Faserverst\u00e4rkte Kunststoffe sind die Basis f\u00fcr viele Anwendungen des modernen Leichtbaus und bieten eine Reihe von Vorteilen. Aber gerade das n\u00f6tige Know-how der idealen Faser- und Textilanordnung stellt f\u00fcr kleinere Unternehmen eine hohe H\u00fcrde dar. In Zusammenarbeit mit dem Institut f\u00fcr Textiltechnik (ITA) und dem Institut f\u00fcr Unternehmenskybernetik (IfU) in Aachen entwickelte das Fraunhofer-Institut f\u00fcr Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM nun ein mathematisches Simulationsverfahren zur Optimierung der Drapierbarkeit (Verformbarkeit) von Textilien.<\/b><\/p>\n
Karosserie-, Flugzeug- wie auch Geb\u00e4udebau in Leichtbauweise wird immer st\u00e4rker nachgefragt. Denn Leichtbau erm\u00f6glicht bei geringem Materialeinsatz eine hohe Anwendungsfreiheit. Eine L\u00f6sung, die vorbildhaft f\u00fcr diese Vorteile steht, sind faserverst\u00e4rkte Kunststoffe. Sie sind leicht, formbar und gleichzeitig stabil. Zudem werden \u2013 nicht zuletzt auch durch Fraunhofer-Institute \u2013 neue Herstellungsverfahren und Fasermaterialien entwickelt, die den Energieeinsatz bei der Herstellung reduzieren.<\/p>\n
\u00bbEs gibt allerdings unz\u00e4hlige M\u00f6glichkeiten, die Textilfasern im Kunststoffbauteil anzuordnen: Welche Fasern liegen wie dick wie zueinander und wie sind sie miteinander verbunden? Jede Kombination hat erheblichen Einfluss auf Drapierbarkeit, Optik und Stabilit\u00e4t des Bauteils\u00ab, erkl\u00e4rt Dr. Julia Orlik, Projektleiterin vom Fraunhofer ITWM. \u00bbBisher ist es daher \u00fcblich, dass die Entwicklungsabteilung aus ihrer Erfahrung heraus f\u00fcr ein bestimmtes Bauteil die Faserstruktur sch\u00e4tzt und Probeteile herstellt \u2013 und sich in mehreren Runden dem Optimum n\u00e4hert.\u00ab<\/p>\n
Das f\u00fchrt dazu, dass ein Drittel der Gesamtbauteilkosten auf die Entwicklung und zwei Drittel auf die Produktfertigung entfallen. Diesen hohen Personal-, Zeit- und Materialaufwand scheuen kleinere Unternehmen oft.<\/p>\n
Beim Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern fragte man sich: Wenn die Eigenschaften der Bauteilauslegung von den genannten Parametern abh\u00e4ngen, ist dann der umgekehrte Weg m\u00f6glich, also die Eigenschaften aus den Parametern errechnen zu k\u00f6nnen? Eine realit\u00e4tsnahe Simulation k\u00f6nnte so Aufwand und Ressourcen reduzieren.<\/p>\n
Das ist das Ziel des Projektes \u00bbOptiDrape\u00ab des Fraunhofer ITWM, in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern ITA – Institut f\u00fcr Textiltechnik der RWTH Aachen und dem IfU – Institut f\u00fcr Unternehmenskybernetik e. V., ebenfalls in Aachen. Zun\u00e4chst untersuchte das ITA verschiedene Fasern und Textilien und ermittelte Zug-, Schub- und Biege-Eigenschaften sowie deren kritischen, je nach Struktur unterschiedlichen Scherwinkel, d.h. bis zu welchem Winkel verschiedene Faserstr\u00e4nge zueinander verschoben werden k\u00f6nnen bis Fehlstellen entstehen.<\/p>\n
Das Fraunhofer ITWM konnte bereits auf umfassende Erfahrung in der mathematischen Simulation von Textilstrukturen zur\u00fcckgreifen und simulierte nun anhand einer umfangreichen mathematischen Analyse parallel die Eigenschaften virtuell mit eigener Software. Mit den Ergebnissen des ITA konnten nun die errechneten Ergebnisse validiert werden.<\/p>\n
\u00bbDie Ergebnisse sprechen f\u00fcr sich: Die von uns entwickelte Textil-Software TexMath berechnet die charakterisierenden Eigenschaften \u2013 und das im gleichen Toleranzbereich wie physische Testverfahren. Beide kommen auf eine Varianz von rund f\u00fcnf Prozent \u2013 das bedeutet, auch rechnerisch kann der kritische Scherwinkel auf zwei bis drei Grad genau vorab ermittelt werden\u00ab, so Stephan Wackerle, Wissenschaftler am Fraunhofer ITWM. \u00bbDarauf baut die neue Software OptiDrape auf und findet mithilfe Maschinellen Lernens das optimale Textil f\u00fcr die jeweilige Drapieranwendung; auf Wunsch optimiert sie auch die Bauteilgeometrie.\u00ab<\/p>\n
Die Simulation erlaubt es Unternehmen, alle Designparameter kontinuierlich zu variieren und somit Textilauslegung und -design optimal f\u00fcr jede Anwendung und Anforderung zu gestalten. Der Bedarf an experimentellen Testergebnissen wird effektiv minimiert. Das erspart Zeit, Aufwand und Kosten.<\/p>\n
Das Projekt wird begleitet von einem Ausschuss aus Automobil- und Flugzeugbauzulieferern und Softwareherstellern. Durch deren Input konnte das Fraunhofer ITWM bereits passende Kataloge von Drapieralternativen f\u00fcr Baufirmen und Karosseriebauer zusammenstellen. OptiDrape erlaubt es zuk\u00fcnftig vor allem auch klein- und mittelst\u00e4ndischen Unternehmen, die Vorteile faserverst\u00e4rkter Kunststoffe zu nutzen.<\/p>\n
Quelle: Fraunhofer<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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