Das Projekt "TVH: Fertigung und Test von Demonstratoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. Im vorgeschlagenen Projektentwurf LeiWaCo soll ein kostengünstiger und gleichzeitig hochfester Leichtbau-Wasserstofftank aus Faserverbundwerkstoffen für Flüssigwasserstoff zu entwickelt werden mit dem Anwendungsziel des Einsatzes in einer neuen, branchenübergreifend einsetzbare Logistiklösung in Form einer containerbasierten Transport- und Versorgungseinheit. Daneben betrachtet das branchenübergreifend aufgestellte Konsortium aber auch die Adaption der entwickelten Technologien für Tanks in den Bereichen Straßenverkehr, Schifffahrt, Schienenverkehr und Luftfahrt. Eine der wesentlichen Herausforderungen bei der Entwicklung von kryogenen Faserverbundtanks ist die Dichtigkeit, die durch thermisch induzierte Mikrorisse im Material aufgrund der tiefen Temperatur von -253 Grad C beeinträchtigt wird. Dies soll im Projekt durch einen neuartigen Ansatz verhindert werden: Die Verwendung thermoplastischer Materialien in Kombination mit der Anwendung der Dünnschichttechnologie. Hierfür werden neue Konstruktions- und Berechnungsmethoden, neue Halbzeug und Materialtest, entsprechende Fertigungstechnologien und Prüfmethoden für das Bauteil entwickelt und angewendet. Im Rahmen des Projektes wir somit die komplette Wertschöpfungskette abgedeckt und anhand von Demonstratoren validiert. Am Ende des Projektes steht an ein Versuchsaufbau in Einsatzumgebung, wesentliche Technikelemente werden in relevanter Umgebung erprobt. Dies entspricht einem Technologiereifegrad von fünf, der die Basis für eine wirtschaftliche Verwertung der Ergebnisse im Anschluss an das Projekt darstellt. Am DLR in Stade (DLR FA) werden verschiedene Fertigungstechnologien entwickelt, erprobt und anschließend damit Funktions- und Fertigungsdemonstratoren hergestellt. Weiterhin werden in Bremen (DLR RY) grundlegende Tests zum Materialverhalten von Faserverbundwerkstoffen unter Wasserstoffbedingungen durchgeführt und die gefertigten Funktionsdemonstratoren mit Wasserstoff getestet.
Das Projekt "Berechnungskonzept zur Bewertung der Bildung von Leckagenetzwerken in kryogenen CFK-Wasserstofftanks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Mechanik und Adaptronik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Implementierung und Validierung eines multiskaligen Simulationsansatzes zur Bewertung der Bildung von Mikrorissnetzwerken in CFK-Strukturen zur Speicherung von kryogenem Wasserstoff. Die Notwendigkeit eines multiskaligen Ansatzes ergibt sich daraus, dass die Bildung erster Risse als thermisch und mechanisch induzierte Zwischenfaserbrüche in der Einzelschicht erfolgt. Diese vereinigen sich im Laminat zu Netzwerken und eröffnen Leckagepfade durch die Tankwand auf der makroskopischen Ebene. Zunächst ist ein umfassendes Verständnis der Mechanismen erforderlich, die auf der Mikroebene zur Bildung von Rissen als Zwischenfaserbrüche führen. Hierbei spielen zum einen die Eigenschaften der Matrix sowie der Faser-Matrix-Interfaces und zum anderen die lokale mikrostrukturelle Belastungssituation eine wichtige Rolle. Die einzelnen Effekte sollen experimentell charakterisiert werden. Auf der Basis dieser Erkenntnisse erfolgt eine mikromechanische numerische Bewertung der Bildung und Ausbreitung von Zwischenfaserbrüchen. Zur Bewertung auf der Makroebene ist ein geeignetes, auf dieser Ebene formuliertes Modell abzuleiten, welches die Ergebnisse der mikromechanischen Simulation als Eingangsgrößen nutzt. Das Modell ist jedoch rein auf der makroskopischen Ebene formuliert und dadurch in FE-Simulationen auf Bauteilebene effizient einsetzbar. Der Multiskalenansatz soll auf allen relevanten Skalen validiert werden. Dabei wird die Mikrorissbildung von thermo-mechanisch Konditionierten Proben in Schliff- und Röntgen-CT-Untersuchungen bewertet. Diese Versuche werden durch Permeationstests mit und ohne überlagerte thermo-mechanische Belastung ergänzt. Auf der Basis der Gesamtergebnisse soll abschließend eine umfassende Bewertung der Gefahr der Bildung von Leckagenetzwerken in der CFK-Hülle kryogener Wasserstofftanks und der hierbei relevanten Einflussgrößen erfolgen, so dass Designempfehlungen für die Praxis formuliert werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Modellierung von Mikrorissnetzwerken und Simulation von Leckage in kryogenen CFK-Wasserstofftanks" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Mechanik und Adaptronik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung, Implementierung und Validierung eines multiskaligen Simulationsansatzes zur Bewertung der Bildung von Mikrorissnetzwerken in CFK-Strukturen zur Speicherung von kryogenem Wasserstoff. Die Notwendigkeit eines multiskaligen Ansatzes ergibt sich daraus, dass die Bildung erster Risse als thermisch und mechanisch induzierte Zwischenfaserbrüche in der Einzelschicht erfolgt. Diese vereinigen sich im Laminat zu Netzwerken und eröffnen Leckagepfade durch die Tankwand auf der makroskopischen Ebene. Zunächst ist ein umfassendes Verständnis der Mechanismen erforderlich, die auf der Mikroebene zur Bildung von Rissen als Zwischenfaserbrüche führen. Hierbei spielen zum einen die Eigenschaften der Matrix sowie der Faser-Matrix-Interfaces und zum anderen die lokale mikrostrukturelle Belastungssituation eine wichtige Rolle. Die einzelnen Effekte sollen experimentell charakterisiert werden. Auf der Basis dieser Erkenntnisse erfolgt eine mikromechanische numerische Bewertung der Bildung und Ausbreitung von Zwischenfaserbrüchen. Zur Bewertung auf der Makroebene ist ein geeignetes, auf dieser Ebene formuliertes Modell abzuleiten, welches die Ergebnisse der mikromechanischen Simulation als Eingangsgrößen nutzt. Das Modell ist jedoch rein auf der makroskopischen Ebene formuliert und dadurch in FE-Simulationen auf Bauteilebene effizient einsetzbar. Der Multiskalenansatz soll auf allen relevanten Skalen validiert werden. Dabei wird die Mikrorissbildung von thermo-mechanisch Konditionierten Proben in Schliff- und Röntgen-CT-Untersuchungen bewertet. Diese Versuche werden durch Permeationstests mit und ohne überlagerte thermo-mechanische Belastung ergänzt. Auf der Basis der Gesamtergebnisse soll abschließend eine umfassende Bewertung der Gefahr der Bildung von Leckagenetzwerken in der CFK-Hülle kryogener Wasserstofftanks und der hierbei relevanten Einflussgrößen erfolgen, so dass Designempfehlungen für die Praxis formuliert werden können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Materialentwicklung und Charakterisierung für funktionalisierte Klebstoffsysteme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. Klebenähte sind anfällig für schlecht detektierbare Initialschäden und damit Ausgangspunkt für progressive Schadensverläufe in Rotorblätter. Durch elektrisch leitfähige Partikel und Kurzfaserverstärkungen lässt sich das Klebstoffmaterial für ein Strukturüberwachungssystem funktionalisieren. Durch die Gestaltung der elektrischen Eigenschaften des Klebstoffes wird durch eine Überwachung der resistiven und kapazitiven Eigenschaften der Klebschicht eine Schadensdetektion ermöglicht. Im Sinne eines ganzheitliche Ansatz müssen die entwickelten sensorischen Klebeharze ohne signifikanten Mehraufwand in etablierte Produktionsprozesse verarbeitet werden können. Weiterhin muss sichergestellt werden, dass die strukturelle Leistungsfähigkeit der Klebeharze nicht vermindert wird. Im besten Fall werden gleichzeitig auch diese Eigenschaften durch die Partikelmodifikation des Harzes verbessert. Abgesichert werden diese Forschungsansätze durch umfangreiche Couponversuche und einem abschließenden repräsentativen Strukturtest.
Das Projekt "Teilvorhaben: Bauteilfertigung und Analyse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. Faserverbundbauteile werden überwiegend in Formwerkzeugen ausgehärtet und erhalten auf diesem Weg ihre Geometrie. In Abhängigkeit der Losgröße, der Bauteilgröße und -komplexität werden Metall-, Kunststoffformen oder Formwerkzeuge aus faserverstärkten Kunststoffen eingesetzt. Selbst bei hohen Stückzahlen hat das Formwerkzeug einen signifikanten Anteil am gesamten Ressourceneinsatz. Im FuE-Projekt wird dieses Problem mit Hilfe von deutlich kostengünstigeren und ressourceneffizienteren Formwerkzeugen aus nachwachsenden Rohstoffen gelöst. Das Vorhaben verfolgt dabei den Lösungsweg die Stützstruktur der Formwerkzeuge aus einem Gefache aus Wellpappe zu erzeugen. Auf dieser Stützstruktur wird eine Formmatte aufgebracht, die schließlich die formgebende Oberfläche bildet. Ein solch neuartiges Werkzeugkonzept verspricht eine deutliche Reduktion des Ressourceneinsatzes und senkt das Werkzeuggewicht und somit den Handhabungsaufwand sowie die benötigte Heizenergie im Aushärteprozess. Dazu können die Werkzeugstrukturen flexibel angepasst werden. Das Projekt umfasst Untersuchungen an der Werkzeugstruktur hinsichtlich der geforderten Fertigungs- und Prozessrandbedingungen aus einem realen Fertigungsszenario. Des Weiteren erfolgt in Fertigungsversuchen auf den entwickelten Werkzeugstrukturen die Beurteilung der Qualität und Formtreue anhand von Couponproben sowie eines finalen Demonstrators.
Das Projekt "Teilvorhaben: Bewertung des Faseraufschlusses und der Herstellung von rCF-Halbzeugen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. Im Rahmen von EDISON-rCF wird ein neuer Solvolyseprozess zur Faserrückgewinnung aus CFK mit unterschiedlichen Matrixsystemen erstmalig industriell zum Einsatz kommen, welcher deutlich weniger Energie benötigt als aktuelle Pyrolyse-Prozesse. Dieser befreit Fasern großer Länge von der Matrix, wobei diese nicht pyrolytisch zersetzt, sondern als Produkt in Form von Oligomeren zur weiteren Verwertung in der chemischen Industrie genutzt werden kann. Zur Gewährleistung einer hohen Qualität erfolgt zuvor eine prozessangepasste Vorzerkleinerung und Sondierung der Wertstoffe unter Berücksichtigung einer hohen Materialausnutzung sowie als Grundlage zur Erzeugung unterschiedlicher Qualitätsstufen. Die recycelten Fasern, welche dank des Prozesses inklusive der Schlichte vollständig intakt bleiben, werden anschließend zu hochwertigen Halbzeugen weiterverarbeitet, deren Entwicklung im Rahmen von EDISON-rCF geschieht. Dazu entstehen zwei innovative Fertigungsanlagen: a) eine Vliesanlage, welche eine Ausrichtung der Fasern erlaubt, zur Erzeugung von flächigen quasi-unidirektionalen Halbzeugen sowie b) eine Garnspinnanlage zur Erzeugung von Vorformlingen von Stäben, wie sie zur Bewehrung von Carbonbeton benötigt werden. Diese Halbzeuge sollen als High-Performance-Produkte in Bauteilen eingesetzt werden und somit den Recyclingkreislauf schließen. Zur Sicherstellung, dass die entstehenden Halbzeuge technischen Ansprüchen in Punkto Qualität und Zuverlässigkeit mit Bezug auf deren Eigenschaften vorweisen, geschieht eine Kategorisierung und Standardisierung. Im Verbund mit Polymer-Matrixsystemen und auch Beton, im Falle der Bewehrungen, erfolgen Materialversuche zur Ermittlung von mechanischen Kennwerten mit dem Ziel der Zertifizierung. Um die ökologischen Vorteile bewerten zu können, erfolgt eine detaillierte Ökobilanzierung (Life-Cycle-Assessment, LCA) unter Einbeziehung gemessener Prozesswerte.
Das Projekt "Steigerung der Zuverlässigkeit von segmentierten Rotorblättern durch hybride Zustandsüberwachung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. Um bestehende Hemmnisse im realen Einsatz von Strukturüberwachungssystemen abzubauen ist eine Zielstellung des Projekts die Systemkomplexität deutlich zu reduzieren.
Das Projekt "Teilvorhaben: DLR4SONYA-Ultraschallbasiertes System zur Zustandsüberwachung an mechanisch getesteten segmentierten Prüfkörpern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. Um bestehende Hemmnisse im realen Einsatz von Strukturüberwachungssystemen abzubauen ist eine Zielstellung des Projekts die Systemkomplexität deutlich zu reduzieren. In diesem Teilvorhaben werden dabei Sensorsysteme betrachtet, die auf piezoelektrischen Wandlern zur Erzeugung von Ultraschallsignalen basieren. Zur Verringerung der Systemkomplexität werden die bisher aus einzelnen Elementen bestehenden Sensornetzwerke in Module zusammengefasst. Die Erweiterung dieser Module mit ergänzender Elektronik, in diesem Projekt am Beispiel eines Multiplexers, ermöglicht zusätzlich den Integrationsaufwand zu minimieren. Anstatt eine Mehrzahl einzelner piezoelektrischen Wandler an der Messstelle im Rotorblatt zu applizieren, soll es ermöglicht werden, mit einem vorgefertigten Netzwerkknoten die Applikation aller benötigten Wandler und Elektronik in einem einzigen Fertigungsschritt in der Rotorblattherstellung zu realisieren. Durch den Einsatz eines solchen Netzwerkmoduls wird zusätzlich die benötigte Anzahl an elektrischen Leitungen zwischen der Messhardware und dem Sensornetzwerk drastisch reduziert. Damit lassen sich die Integrationskosten und der parasitäre Gewichtsanteil deutlich senken. Ein weiterer Schwerpunkt dieses Teilprojektes ist es, hybride Systeme zur Schadensdetektion an repräsentativen Windkraft-Strukturen zu testen. Diese Strukturen können aus wirtschaftlichen und organisatorischen Gründen nicht in voller Größe und Komplexität eines segmentierten Rotorblatts ausgeführt werden. Daher ist es ein Ziel, die Randbedingungen von segmentierten Rotorblättern genau zu analysieren, um daraus repräsentative Bauteiltests zu entwickeln, die trotz der notwendigen Skalierungen Rückschlüsse auf ein Rotorblatt zulassen. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sollen Bauteiltests auf Coupon- und auf Elementebene durchgeführt werden. Weiterhin ist die übergeordnete Koordination des Gesamtprojektes Gegenstand dieses Teilprojektes.
Das Projekt "EFFEKT - Aktive Schalldämpfung von Klimageräten, Applikation von Leiterbahnen in Faserverbundwerkstoffe und Bewertung von neuen Kabinenkonzepten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. In DLR4EFFEKT wird die Fragestellung der effizienten Kabine im Rahmen von drei Teilprojekten (TP) adressiert. Die in DLR4EFFEKT geplanten Arbeiten tragen zu den Teilarbeitspaketen (TAP) des EFFEKT-Gesamtverbundvorhabens von Diehl bei. TP1 ist verknüpft mit TAP3.3.2 'Aktive Geräuschunterdrückung', TP2 ist verknüpft mit TAP2.3.4 'Integration von Sensoren, LED's und Leiterbahnen in Sandwichstrukturen' und TP3 ist verknüpft mit TAP3.1.1 'Intelligente Lavatory' und TAP3.1.2 'Intelligente Kabine'. In TP1 werden massen- und volumeneffiziente aktive Schallreduktionsmaßnahmen für hochintegrierte Bauteile am Beispiel der Air Refrigeration Unit (ARU) erforscht, welche eine Kosten- und Gewichtsreduktion der ARU bei reduzierter Schallemission zum Ziel haben. In TP2 werden die Potenziale von Faserverbundwerkstoffen unter dem Aspekt Leiterbahnapplikation identifiziert und untersucht. Die Funktionserweiterung von Strukturen soll eine Gewichtsreduktion ermöglichen und die erhöhte Integrationsdichte den Montageaufwand reduzieren. In TP3 wird die Wertigkeit von Kabinensystemen für Airlines und Passagiere untersucht. Es werden Systeme und Funktionen für jeweils angemessene betriebliche Einsatzszenarien Anforderungen, Präferenzen und Zahlungsbereitschaften ermittelt. Damit soll einerseits der Innovationsprozess im Projekt nutzerzentriert erfolgen und andererseits das Innovationsmodell für die Kabinenforschung verfeinert werden. Die Risiken der Zielerreichung werden für TP 1 und TP2 als gering eingeschätzt. Für TP3 besteht ein mittleres Risiko, das aus den genannten Quellen zu wenige Informationen gewonnen werden können, um die Entwicklung von Kabinentechnologien zielgerichtet zu begleiten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Adaptronische Maßnahmen zur Verringerung der tonalen Schallemission an Windenergieanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Faserverbundleichtbau und Adaptronik durchgeführt. Angesichts des inzwischen hohen Ausbaugrades der Windenergie in Deutschland ist weiterer Zuwachs der installierten Leistung nur dann zu erwarten, wenn neue Standorte erschlossen werden können. Ein wesentliches Hindernis für den weiteren Aufbau von Windenergieanlagen (WEA) in Deutschland sind akustische Emissionen der Anlagen. Neben den aeroakustischen Emissionen können dabei auch Vibrationen auftreten. Die Hauptquelle der Vibrationen ist dabei der Antriebsstrang. Vibrationen können sich über die Windenergieanlage ausbreiten und dann als Schall abgestrahlt werden. Zudem führen Vibrationen verstärkt zu Verschleiß der Anlagenkomponenten. In Deutschland sind die möglichen Schallimmissionen in der Sechsten Allgemeinen Verwaltungsvorschrift zum Bundes-Immissionsschutzgesetz (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm - TA Lärm) klar für verschiedene Gebiete geregelt. Eine Verringerung des Abstandes von WEA zu diesen Gebieten und damit die Erschließung neuer Standorte ist daher nur möglich, wenn die von den WEA emittierten Schallpegel verringert werden, um in den Vorgaben zu bleiben. Die Motivation des DLR liegt dabei in der Übertragung und Erforschung von adaptronischen Technologien zur Minderung von Vibrationen und der damit verbundenen Schallabstrahlung in die Umgebung. Im Fokus liegen dabei Antriebsstrang und Generatorverkleidung der Windenergieanlage. In der Abteilung Adaptronik des Institutes für Faserverbundleichtbau und Adaptronik (FA) besteht dazu bereits ein breites Vorwissen.
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