Projekte

WICKNOT

Simulationsbasierte Wickelprozesse für die automatisierte Herstellung belastungsoptimierter CFK-Knotenelemente für den Einsatz in ultraleichten Fachwerkskonstruktionen (WICKNOT)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ (bis 2015)
Wettbewerb: 16. Runde, Stichtag 15.04.2015

Kurzbeschreibung:
Ziel des Projekts ist die Entwicklung simulationsbasierter Wickelprozesse für die automatisierte
Herstellung belastungsoptimierter CFK-Knotenelemente für den Einsatz in ultraleichten Fachwerkskonstruktionen. Dadurch sollen Knotenelemente, die heute als massive Metallkomponenten oder in aufwändiger Mischbauweise realisiert werden, ersetzt werden.

Projektdauer: 01.11.2015 − 28.02.2018

Projektkoordinator:
Thomas Leschik
CarboFibretec GmbH
Telefon: +49 7541 3889-28
E-Mail: thomas.leschik@carbofibretec.de

Ansprechpartner bei PTKA:
Anika Hirsch, M.Eng.
Telefon: +49 721 608-24628
E-Mail: anika.hirsch@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung:
Bauteile aus Karbonfaserverbundwerkstoffen (CFK) bieten durch ihr geringes Eigengewicht und die Möglichkeit, über die Faserausrichtung die Belastungs- und Schwingungseigen-schaften gezielt einstellen zu können, ein riesiges Einsatzpotenzial. Dies gilt insbesondere für daraus aufgebaute Fachwerkkonstruktionen, wie z. B für Maschinengestelle. Dennoch werden bis heute weitestgehend händische Spezialanfertigungen eingesetzt, was vor allem an den Verbindungsknoten mit komplexen Geometrien liegt. Diese lassen sich, im Gegensatz zu den zylindrischen Streben eines Fachwerks, bisher nicht maschinell herstellen, wenn, wie in den meisten Fällen, gleichzeitig die Belastungseigenschaften genau vorgegeben sind. Vor diesem Hintergrund werden Knotenelemente heute als massive Metallkomponenten oder aufwändig herzustellende Knotenbleche in Mischbauweise realisiert, wodurch die gesamte Fachwerkkonstruktion ihrer primär überzeugenden mechanischen Eigenschaften und Gewichtsvorteile beraubt bzw. angesichts der Kosten uninteressant wird.

Zielstellung:
Um die Potenziale von CFK-Werkstoffen zukünftig auch für die in vielen Anwendungen hochinteressanten Fachwerkkonstruktionen erschließen zu können, verfolgt das KMU-innovativ Projekt WICKNOT das Ziel eines automatisierten Fertigungsprozesses zur Herstellung ultra-leichter Knotenelemente aus CFK. Auf dieser Grundlage wird es erstmals möglich sein, fes-tigkeitsoptimierte Knotenelemente auf reiner CFK-Basis mit reproduzierbar hoher Qualität, deutlich schneller und zu wettbewerbsfähigen Kosten herzustellen.

Vorgehensweise:
Dabei soll u.a. eine Simulationssoftware entwickelt werden, mit der für komplexe Knoten-strukturen die optimalen räumlichen, d. h. belastungs- und fertigungsgerechten, Wickelver-läufe berechnet werden. Diese sollen auf einer neuartigen Knotenwickelmaschine über eine komplexe dreidimensionale Ablage der Endlosfasern abgebildet, anhand exemplarischer Knotengeometrien experimentell erprobt und dann mit der Simulation abgeglichen werden.

Anwendungspotenzial und erwartetete Ergebnisse:
Gelingt dies, können die technischen Vorzüge von CFK-Knoten erstmals mit den wirtschaftlichen Vorteilen einer automatisierten Fertigung kombiniert werden. Trotz der großen Varian-tenzahl können die Knoten so als Serienbauteile mit exakt auf den Einsatzzweck abgestimm-ter Qualität wirtschaftlich hergestellt werden. Dadurch wird großes Marktpotenzial eröffnet, z. B. in der Landtechnik, Architektur, dem Fahrzeug- und Maschinenbau, das sich deutsche Leichtbauunternehmen dann aus führender Position erschließen können.

Publikationen

KMU-innovativ - Innovationen für die Produktion von morgen
Erscheinungsjahr: 2017
Beschreibung: Die Broschüre informiert über das Forschungsförderprogramm und laufende Forschungsvorhaben von produzierenden KMU. Für Unternehmen, die auf den dargestellten Fach- und Forschungsgebieten kooperieren möchten, dient die Broschüre als Basisinformation.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu