifischen Kennwerten textiler Halbzeuge hat folgende Vorteile:

» Schneller Vergleich und Auswahl der Textilien für die Produktion » Produzenten können gezielt ihre Produkte am Markt anbieten und nach gegebenen Anforderungen variieren » Es können definierte Einstellungen des Umformverhaltens im textilen Halbzeug vorgenommen werden » Entwickler von technischen Textilien bekommen zusätzlich Aussagen über die Wirkungszusammenhänge » Neuentwicklungen im Bereich textilverstärkter Bauteile können schneller als bisher zur Produktionsreife

gelangen » Kennwerte können zur produktbegleitenden Qualitätssicherung oder zur Eingangskontrolle genutzt werden » Komplexere Bauteile aus Naturfaservliesen ohne langwierige Vorversuche zu erzeugen und die bewährte

Formpresstechnik der Automobilindustrie auch für andere Branchen zu erschließen

Mit entsprechenden Demonstratorbauteilen wird im Projekt die Nutzbarkeit der Drapierkennwerte verifiziert.

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PROJEKTE

RFP – Resin Film Pultrusion: Kosteneffiziente Lösung für eine automatisierte, kontinuierliche Fertigung von CFK-Versteifungsprofilen

Gefördert durch: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), IGF Vorhaben-Nr.: 18304 N/1Laufzeit: 01.08.2014 – 31.07.2016Projektpartner: CTC GmbH, J.H. vom Baur Sohn GmbH & C.KG ⋅ BROETJE-Automation GmbH ⋅ Bünker UG Honda R&D Europe GmbH ⋅ Hightex Verstärkungsstrukturen GmbH ⋅ KROENERT GmbH & Co.KG ⋅ Steinhuder Werkzeug und Apparatebau H.Wölfl ⋅ Barthels-Feldhoff GmbH & Co. KGAnsprechpartner: Lisa Müller M.Sc. ⋅ +49 (0) 421 218-59656 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielFaserverbundstrukturen verfügen aufgrund ihrer hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit im Vergleich zu metallischen Komponenten über ein großes Leichtbaupotenzial, wodurch zunehmend auch im Automobilbau me-tallische Komponenten substituiert werden. Um Faserverbundbauteile zu konkurrenzfähigen Kosten fertigen zu können, muss der Herstellungsprozess daher weitgehend automatisiert sein sowie eine geringe Fertigungszeit und minimierte Materialkosten aufweisen.Mit dem Forschungsprojekt „Resin Film Pultrusion“ (RFP) verfolgt das Faserinstitut das Ziel, eine kontinuierliche Prozesskette – basierend auf der Pultrusions-Technologie – zur Verarbeitung von textilen Halbzeugen in Kombi-nation mit Harzfilmen zu entwickeln. Die Herausforderung hierbei besteht in der Prozessentwicklung zum konti-nuierlichen Preforming des bewegten Lagenpakets und der anschließenden Imprägnierung und Konsolidierung in einer kontinuierlich arbeitenden getakteten RTM-Presse. Da der Preformingprozess einer gleichmäßigen Ad-häsion zwischen Harzfilm und Textil bedarf, der Imprägnierungsprozess dagegen eine geringe Viskosität des Harzsystems zur vollständigen Benetzung des Textils erforderlich macht, wird zu Beginn des Projektes das Verhalten des Harzfilms in Abhängigkeit der Temperatur (DSC, Klebrigkeitsuntersuchungen) analysiert. Im Anschluss daran werden statische Pressversuche durchgeführt, anhand derer sowohl die Ergebnisse der Harzfilmuntersuchung validiert als auch die Abzugsgeschwindigkeit und das Druckprofil für den kontinuierlichen Prozess abgebildet werden. Die dabei hergestellten Laminate werden auf ihren Aushärtegrad und Faservolumengehalt untersucht. Zusätzlich wird die innere Qualität mithilfe von Schliffbildern analysiert.

Zur Validierung der Prozesskette wird eine automobile Versteifungsstruktur in Form eines Pkw-Seitenaufprall-trägers als Demonstrator gewählt und im entwickelten Prozess kontinuierlich hergestellt. Mit der Fertigungs-technologie ist es zukünftig möglich durch die Nutzung eines Harzfilms und einem daraus resultierenden kurzen Fließweg in Dickenrichtung, hochviskose Harzsysteme mit homogen integrierten funktionellen Inhaltstoffen zu verarbeiten. Es lassen sich so schlagzähmodifizierte Profile mit hohem Energieaufnahmevermögen im Nassver-fahren kontinuierlich und kosteneffizient herstellen.

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PROJEKTE

NF-BioPUr – Sandwichplatten aus Naturfaser verstärktem Bio-Polyurethan und PU-Schaum als Beitrag zum Nachhaltigen Leichtbau

Gefördert durch: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), IGF-Vorhaben Nr.: 17913 N/1Laufzeit: 01.12.2013 – 30.11.2015Projektpartner: Rühl Puromer GmbH ⋅ Hänsel Tec GmbH ⋅ Mense Consult ⋅ HempFlax Deutschland GmbH ⋅ HOBUM Oleochemicals GmbH ⋅ Gebr. TITGEMEYER GmbH & Co. KG ⋅ SachsenLeinen GmbH ⋅ Ed. Heckewerth Nachf. GmbH & Co. KG ⋅ Yacht- & Bootswerft Stapelfeldt ⋅ Schreinerei Dirksen GmbH Ansprechpartner: Dr. Holger Fischer ⋅ +49 (0)421-218-58665 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielEs ist im Projekt gelungen, nachhaltige Leichtbaumaterialien aus nachwachsenden Rohstoffen herzustellen, die über wesentliche Vorteile gegenüber Standardplatten verfügen. Unter Verwendung von biobasiertem Polyurethan in Kombination mit Leinengewebe oder kommerziellen Möbeldekoren als Decklage konnten Bauteile hergestellt werden, die gegenüber konventionellen Platten insbesondere folgende Vorteile aufweisen:

» Geringe Dichte » Mechanische Biegefestigkeit auf dem Niveau von MDF- oder OSB-Platten » Extrem geringe und komplett reversible Wasseraufnahme » Niedrige Brennbarkeit mit Niveau nahe an Luftfahrtanwendungen

Die Dichte liegt mit 0,35 – 0,45 g/cm³ 40 – 60 % niedriger als die von Standardplatten (Span-, MDF- oder OSB-Platten). Gleichzeitig haben die NF-BioPUr Platten eine sehr geringe Wasseraufnahme von i.d.R. <10 % bei zwei Monaten Unterwasserlagerung, die zudem komplett reversibel ist. Dies macht die neuen Platten besonders ge-eignet für Feuchtraumanwendungen oder Innenausbau von Yachten bzw. Schiffen. Mit Decklagen aus Leinengewebe erreicht die Biegefestigkeit etwa den doppelten Wert von Spanplatten; sie ist damit vergleichbar zu OSB und MDF. Für die NF-BioPUr-Sandwichplatten kann ein Brandschutz mit einem Ni-veau nahe an Luftfahrtanwendungen bereits durch Zugabe einfacher mineralischer Flammschutzmittel erreicht werden.

Die Ergebnisse dieses Projektes können damit eine neue Produktklasse im Leichtbau begründen, die einerseits in mehrfacher Hinsicht nachhaltig ist (Gewichtsreduktion, Verwendung biobasierter Materialien), und andererseits den Anwendern einen Zusatznutzen auf mehreren Feldern bietet.Der Schlussbericht ist als Band 50 der Forschungsberichte aus dem Faserinstitut Bremen erschienen und kann unter der ISBN 978-3-7392-1952-3 über den Buchhandel bezogen werden.

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PROJEKTE

OPM – Dielektrische Sensoren / Online Process Monitoring: Integration flexibler kapazitiver Sensoren in Polymere zur Überwachung von Polymerisations- und Degradationsprozessen

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)Laufzeit: 01.06.2015 – 31.05.2018Projektpartner: Institut für Mikrosensoren, -aktoren und -systeme (IMSAS), Bremen (Federführung)Ansprechpartner: Dr. Michael Koerdt ⋅ +49 (0)421-218-58659 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielVernetzte Kunststoffe werden für Schichtverbunde wie Beschichtungen und Klebverbindungen sowie für Faser-verbunde (FVK: Faserverbundkunststoffe) wie z. B. CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) eingesetzt. Für die messtechnische Erfassung des Herstellungsprozesses dieser Materialien und auch ihres Langzeitverhaltens ha-ben sich Methoden mit Potentialanregung wie die Impedanzspektroskopie bewährt. So kann man z. B. die Poly-merisation eines Bauteils aus CFRP mit einem eingebetteten dielektrischen Sensor überwachen. Beim Vorgang der Polymerisation wird die Bewegung von Ionen inhibiert, was zu einer Veränderung der Permittivität und der resistiven Eigenschaften des Materials führt. Diese Messungen erlauben es, den Vorgang der Aushärtung im lau-fenden Prozess zu überwachen, um so durch ein Online Process Monitoring (OPM) eine gleichbleibende Qualität zu garantieren und die Prozesszeiten zu minimieren. Sensorelemente für diese Aufgabe sind verfügbar, allerdings sind diese relativ groß, so dass sie im Material einen Fremdkörper darstellen, der im Dauerbetrieb eines Bauteils nicht toleriert werden kann. Deswegen sind mit diesen Sensoren nur Laborversuche für die Bauteilentwicklung möglich. Wären die Sensoren sehr klein und gut an die Polymermatrix angepasst, so sollte man die Sensoren im Dauerbetrieb im Material belassen können. In dem Projekt werden minimalinvasive Foliensensoren entwickelt und in polymere Faserverbundwerkstoffe ein-gebettet, um mit diesen Sensoren wesentliche Informationen über den Zustand der Materialien zu gewinnen. Gleichzeitig sollen diese Sensorstrukturen so gestaltet sein, dass keine signifikante Schwächung der Verbundma-terialstruktur durch den eingebetteten Fremdkörper erfolgt, so dass die Sensoren über den gesamten Produktle-benszyklus in der Verbundstruktur verbleiben können. Die Verifikation dieses Ansatzes ist das Ziel des Projekts. Die Prozesse zur Herstellung der geeigneten Sensorstrukturen und zu ihrer Einbettung sowie die Verfahren zur Analyse und Bewertung der Sensordaten sind heute noch nicht bekannt. In dem Projekt werden die dazu nötigen grundlegenden wissenschaftlichen Untersuchungen durchgeführt.

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PROJEKTE

Pullout – Entwicklung eines Prüfgerätes zur Bestimmung der Faser-Matrix-Haftung

Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) FKZ: 2444808NT3Laufzeit: 01.06.2014 – 31.05.2016Projektpartner: Textechno Herbert Stein GmbH & Co. KG ⋅ Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.Ansprechpartner: Dipl.-Phys. Oliver Focke ⋅ +49 (0)421-218-58655 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielDie Qualität der ausgebildeten Grenzschicht zwischen Verstärkungsfasern und Matrix in einem Verbundwerkstoff spielt eine wesentliche Rolle bei der Übertragung von Spannungen von der Matrix auf die Fasern. Neben den mechanischen Eigenschaften der beiden Konstituenten Matrix und Faser beeinflusst die Haftung an ihrer Grenz-fläche die mechanischen Eigenschaften eines Verbundwerkstoffs signifikant. Motivation für das Projekt ist die Tatsache, dass bis heute keine standardisierte Technik zur Messung der Faser-Matrix-Haftung existiert. Zwar ist der Einsatz einiger mikromechanischer Prüfmethoden zur Charakterisierung der Faser-Matrix-Haftung verbrei-tet, deren Ergebnisse weisen bisher allerdings aus verschiedenen Gründen teils erhebliche Abweichungen auf. Das Projektziel ist daher die Entwicklung eines Prüfgerätes zur Bestimmung der Faser-Matrix-Haftung in Faser-verbundwerkstoffen nach der Methode des Einzelfaserauszugs (pull-out).

Die Entwicklung des Prüfgerätes erfolgt unter Nutzung des bereits im Labormaßstab am Leibniz-Institut für Po-lymerforschung Dresden erarbeiteten umfangreichen know-hows und auf der Basis des Favimat+ von Textechno. Wesentliche Bestandteile der Anlage wird die Faserauszugseinheit und eine automatisierte Einbettanlage sein.

Die Abbildungen zeigen den automatisierten Einbettvorgang an einem mit Matrix gefüllten Tiegel. Die Ellipse auf der Matrix wird durch Spiegelung der Beleuchtung erzeugt, diese wird als helle Region vor dunklem Hintergrund über einen Schwellwert bestimmt (blaue Kontur). Unter der Annahme, dass der Mittelpunkt des Näpfchens dem Mittelpunkt der elliptischen Spiegelung entspricht, gilt es, den Mittelpunkt der Bildregion zu bestimmen (türkis-farbener Kreis auf roter Linie). Die grünen Linien sind Geraden, die den Verlauf der Faser und der Spiegelung der Faser im Tropfen approximieren. Ziel ist es jetzt die Einbettanlage so zu verfahren, dass sich die grünen Linien in einer Flucht befinden und den Mittelpunkt der Ellipse treffen. Kommt es zum Kontakt zwischen Faser und Matrix verändert sich die Ellipse in Form und Größe (Bild rechts) zudem erfolgt ein Anspringen der Matrix an die Faser. Dieser Vorgang wird optisch erfasst und bildet den Ausgangspunkt zum definierten Einbringen der Faser bzw. zur Bestimmung der Einbettlänge der Faser in die Matrix. Matrix und eingebettete Faser werden nun ausgehärtet und anschließend der Faserauszugseinheit zugeführt.

Sequenz des Einbettvorganges einer 7µm dicken C-Faser in eine Matrix Bild rechts: Faser berührt Matrix

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PROJEKTE

Pressformschlaufen - Kraftflussgerechte Verstärkungselemente für Lasteinleitungs-bereiche von langfaserverstärkten Thermoplastbauteilen

Gefördert durch: Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen „Otto von Guericke“ e.V. (AiF), IGF Vorhaben-Nr.:17656 N. Laufzeit: 01.01.2013 – 30.06.2015Projektbegleitender Ausschuss: Gerster TechTex GmbH ⋅ Gruschwitz GmbH ⋅ Lehmann & Voss & Co. Siebenwurst GmbH ⋅ Trecolan GmbH ⋅ Weberit GmbH Ansprechpartner: Katharina Arnaut M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-58682 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielBedingt durch die Forderung nach effizientem Materialeinsatz der nach wie vor kostenintensiven Kohlenstofffaser, rückt eine variabelaxiale und verschnittffreie Endlosfaserverstärkung immer mehr in den Fokus der Forschung sowie des industriellen Interesses. Daraus kristallisiert sich ein Bedarf an neuen Entwicklungstechnologien, in denen die endlose Verstärkungsfaser im Bauteil nur dort eingebracht wird, wo diese tatsächlich auch benötigt wird. Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens wurde ein Verfahren zur wirtschaftlichen Fertigung von lokal verstärk-ten Leichtbaustrukturen entwickelt. Auf diese Weise kann ein effizienter Materialeinsatz, kombiniert aus kosten-intensiven, endlosfaserverstärkten Schlaufenelementen und kostengünstigen langfaserverstärkten Thermoplas-ten (LFT), realisiert werden. Zur Herstellung der textilen Verstärkungselemente wurde das Tailored-Fiber-Placement (TFP)-Verfahren einge-setzt, da hier entlang der zuvor ermittelten Hauptspannungen in einem Bauteil, die Verstärkungsfasern positio-niert werden können. Es wurden Hybridrovings, die neben der Verstärkungsfaser einen abgestimmten Anteil an thermoplastischen Fasern aufweisen, kraftflussgerecht abgelegt und mittels Heißpressen zu Verstärkungsele-menten konsolidiert. Anschließend wurden die vorkonsolidierten Verstärkungselemente in den LFT-Pressprozess integriert. In dem Forschungsprojekt konnte gezeigt werden, dass die Verstärkung von kostengünstigen kurz- und langfaserverstärkten Thermoplasten durch kraftflussgerechte, endlosfaserverstärkte Lasteinleitungselemente möglich ist.

Mögliche Anwendungen Der Nachweis der Eignung des Verfahrens für mechanisch anspruchsvolle LFT-Bauteile ermöglicht es, kosten-günstige kurz- und langfaserverstärkte Kunststoffe durch textile Produkte in ihrer mechanischen Performance zu verbessern und so das Leichtbaupotential von CFK im Maschinen-, Fahrzeug- und Luftfahrzeugbau effizienter zu nutzen. Im Flugzeugbau können Bauteile für Primär- und Sekundärstrukturen, beispielsweise Komponente der Gepäckablage im Interieur, gefertigt werden und dort teure sogenannte Organobleche substituieren. Im Automo-bilbereich können metallische Lasteinleitungselemente in Spritzgussbauteilen gegen Verstärkungselemente aus Endlosfasern substituiert werden.

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PROJEKTE

Safety-Box : Entwicklung einer Sicherheitskapsel in Monocoque-Bauweise für kleine manntragende Flugzeuge

Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) FKZ: VP2444806CK3Laufzeit: 01.7.2013 – 30.09.2016Projektpartner: Flight Design GmbH ⋅ Silence Aircraft GmbH ⋅ Titan Präcis Metallurgie GmbH ⋅ Autoflug Universität BremenAnsprechpartner: Jan Kremberg M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-59659 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielInnerhalb dieses Projektes soll erstmals eine Sicherheitszelle (Safety-Box) für kleine manntragende Flugzeuge mit bis zu 1.200 kg maximaler Abflugmasse entwickelt werden. Die Sicherheitszelle soll im Falle eines Abstur-zes oder Entstehung eines Brandes die Wahrscheinlichkeit schwerer Verletzungen oder von Todesfällen deutlich reduzieren.Im Rahmen dieses Projekts wird exemplarisch ein Sicherheitskonzept für das Flugzeugmuster C4 der Firma Flight Design entwickelt. Dieses Konzept umfasst unterschiedliche Crash-Elemente zur Energieaufnahme, die an verschiedenen Positionen in die Flugzeugstruktur integriert werden, eine versteifte Kabine, ein optimiertes Fahrwerk und ein eigens entwickeltes Sitzsystem. Das gesamte Konzept soll die Belastungen auf die Insassen im Crash-Fall reduzieren. Zum Schutz der Insassen im Brandfall soll die Safety-Box mit einer hitze- und feuerbe-ständigen Beschichtung versehen werden.Während der Entwicklung wurden einzelne Crash-Elemente und das Hauptfahrwerk hinsichtlich ihres Versa-gensverhaltens experimentell und simulativ untersucht. Diese Ergebnisse fließen mit in die Crash-Simulation der gesamten Flugzeugstruktur ein, mit Hilfe derer das Crash-Verhalten vorhergesagt und der Einsatz der Crash-Elemente optimiert werden soll.

Zur Validierung der getroffenen Maßnahmen ist ein Crash-Versuch vorgesehen, bei dem die Flugzeugstruktur in einem häufig auftretenden Unglücksfall mit einem Bahnwinkel von 30° und einer Geschwindigkeit von 50 kts (93 km/h) auf den Boden auftrifft. Die Ergebnisse der Untersuchungen sollen allgemeingültigen Charakter haben, sodass eine einfache Anpassung der Safety-Box an andere Flugzeugtypen und –muster möglich ist.

Crash-Simulation der Flugzeugstruktur

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PROJEKTE

SOfIA - Schweißbare Organobleche für die Integration in Automobilkarosserien

Gefördert durch: Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) FKZ: 16KN021241Laufzeit: 01.04.2015 – 31.03.2018Projektpartner: FormTech GmbH ⋅ Reiner Seefried GmbH ⋅ Verkontec UG ⋅ AKON-CAD Service ⋅ Stiftung Insti-tut für Werkstofftechnik IWTAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Florian Jansen ⋅ +49 (0)421-218-58689 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielAlle Automobilhersteller zeigen in Konzeptfahrzeugen aktuell die Strategie, einzelne metallische Bauteile oder Baugruppen in Fahrzeugkarosserien an den Stellen durch FKV-Bauteile zu substituieren, an denen der größte Kosten- und Leichtbaunutzen zu erwarten ist. Der Vorteil einer solchen Hybridbauweise besteht darin, jeweils das Material mit den geforderten Eigenschaften am richtigen Ort kostengerecht einsetzen zu können. Ein entscheidendes Hemmnis für den Durchbruch der Hybridbauweise in Automobil-Karosserien ist das Fehlen von leistungsfähigen und serientauglichen Fügeverfahren zwischen Faserverbund- und Metall-Karosserieble-chen. Fügetechniken werden als „Schlüssel für die Ermöglichung zukünftiger Mischbauweisen“ bezeichnet. Se-rientauglichkeit beinhaltet auch, dass die Fügetechnik in die bestehenden Prozessketten für eine Karosserie-

fertigung integrierbar sein muss. Metallische Karosserien werden derzeit überwiegend mithilfe des Punktschweißens gefügt.

Im Projekt wird ein metallisches Karosseriebauteil durch ein ther-moplastisches FKV-Bauteil sub-stituiert. Um es in der Serienpro-duktion mit der Metallkarosserie mittels Punktschweißen verbinden zu können, werden metallische In-serts als „Schweißpatches“ an re-levanten Stellen vorgesehen. Die Inserts sind dabei formschlüssig in

die FKV-Struktur eingelassen, sodass der Montageprozess im Vergleich zur Montage eines Metallbauteils un-verändert stattfinden kann. Herausforderungen des Verfahrens liegen in der thermischen und mechanischen Auslegung der Schweißpatches, sowie in der Entwicklung eines hoch-automatisierten Fertigungsprozesses zur Integration der Schweißpatches in das FKV-Bauteil.

Werkzeug

Werkzeug

Organoblech

Insert

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PROJEKTE

Structural Health Monitoring – Auswirkungen von Umwelteinflüssen und Schädigungen auf das Ausbreitungs- und Dämpfungsverhalten von Lamb-Wellen in Faserverbund-werkstoffen

Gefördert durch: Deutsche Forschungsgemeinschaft e.V. (DFG)Laufzeit: 01.06.2014 – 31.05.2015Projektpartner: Faserinstitut Bremen e.V.Ansprechpartner: Dr. Michael Koerdt ⋅ +49 (0)421-218-58659 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielDie durch das Vorhaben erreichten Fortschritte liegen insbesondere in dem Erkenntnisgewinn zu den Auswirkun-gen von Umgebungseinflüssen auf die Ausbreitung von Lamb-Wellen und das Messsystem. Innerhalb des Projekts wurde ein vollständiges, aktives Structural-Health-Monitoring-(SHM)-System von der transienten Anregung bis zur Auswertung der Sensorantwort in einem Modell, welches mittels MATLAB in eine Softwareanwendung um-gesetzt wurde, für symmetrische Laminataufbauten verwendet und experimentell für niedrige Moden verifiziert. Das Modell umfasst die Abmessungen der Piezoelemente, den piezoelektrischen Effekt bei der Anregung und der Detektion, den Einfluss der Klebeschicht zwischen Piezoelement und Struktur sowie die Wellenausbreitung im Material. Für die analytische Berechnung der richtungsabhängigen Wellenausbreitung wurde auf Basis der hö-heren Plattentheorie 3. Ordnung mit einem Ansatz 2. Ordnung für die Verschiebung in z-Richtung die frequenzab-hängige Phasen- und Gruppengeschwindigkeit rein elastischer Wellen aus den anisotropen Materialsteifigkeiten des Wellenleiters ermittelt. Die Berechnung der richtungs- und frequenzabhängigen Materialdämpfung erfolgt über den Imaginärteil der komplexen Steifigkeit. Für die Darstellung der Frequenzabhängigkeit wurde sowohl das Hysteresemodell als auch das Kelvin-Voigt-Modell wahlweise verwendet und bei der Berechnung der Laufzeiten der niedrigsten elf Moden berücksichtigt. Bei bekannter Wegstrecke, eingehender Welle und Frequenz kann der Auslenkungsverlauf berechnet werden. Durch diese Darstellung der Messkette können Umweltauswirkungen und deren gegenseitige Beeinflussung verdeutlicht und in Relation zueinander gesetzt werden. Es wurde der signifikante Einfluss des Messsystems auf die ermittelten Dispersionskurven der Lamb-Wellen nachgewiesen. Bei der Charakterisierung der Lamb-Wellenausbreitung müssen die Einflüsse des Messsystems berücksichtigt werden. Das entwickelte Verfahren kann insbesondere in der Auslegungsphase entsprechender SHM-Systeme nützlich sein, um z. B. Fragen zur Sensordichte zu beantworten. Eine praktikable Erkennung einer Schädigung ist systembedingt nur begrenzt möglich. Es besteht weiter Forschungsbedarf, um die SHM-Systeme robuster und zuverlässiger zu gestalten und deren Praxistauglichkeit zu demonstrieren.

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PROJEKTE

TP-Closed Box – Entwicklung einer Bauweise und Fertigungskette für eine thermoplas-tische Boxstruktur

Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) FKZ: 20W1104BLaufzeit: 01.08.2012 – 31.12.2015Projektpartner: Airbus Operations GmbH ⋅ Siempelkamp Machinen- und Anlagenbau GmbH & Co. KG ⋅ Techni-sche Universität Braunschweig - Institut für Füge- und Schweißtechnik ⋅ xperion Aerospace GmbHAnsprechpartner: Dipl.-Ing. Patrick Schiebel ⋅ +49 (0)421 218-58667 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIm Projekt TP-Closed Box wird eine neuartige Boxstruktur für zivile Passagierflugzeuge aus faserverstärkten Kunststoffen auf Thermoplast-Basis entwickelt. Insbesondere die schnelle Verarbeitung im Minutentakt sowie die Schweißbarkeit des Materials werden zur Beschleunigung des Fertigungsprozesses ausgenutzt. So entfällt beim entwickelten Fertigungsprozess beispielsweise die zeitintensive Vernietung der Einzelteile der aktuellen dif-ferentiellen Boxstrukturen. Die technologische Reife wird anhand eines Demonstrators gezeigt, welcher in seinen Abmessungen und seiner geometrischen Komplexität der Landeklappe eines Kurz-und Mittelstreckenflugzeuges entspricht. Die Herausforderungen liegen sowohl im Herstellungsprozess der einzelnen Komponenten als auch im Fügen durch Verschweißen. Die Subkomponenten werden aus flachen, vorkonsolidierten Laminaten in einem Thermoformprozess umge-formt. Das Umformverhalten des faserverstärkten Thermoplasts sowie die Umformbedingungen beeinflussen die Qualität der Formteile erheblich. Die Hauptaufgabe des Faserinstituts ist daher die Charakterisierung der Umformeigenschaften des Materials, die simulationsgestützte Optimierung des Fertigungsprozesses sowie die Beurteilung der erreichten Bauteilqualität mittels zerstörenden und zerstörungsfreien Prüfverfahren.In vorherigen Projekten wurde der Thermoformprozess für Laminate mit konstanter Dicke und meist einfacher Krümmung weitestgehend optimiert. Die Komponenten der hier betrachteten Boxstruktur weisen allerdings Durchsetzungen, variable Lagenaufbauten und mitunter doppelte Krümmung auf. Um die daraus resultierenden Anforderungen an die Fertigungsprozesskette zu ermitteln, werden zusammen mit der Fa. Siempelkamp ebene Platten mit Durchsetzungen und Lagensprüngen gefertigt sowie die relevanten Qualitätsmerkmale untersucht. Durch das Faserinstitut wird zudem eine Simulation des Bauteilverzugs entwickelt, um den Einfluss der Prozess- und Materialparameter zu untersuchen. Aus dem Umformvorgang resultieren unter anderem lokale Abweichungen der Faserorientierung. Diese beein-flussen nicht nur die mechanischen Eigenschaften des Bauteils, sondern wirken sich auch auf den Verzug aus. Daher wird zusätzlich eine Umformsimulation entwickelt, mit der die prozessinduzierten Abweichungen über das gesamte Bauteil ermittelt werden können und der Umformprozess anhand dessen optimiert wird.Im Projekt wird zudem das Induktionsschweißverfahren zum Fügen der thermoplastischen Bauteile weiterentwi-ckelt. Zur Fertigung des Demonstrators wird das zunächst auf Couponlevel erprobte Verfahren in ein industrie-nahes Umfeld überführt.Als Ergebnis des Projekts steht das demonstrierte Konzept einer geschlossenen, thermoplastischen Boxstruktur für Anwendungen im zivilen Flugzeugbau sowie die zugehörige Fertigungsprozesskette, mit der deutliche Einsparungen der Prozesszeiten erreicht werden.

Demonstrator der geschlossenen, thermoplastischen Boxstruktur

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PROJEKTE

VIA-Hybrid / WindowFrame

Gefördert durch: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) Luftfahrtforschungsprogramm IV FKZ: 20W1119DLaufzeit: 01.01.2012 – 01.01.2015Projektpartner: Airbus Operations GmbH ⋅ HBW-Gubesch Thermoforming GmbH ⋅ Institut für Struktur-leichtbau und Kunststoffverarbeitung (Chemnitz) ⋅KARL MAYER MALIMO Textilmaschinenfabrik GmbH ⋅ KraussMaffei Technologies GmbH ⋅ Ferdinand Stükerjürgen GmbHAnsprechpartner: Maximilian Koerdt M.Sc. ⋅ +49 (0)421-218-58679 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIm Rahmen des LuFo IV-Projekts „VIA - Hybrid / WindowFrame“ wurden neue Technologien zur Fertigung einer Flugzeug-Fensterrahmenbaugruppe erarbeitet. Das Demonstratorbauteil besteht aus einem endlosfaserver-stärkten Struktureinleger, der durch Spritzguss mit funktionsintegrierten Strukturen kombiniert wird. Durch den Einsatz des thermoplastischen Kunststoffs PEEK (Polyetheretherketon) und der Kombination des Thermoform- und Spritzgießprozesses wird eine erhebliche Verkürzung der Zykluszeit im Vergleich zu den gängigen RTM- oder Autoklavverfahren ermöglicht.

Die eingesetzten Garne beinhalten neben Carbon- zusätzlich eingebettete Matrixfasern aus PEEK. Durch die ma-terialhybriden Halbzeuge wird der Prozessschritt zur Einbringung der Matrix zum Halbzeughersteller verlagert.

Im Anschluss an die Halbzeugherstellung erfolgt die Verarbeitung zum Struktureinleger-Preform. Dabei werden Preform-Varianten aus Multiaxialen Gelegen (MAG) und Tailored Fiber Placement-Preforms (TFP) verarbeitet. Großer Vorteil des Preformings mit MAGs gegenüber der TFP-Lösung ist die kürzere Zykluszeit. Das TFP-Verfah-ren hingegen bietet den Vorteil der exakten Faserorientierung und die Möglichkeit der Ablage in die umlaufende 0°-Orientierung.

Die anschließende Konsolidierung der Preforms findet in einem variothermen Presswerkzeug statt. Während der Konsolidierung wird die Matrix aus den Wirk- und Schussfäden gebildet. Prozesszeiten unter 60 Minuten konnten erreicht werden, was eine signifikante Zeitersparnis im Vergleich zu RTM6-Zyklen bedeutet, die mehrere Stunden in Anspruch nehmen. Nach der Konsolidierung können die Struktureinleger direkt umspritzt werden. Das Umspritzen des Struktureinlegers mit kurzfaserverstärktem PEEK ermöglicht integrale Versteifungen oder Funktionselemente, welche durch eine Endlosfaserverstärkung deutlich aufwändiger zu integrieren wären. Die Wirtschaftlichkeit des Prozesses steigt hier maßgeblich.

Mit dem Verfahren wird gezeigt, dass geometrisch komplexe Primärstrukturen für die Luftfahrt in hohen Stück-zahlen leichtbaugerecht und wirtschaftlich gefertigt werden können.

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PROJEKTE

WERTFASER - Zerstörungsfreie Qualitätsprüfungsmethoden für die vollständige Wert-schöpfungskette von Faserverbundbauteilen und Schweißverbindungen am Luft- und Raumfahrtstandort Bremen

Gefördert durch: Wirtschaftsförderung Bremen WFB, QS 1005Laufzeit: 01.09.2013 – 30.06.2015Projektpartner: Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik BIASAnsprechpartner: Dipl.-Phys. Oliver Focke ⋅ +49 (0)421-218-58655 ⋅ [email protected]

Motivation und ZielIm Rahmen des Wertfaserprojektes war das FIBRE für die Anschaffung, die Inbetriebnahme eines Computer Tomografen (µ-CT) sowie für die Realisierung einer schnellen, effizienten Prüfung von Thermoplast Kleinbautei-len verantwortlich. Mit der Anschaffung des µ-CT sollten Fragestellungen der Qualitätssicherungen sowohl für Faserverbundbauteile als auch für Fügetechniken und Metalllegierungen möglich sowie In-situ Versuche durch-führbar werden. Die Herausforderung bei der Anschaffung des Computertomografen war die Zusammenführung der zum Teil unterschiedlichen Messanforderungen bezüglich Systemauflösung (kleiner 1 µm), Bauteildurch-messer (300 mm) und unterschiedlichen Materialien seitens der am Projekt beteiligten Institute sowie ein hoher Automatisierungsgrad zur Bearbeitung von Industrieaufträgen. Diese Anforderungen wurden durch die CT Anlage Phoenix-x-ray v tome x m (research edition) (siehe Bild 1) von GE ideal erfüllt, so dass diese Anlage im Dezember 2014 am Faserinstitut in Betrieb genommen worden ist.

Das im Teilprojekt speziell verfolgte Forschungsthema ist die Prüfung faserverstärkter Thermoplastbauteile mit hoher Variantenvielfalt. Eine 100 %-Prüfung kann derzeit nicht mit den herkömmlichen Prüfmethoden für Faser-verbundwerkstoffe wirtschaftlich sinnvoll bewältigt werden. Die üblichen wassergekoppelten Ultraschallprüfver-fahren erfordern eine genaue Anpassung des Prüfkopfes an die jeweilige Bauteilgeometrie. Diese bedingen eine manuelle Prüfung der Oberfläche, der Formtreue und der inneren Qualität, die bei einem CFK-Clip eine Prüfzeit von einigen Minuten pro Bauteil benötigt.

Die Prüfung von CFK-Strukturen mit der Computertomographie ermöglicht eine Analyse der äußeren Geometrie und inneren Bauteilqualität mit hoher Auflösung. Zu Beginn benötigte das Verfahren eine hohe bauteilbezogene Prüfdauer, welche im Laufe des Projektes durch eine an das Bauteil und Fehlertypen angepasste Messstrategie erheblich reduziert werden konnte. Die Prüfung und Fehlerauswertung mehrerer Strukturen kann nun in einem Röntgenzyklus durchgeführt werden. Mit einer an die Prüfaufgabe optimierten Messstrategie und einer am FIBRE entwickelte Software zur Fehleranalyse der virtuellen Schnittbilder wurde schlussendlich die Prüfzeit pro Bauteil auf eine Minute herabgesenkt.

Seit Dezember 2014 am FIBRE:Phoenix-xray v|tome|x m (research edition)

180 kV / 15 W < 1 µm Auflösung (nanofocus x-ray tube)240 kV / 320 W > 3 µm Auflösung < 40mm Stahl (microfocus x-ray tube)

Max. Scanbereich: (Höhe x Durchmesser) 300 mm x 290 mmMax. Objektgröße: (Höhe x Durchmesser) 600 mm x 500 mm

A N H A N G

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PROJEKTEHIGHLIGHTSANHANG

Anhang

Bachelor-Arbeiten

Belz, T. (2014): Experimentelle Bestimmung der Visko-sität bei der Aushärtung von Epoxidharz mithilfe von Rheometer un dielektrischer Analyse, Faserinstitut Bremen

Bendig, O. (2014): Integration von optischen Polymer-fasern in Faserverbundmaterialien zur Infusionsüber-wachung und für Structural Health Monitoring Anwen-dungen, Faserinstitut Bremen

Holst, T. (2014): Entwicklung und Validierung eines Ver-suchsstandes zur Simulation lokaler thermischer Be-lastungen von Faserverbundwerkstoffen, Faserinstitut Bremen

Klein, A. (2014): Gezieltes Eigenschaftsdesign durch den Einsatz von Carbonfaserrezyklat-Vliesstoffen in Kombination mit Bastfaser-Halbzeugen, Faserinstitut Bremen

Rumler, M. (2014): Experimentelle Analyse der Ferti-gungseinflüsse auf die Leistungsfähigkeit von Schlau-fenlasteinstellungen in CFK-Strukturen, Faserinstitut Bremen

Tse, B. (2014): Steuerung des hartelastischen Verhal-tens vom isotaktischen Polypropylen-Präkursor beim „Melt spinning cold stretching“-Verfahren, Faserinsti-tut Bremen

Ulmer, C. (2014): Automatische Herstellung von Schlaufenverbindungen durch textile Prozesse, Faser-institut Bremen

Schneider, R. (2014): Materialcharaktersierung und Eigenschaftsanalyse von Mikrokapseln für selbstrepa-rierende Anwendungen in Faserverstärkten Kunststof-fen, Faserinstitut Bremen

Weinelt, S. (2014): Simulationsbasierte Konstruktion von Faserverbund Crashelementen für Kleinflugzeuge, Faserinstitut Bremen

Wenger, L. (2014): Herstellung von Bohrungen in Or-ganoblechen durch Dornen während des Thermofor-mens, Faserinstitut Bremen

Alghazawi, M. (2015): Entwicklung einer topologisch optimierten Faserverbundstruktur zur Fertigung im 3D-Druck-Verfahren, Faserinstitut Bremen

Block, A. (2015): Virtuelle Bestimmung der Permeabi-litäten von Faserverbundstrukturen in RTM-worx, Fa-serinstitut Bremen

Boinski, M. (2015): Methoden des Toleranzmanage-ments und ihre Anwendung auf Faserverbundbauteile – Analyse und Potential, Universität Bremen

Fehrmann, S. (2015): Untersuchung des getakteten isothermen Thermoformprozesses zur Konsolidierung von FKV-Bauteilen aus hybriden Textilien, Faserinstitut Bremen

Heißmeyer, S. (2015): Voruntersuchungen zur Ent-wicklung eines „Single Polymer“-Komposits aus Poly-milchsäure für den Einsatz in Sandwichdeckschichten, Faserinstitut Bremen

Holle, F. (2015): Schweißbare Organobleche durch In-tegration metallischer Inserts, Faserinstitut Bremen

Kqiku, P. (2015): Untersuchung der Lamb-Wellen-Aus-breitung an Metall- Faserverbundkunststoff-Übergän-gen, Faserinstitut Bremen

Lorenz, A. (2015): Experimentelle Untersuchung des Einflusses von Vorspannung während der Aushärtung auf TFP-Preforms, Faserinstitut Bremen

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Mietk, M. (2015): Entwicklung einer Methodik zur opti-mierten Auswahl von Faserstoffen für neue Produkte mit multiplen Eigenschaftskombinationen, Faserinsti-tut Bremen

Peters, M. (2015): Integration von optischen Lichtleiter-sensoren in Faserverbundpolymere zur Herstellungs-überwachung und für Structural-Health-Monitoring- Anwendungen, Hochschule Bremen

Sostmann, S. (2015): Untersuchung des Zusammen-hanges zwischen Wärmeleitfähigkeit und morphologi-schen Eigenschaften der Papelflaumfaser, Faserinsti-tut Bremen

Wiggers, T. (2015): Crash Simulations of a Sample Re-turn Capsule with an Explicit Finite Element Method, Faserinstitut Bremen

Zahn, D. (2015): Untersuchung von Angusskonzepten in RTM-Werkzeugen zur Fertigung von CFK-Schlaufen, Faserinstitut Bremen

Zeidler, F. (2015): Experimentelle Betrachtung thermo-mechanischer Eigenschaften von Faser-Kunststoff-Verbunden mit Interleaf Schichten, Faserinstitut Bre-men

Master-Arbeiten

Arnaut, K. (2014): Analyse und Optimierung der Ferti-gungsparameter eines Thermoformprozesses für die Fertigung von Bauteilen mit variabler Dicke, Faserin-stitut Bremen

Beckröge, S. (2014): Entwicklung eines Faserverbund-kunststofffahrwerks für Kleinflugzeuge und dessen Optimierung bezüglich des Crashverhaltens mittels der Finiten Elemente Methode, Faserinstitut Bremen

Büttemeyer, H. (2014): Prozessinduzierte Verformung von CFK-Bauteilen insbesondere im Hinblick auf ver-schiedene Faserorientierungen und Laminataufbau-ten, Airbus Bremen

Fischer, T. (2014): Verzugskompensation beim Urfor-men von GFK Bauteilen durch Anwendung der Finite Elemente Methode-Simulation, Faserinstitut Bremen

Gerbrand, R. (2014): Analysis of safety aspects of new generation lithium batteries or the use in aerospace applications, Faserinstitut Bremen

Heimann, C. (2014): Characterization of optical and material properties of a polysulfone based polymer op-tical fiber, Hochschule Bremen

Murgia, M. (2014): Experimentelle Untersuchung und Quantifizierung einer „Near-Net-Shape“ Fertigung von faserver-stärkten thermoplastischen Kleinbauteilen im Warmumformverfahren

Puvogel, M. (2014): Entwicklung eines Werkzeug- und Handhabungssystems zur Fertigung einer doppelten Kofferecke aus Organoblech im Thermoformprozess, Universität Bremen

Reinhardt, B. (2014): Touchdown Simulation, Testing and Validation of a Marslander Demonstrator, Faser-institut Bremen

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Wagner, S. (2014): Experimentelle Untersuchung und Quantifizierung einer „Near-Net-Shape“ Fertigung von faserver-stärkten thermoplastischen Kleinbauteilen im Warmumformverfahren, Faserinstitut Bremen

Avdeev, A. (2015): Untersuchungen zur Wiederver-wendbarkeit von Thermoplasten aus Faserverbund-werkstoffen, Faserinstitut Bremen

Gow, M. (2015): Entwicklung und Verifizierung von Prüfstrategien zur Detektion von Fehlstellen in Fa-serverbundplatten mittels Lamb-Wellen, Hochschule Bremen

Hasemann, P. (2015): Optimierung automatisierter Handlingsysteme von trockenen Faserverbundwerk-stoffen zur Pre-form-Herstellung in der Luftfahrt- und Automobilindustrie, Faserinstitut Bremen

Hübner, A. (2015): Entwicklung eines Injektionswerk-zeugs zur Pultrusion mehrschichtiger Sandwich-Fa-serverbundprofile, Universität Bremen

Köster, S. (2015): Quantifizierung und Beurteilung des Vorspannkraftverlustes von Verbindungselementen in Kohlenstofffaserverbund- und Aluminiumbauteil-Kombinationen über den Produktlebenszyklus, Faser-institut Bremen

Meschede, T. T. (2015): Entwicklung eines Konzepts zur Verwendung von neuen Hochleistungswerkstoffen für leichte und hochbelastbare Drahtseile, Faserinstitut Bremen

Nerstheimer, A. (2015): Konstruktion und Inbetrieb-nahme einer Maschine zur Automatisierung der Fer-tigung textiler Schlaufenverbindungen, Faserinstitut Bremen

Warhus, S. (2015): Experimentelle Kennwertermittlung und numerische Simulation des Crushing-Verhaltens von Pin-verstärkten Sandwichstrukturen, Universität Bremen

Welk, W. (2015): Verschlankung des integrierten Ma-nagement-Systems im Faserinstitut Bremen e.V., Fa-serinstitut Bremen

Diplom-Arbeiten

Muenz, E. A. (2015): Study of Crystallization Models and Correlation with Process-induced Stresses for PEEK Processing, Faserinstitut Bremen

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Veröffentlichungen

Brauner, C., Bauer, S., Herrmann, A.S. (2014): Analy-sing process-induced deformation and stresses using a simlated manufacturing process for composite mul-tispar flaps. Journal of Composite Materials: online

Focke, O., Salas, M., Lang, W., Herrmann, A.S. (2014): Analysis of environmental influences on a lamb wave based monitoring system for the defect detection in carbon fiber reinforced plastic structures, Arcachon

Jansen, F. (2014): Automated Mass Production of Fibre Reinforced Thermoplastic Composites, Faserinstitut Bremen

Drieling, A. (2014): CSITC Task Force Contributions, 22nd Meeting of the CSITC Task Force Thessaloniki, Greece, November 2, 2014.

Drieling, A. (2014): CSITC Task Force Contributions, 20nd Meeting of the CSITC Task Force Bremen, Ger-many, March 19, 2014.

Drieling, A. (2014): Cotton Testing Training, ICA Bre-men Cotton Classing and Testing Training, Bremen, 22.-31. July 2014

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Bücher

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Dissertationen

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Facts and Figures

2014 2015

Anteil der Frauen in %

33,3

35,4

40

35

30

25

20

15

10

5

02014 2015

Anzahl der Mitarbeiter/innen

45 48

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

Grundförderung 10,9 %Umsatz Grundlagenforschung 7,0 %Umsatz Vorwettbewerbliche Forschung 14,7 %Umsatz wettbewerbliche FuE 49,7 %Umsatz Auftragsforschung und Dienstleistung 17,8 %

10,9 %

7,0 %

14,7 %

49,7 %

17,8 %

Umsatz nach Zuwendung 2015

2014 2015 forecast

Umsatz in Mio €

4,24

6

3,65

4

4,0

3,5

3,0

2,5

2,0

1,5

1,0

0,5

0

PROJEKTEHIGHLIGHTS

PROJEKTEHIGHLIGHTS

Faserinstitut Bremen e. V. Gebäude IW3

Am Biologischen Garten 228359 Bremen

www.faserinstitut.de

InstitutsleiterProf. Dr. Axel S. Herrmann

Telefon +49 (0)421 218-58700Fax +49 (0)421 218-58710

[email protected]

Labor UniversitätJohanne Hesselbach M.Sc.

Telefon +49 (0)421 [email protected]

Labor Baumwolle / WolleBremer Baumwollbörse

Wachtstraße 17–2428195 Bremen


QualitätsmanagementHeiko Ilchmann


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