Die Aufgabenstellung
Da der Leichtbau, als ein Schlüsselelement für nachhaltigen Transport, im Schiffbau massive Widerstände aufgrund ungenügender Fügetechnologien für Faserverbundmaterialien und Stahl erfährt, sollen durch das Forschungsprojekt „Hybride Fügetechnologie für Verbindungen im maritimen Einsatz“, Akronym Hy-FiVE, neue Technologien entwickelt und für den maritimen Einsatz evaluiert werden. Kleben, als das Standardverfahren zum Fügen von Leichtbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metallstrukturen, genügt dabei häufig nicht den zeitlichen und kostentechnischen Ansprüchen des Schiffbaus in Hinblick auf Entwurf, Zertifizierung und Produktion. Ziel ist es daher, neue und effiziente klebfreie Verbindungstechnologien für FVK und Metallanwendungen zu entwickeln.
Die Projektpartner
Die 8 Partner (fünf Industrieunternehmen und drei wissenschaftliche Einrichtungen) im Projekt bilden vom Textil- und Materialhersteller, Ingenieurbüros wie ar engineers bis hin zum Fertigungsbetrieb das gesamte Spektrum entlang der Wertschöpfungskette ab. Unterstützt werden diese durch drei wissenschaftliche Einrichtungen mit ihrer Expertise im Bereich der Faser- und Kunststofftechnologie, wie auch dem Bereich des Schweißens.
Die Herangehensweise
Die schiffbauliche Anwendung ist im Fokus des Forschungsprojekts Hy-FiVE. Somit ist ein wesentlicher Aspekt des Projektes die Entwicklung der Technologien entlang der Anforderungen im Schiffbau. Dazu gehören unter anderem die Integration in FVK Bauteile mittels unterschiedlicher Herstellungsmethoden, die Skalierbarkeit, die zerstörungsfreie Prüfung, wie auch der Brandschutz. Dafür arbeitet das Konsortium eng mit Werften und Klassifikationsgesellschaften zusammen.
Durch diese Forschungsinhalte leistet ar engineers einen wichtigen Beitrag zum Erfolg des Projekts Hy-FiVE:
- Strukturmechanische Evaluierung neuartiger Verbindungskonzepte für Stahl-GFK-Hybride
- Aufbau von Design- und Berechnungsverfahren für den Hybridverbinder FAUSST
- Durchführung von umfangreichen numerischen Simulationen zur mechanischen Charakterisierung des komplexen 3D Gewirks von FAUSST
- Vergleich der mechanischen Performance mit konventionellen Fügemethoden (Kleben, Nieten, Schrauben)
Entwicklung standardisierbarer Entwurfs- und Nachweisprozesse von Stahl-GFK-Hybridstrukturen mit FAUSST-Verbinder für den Einsatz in schiffbaulichen Baugruppen. Optimierung der Fügetechnologie aus strukturmechanischen Gesichtspunkten, um die mechanische Performance im Baugruppenkontext zu verbessern
Unser Knowhow
Folgende Kompetenzen bei ar engineers werden im Forschungsprojekt eingesetzt und weiterentwickelt:
- Umfangreiche Erfahrung in der Konzeptionierung und Koordinierung von komplexen Projekten
- Langjährige Leichtbau Expertise – auch in der schiffbaulichen Anwendung
- Bestmögliche Abbildung von komplexen Rahmenbedingungen durch numerische Simulation
- Bauteiloptimierung im Kontext mit innovativen Materialkombinationen, wie beim FAUSST Hybridverbinder
- Tiefgreifende Kenntnis in der Zusammenarbeit mit Zertifizierungsgesellschaften
Unser Weg
Mit einer großen Offenheit werden wir die disruptiven Techniken wie hybride Materialkombinationen über den Einsatz von Highend Simulationstools abbilden und optimieren; unser tiefgreifendes Verständnis von der schiffbaulichen Anwendung wird einen frühzeitigen „Proof of Concept“ der theoretischen Erkenntnisse ermöglichen. Dadurch werden wir wichtige Impulse zur Optimierung dieser innovativen Fügetechnik liefern können.
Projektpartner
Fabian Nowacki
Leiter Engineering
Background: M.Sc. Flugzeugbau mit dem Schwerpunkt Simulation & Composites
Fabians Lieblingsprojekt :
Ich finde es cool, neue Gebiete der Materialforschung zu beschreiten.
Mich begeistert, dass das Projekt viele Partner aus verschiedensten Zweigen der Industrie und Forschung, deutschlandweit vereint. Durch diesen regelmäßigen Austausch im Konsortium ergeben sich neben den neuen wissenschaftlichen Erkenntnissen auch neue Möglichkeiten der industriellen Kooperation. Der Innovationsgrad dieses Vorhabens ist sehr hoch: Die mit FAUSST entwickelte Fügetechnologie ist Wegbereiter für disruptives Engineering und eine Benchmark für neue Entwurfskonzepte für Composite- und Hybridstrukturen im Schiffbau.
Ich kann meine Expertise in der Nutzung von High End Simulationstools einbringen und erweitern, da die intensive Erforschung des komplexen Materialverhaltens eine umfangreiche 3D-Simulation gepaart mit experimenteller Validierung erfordert. Dadurch stoße ich in neue Gebiete der Materialforschung vor und kann neue Berechnungsmethoden für innovative Materialkombinationen entwickeln. Dieses so erworbene Knowhow kann ich dann für unsere anderen Kunden bei ar engineers gewinnbringend einsetzen.
Luiz Lise
Entwicklungs- & Berechnungsingenieur
Background: M.Sc. Maschinenbau mit dem Schwerpunkt Kunststofftechnik
Luiz’ Lieblingsprojekt :
Für mich ist es spannend, an der Weiterentwicklung modernster Simulationstechniken zu forschen.
Die Teilnahme am Hy-FiVE-Projekt ist für mich unter mehreren Aspekten sehr interessant.
Einer davon ist, dass wir modernste Simulationstechnologien verwenden, um die erforderlichen Berechnungen durchzuführen. Dies ermöglicht uns ein besseres Verständnis dieser neuen Technologie auf verschiedenen Ebenen, von der Mikro- bis zur Makroebene. Außerdem trägt es dazu bei, unser Knowhow im Bereich der Faserverbundstrukturen zu verbessern.
Ein weiterer Aspekt für mich ist der Wissensaustausch zwischen den Projektpartnern. Das heterogene Konsortium bietet Fachexpertise in allen wichtigen Bereichen der Materialforschung und Technologieentwicklung: Materialzulieferer, Experimentelle Prüfung, Fügetechnik, Berechnung & Simulation, Technische Textilien, Bauteilherstellung. Da die Projektpartner das gesamte Leistungsspektrum abdecken, ist es mir möglich, die verschiedenen Entwicklungsphasen dieser neuen Technologie besser zu verstehen und meinen Anteil am Erfolg des Projektes beizutragen.