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Schlagwort: Fahrzeugtechnologien
Fördermaßnahme: Forschungscampus Open Hybrid LabFactory
Forschungsziel: Die Integration nicht-struktureller Funktionen in strukturelle Bauteile ist stark abhängig von der Bauweise bzw. der eingesetzten Materialien. Mit der Hybridbauweise bietet sich ein Konstruktionsprinzip, welches die Integration von Funktionen serientauglich erlaubt und das Einsparen von Gewicht verspricht. Durch den intensiven Materialmix entstehen jedoch Fragestellungen im Hinblick auf eine Trennung der Materialien am Lebensende. Durch zunehmende Anforderungen in den Bereichen Nachhaltigkeit und Circular Economy (CECE) entsteht der Bedarf für ressourcenschonende und recyclingfähige Ansätze. Daher ist das Ziel im Forschungsvorhaben TechnoHyb die Anwendbarkeit von Materialmixen insbesondere in Bezug auf Funktionsintegration in Vereinbarkeit mit Anforderungen der CE zu untersuchen. Innerhalb des Forschungsvorhabens werden mit einer Flugwindkraftanlage sowie einer mobilen Ladesäule zwei sehr unterschiedliche Anwendungsfälle untersucht. In diesem Kontext werden unterschiedliche Konstruktionsprinzipien der Funktionsintegration hinsichtlich technischer, wirtschaftlicher und ökologischer Aspekte analysiert und ausgewählte Lösungen konstruktiv umgesetzt. Als Ergebnis liegen umfassende, an Funktionsmustern und Demonstratoren validierte Erkenntnisse zur Umsetzung von Funktionsintegration und Recyclingfähigkeit am Lebensende in unterschiedlichen Bauweisen vor.
Prof. Thomas Vietor +49 531 391-666670
t.vietor@tu-braunschweig.de
Dipl.-Ing. Claudius Noll
+49 721 608-24953
claudius.noll@kit.edu
Problemstellung
Die Trends der Elektrifizierung, Digitalisierung und Automatisierung führen zu einer Zunahme an Funktionen in Produktsystemen und damit zu einer Forderung nach neuartigen Konstruktionsprinzipien sowie Fertigungskonzepten. Heutige Produkte weisen immer mehr Funktionalitäten auf. Die Integration von zusätzlichen Funktionen bietet dabei die Möglichkeit zur Reduzierung des Gewichts sowie der Montageumfänge. Im Gegenzug stellt die Forderung nach einer sortenreinen Trennung und dem vollständigen Recycling am Lebensende einen Kontrast zu diesen Forderungen dar, der grundlegende Auswirkungen auf die Produktarchitektur von Produkten hat. Es gilt somit in diesem Spannungsfeld Lösungen zu entwickeln, die beiden Themenfeldern gerecht werden. Um die Potentiale der Nachhaltigkeit möglichst vollständig umzusetzen, müssen über das Thema Recycling hinaus die weiteren Möglichkeiten im Bereich der Lebensdauerverlängerung und Verringerung der Umweltwirkungen berücksichtigt werden.
Projektziele
Gesamtziel der zweiten Phase des Vorhabens ist die Analyse unterschiedlicher Konstruktionsprinzipien für verschiedene Bauweisen sowie die Entwicklung von Methoden und Gestaltungsrichtlinien zur wirtschaftlichen und nachhaltigen Umsetzung von Funktionsintegration. Ausgangspunkt hierfür ist die grundsätzliche Verträglichkeit der Produktarchitektur mit den geforderten Zielen der sortenreinen Trennbarkeit. Weiterhin ist es Ziel, die werkzeugseitige Realisierung ausgewählter Konstruktionsprinzipien zu analysieren und die Erkenntnisse in ausgearbeiteten Fertigungskonzepten praktisch durch Anwenden an Probekörpern umzusetzen. Zur Sicherstellung der serienfähigen Anwendung, werden ausgewählte Technologien bzw. Konstruktionsprinzipien auf reale Bauteile überführt. Für die Flugwindkraftanlage betrifft dies die Herstellung eines sensorintegrierten Flügelsegments sowie die Realisierung einer lösbaren Fügeverbindung für Verschleißteile. Zudem wird im Rahmen der Untersuchung von additiv gefertigten Kunststoffwerkzeugen ein Segmentabschnitt des Flügels gefertigt. Im Rahmen der mobilen Ladesäule wird insbesondere Aspekte der Demontage bzw. der Reparaturfähigkeit in Kombination mit dem Einsatz von Rezyklaten untersucht. Dabei werden auch Neuanordnungen bestimmter Funktionen in Bezug auf die aufnehmenden Bauteile mit Fokus auf die Lebensdauer der Bauteile untersucht. Mit der Kombination von Flugwindkraftanlage und mobiler Ladesäule wird ein Konzept für eine autarke mobile Ladeinfrastruktur erarbeitet. Ein abschließendes Ziel ist es, die gesammelten Erkenntnisse systematisch auf andere Produkte und Branchen zu überführen und somit neue Einsatzgebiete für wirtschaftliche und nachhaltige funktionsintegrierte Strukturen zu identifizieren.
Vorgehensweise
In AP 1 werden zunächst grundlegende Analysen der Anwendungsfälle und insbesondere auch möglicher Synergien zwischen beiden durchgeführt. Parallel zu den Arbeiten innerhalb der einzelnen Arbeitspakete wird das im Verlauf des Projekts bereits bearbeitete methodische Hilfsmittel zur systematischen Planung von Funktionsintegration um Aspekte der CE erweitert. Die Erkenntnisse werden abschließend hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in anderen Produkten und Branchen analysiert und bewertet. In AP 2 werden die Tätigkeiten um den Flügel der Flugwindkraftanlage durchgeführt. Dies betrifft die Integration von Funktionen in Form eines Sensornetzwerks zur Ermittlung der Flügellasten in ein innerhalb des Projekts gefertigtes Flügelsegment sowie die Erarbeitung und fertigungsgerechte konstruktive Umsetzung von austauschbaren Verschleißteilen in Form des Vorflügels samt Anbindungskonzepten sowie der Untersuchung zum Einsatz einer Metall-FKV-Mischbauweise der Seilaufnahme. Zudem werden die Möglichkeiten eines additiv gefertigten Kunststoffwerkszeugs untersucht und auf Bauteile innerhalb des Projekts angewendet. In AP 3 werden die Tätigkeiten um die mobile Ladesäule durchgeführt. Hierfür wird zunächst eine Tiefendemontage der Ladesäule durchführt, um Herausforderungen bei der Trennung am Lebensende bzw. bei einer Reparatur zu analysieren. Aufbauend darauf werden Maßnahmen zur Verbesserung der Demontage ergriffen und Möglichkeiten zur funktionsspezifischen Modularisierung hinsichtlich einer Austauschbarkeit einzelner Komponenten erarbeitet. Zusätzlich dazu werden die Möglichkeiten hinsichtlich des Einsatzes von rezyklierten Kunststoffen in der Ladesäule analysiert. Auf dieser Basis wird die Ladesäule weiterentwickelt und als Konzeptstudie konstruktiv neu aufgebaut, um den größtmöglichen Gestaltungsraum für die Anwendung von CE konformem Design zu ermöglichen. In AP 4 erfolgt die Kombination beider Anwendungsfälle in Form einer autarken mobilen Ladeinfrastruktur, wobei anwendungsszenariobasierte sowie schnittstellentechnische Fragestellungen geklärt werden. So können tiefgreifendere Erkenntnisse durch spezifische Anforderungen in Bezug auf die weiteren Projektinhalte gewonnen und eine Anschlussfähigkeit des Projekts gewährleistet werden.
Anwendungspotenzial
Die im Projekt TechnoHyb entwickelten Methoden, Konstruktionsprinzipien und Gestaltungsrichtlinien zur nachhaltigen Integration von Funktionen werden in der Praxis anhand von ausgewählten Demonstratoren validiert. Die Grundlage hierzu bilden die zuvor durchgeführten Untersuchungen anhand von Probekörpern, in welchen die Fragestellungen bezüglich Funktionsintegration sowie Recyclingfähigkeit realisiert werden. Das Vorgehen erlaubt zum einen die Absicherung der fertigungstechnischen Umsetzbarkeit der Konstruktionsprinzipien/Funktionsintegration. Zum anderen können ausgehend von den gesammelten Erkenntnissen und durch die modularisierte Betrachtung auf Gesamtproduktebene Aussagen bzgl. Übertragbarkeit auf weitere Produkte oder Branchen erfolgen. Somit können die Ergebnisse des Projekts sowohl einen wichtigen Beitrag zur Realisierung der nachhaltigen Funktionsintegrationen bzw. Verbesserung der Nachhaltigkeit im Allgemeinen, als auch in Bezug auf konkrete Anwendungsfälle bzw. Bauteile leisten. Parallel zu den dargelegten Projekttätigkeiten werden durch die gemeinsame Anwendung der Flugwindkraftanlage und der mobilen Ladesäule wichtige Anforderungen ermittelt sowie eine Anschlussfähigkeit des Projekts gewährleistet. Die Projektergebnisse werden auf nationalen und internationalen Tagungen der Öffentlichkeit vorgestellt.
In der folgenden Liste sehen Sie Ihre ausgewählten Projekt-Favoriten.
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