Im Fokus: Biobasierte Leichtbau-Sandwich-Strukturen für Rotorblätter

Werkstoffe 08. 05. 2020
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ESF-Nachwuchsforschergruppe ecoWing der TU Chemnitz arbeitet an einer Prozesskette zur automatisierten Verarbeitung nachwachsender Leichtbau-Materialien

Das Ziel der neuen Nachwuchsforscherguppe Automatisierte, bauteilkonturnahe Fertigung biobasierter Leichtbau-Sandwich-Strukturen (ecoWing) der Technischen Universität Chemnitz ist es, automatisierte Prozessketten zu entwickeln, um Leichtbaukomponenten aus biobasierten, nachwachsenden Rohstoffen zu fertigen. Die gesamte Prozesskette soll so weit entwickelt werden, dass ein funktions­fähiges Rotorblatt für eine Kleinwindkraft­anlage hergestellt werden kann.

An dem interdisziplinären Projekt sind insgesamt vier Professuren aus drei Fakultäten der TU Chemnitz beteiligt. Die Projektkoordination liegt bei der Professur Textile Technologien (Prof. Dr. Holger Cebulla). Die Projektleitung hat Marc Fleischmann inne, wissenschaftlicher Mitarbeiter an dieser Professur. Hinzu kommen die Stiftungsprofessur Textile Kunststoff- und Hybridverbunde (Prof. Dr. Daisy Nestler), die Professur Koordina­tionschemie (Prof. Dr. Michael Mehring) und die Professur Unternehmensrechnung und Controlling (Prof. Dr. Uwe Götze).

Natürlich nachwachsende ­Leichtbaumaterialien – ­Konkurrenz zu synthetischen Werkstoffen

In einem vollautomatisierbaren, reproduzierbaren Fertigungsverfahren sollen Leichtbau-Sandwich-Strukturen aus Flachsfasern, biobasiertem Kunststoff und Furnierholz mit hoher geometrischer Flexibilität entstehen. Die natürlich nachwachsenden Leichtbaumaterialien sollen mit wenigen Prozessschritten direkt zur Bauteilform verarbeitet werden. Wesentliche Mengen an Materialabfall können auf diese Art und Weise eingespart werden.

Eine vergleichbare Verarbeitungstechnik ist nach Aussage von Marc Fleischmann aktuell nur für Verbundmaterialien mit synthetischen Kohlenstoff- und Glasfasern verfügbar und kommt beispielsweise in der Luftfahrt zum Einsatz. Für die automatisierte Verarbeitung von nachwachsenden Naturfasern mit natürlich schwankender Form und Faserlänge existieren ihm zufolge derzeit keine Lösungen. Naturfaserverstärkte Kunststoffe würden in hoch belasteten Bauteilen daher überwiegend in Premium-Nischenprodukten wie zum Beispiel biobasierte Ski oder Snowboards eingesetzt. Bei diesen Bauteilen würden zum Teil mechanische Eigenschaften erreicht, die mit Produkten aus synthetischen Konkurrenzmaterialien vergleichbar seien. Herausfordernd ist dabei nach seinen ­Worten insbesondere die Bereitstellung von Natur­faserbändern in möglichst gleichmäßiger Qualität und zu konkurrenzfähigen Preisen.

In die Optimierung und Evaluierung der ecoWing-Prozesskette und der neuen biobasierten Leichtbaumaterialien sollen neben den mechanischen Materialeigenschaften auch Kostenbetrachtungen sowie ökologische Gesichtspunkte, wie der CO2-Fußabdruck, einfließen. Mit dem Projekt ecoWing soll ein wesentlicher Beitrag zur kostengünstigen und ressourcenschonenden Verwendung nachwachsender Rohstoffe im Leichtbau geleistet werden, so Fleischmann.

Die Nachwuchsforschergruppe wird finanziert aus dem Europäischen Sozialfonds (ESF) und mit Steuermitteln des Freistaates Sachsen auf Grundlage des von den Abgeordneten des Sächsischen Landtags beschlossenen Haushalts.Mario Steinebach

Kontakt:

Marc Fleischmann
E-Mail: marc.fleischmann@mb.tu-chemnitz.de

Text zum Titelbild: Flachsfaserbündel können im Tailored-Fiber-Placement-Verfahren zu Naturfaser-Preforms verarbeitet werden. Dieses Verfahren ist im ecoWing-Projekt Teil der Prozesskette (Foto: Sabrina Heinrich)

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