Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau

Ende September fand an der Hochschule Karlsruhe das zweite Symposium des Forschungsnetzwerks „Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau" (InSeL) statt. Koordinator des Projekts ist Prof. Dr.-Ing. Norbert Jost, Leiter des Instituts für Werkstoffe und Werkstofftechnologien an der Hochschule Pforzheim. Der Professor für Maschinenbau der Pforzheimer Fakultät für Technik führte in das Symposium ein – anschließend folgten insgesamt 14 Fachvorträge von Referenten der Hochschulen Karlsruhe, Pforzheim und Reutlingen, dem Karlsruher Institut für Technologie sowie dem Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut an der Universität Tübingen.

Flugzeuge, die weniger wiegen, sparen Treibstoff – eines von zahlreichen Beispielen, die deutlich machen: Ressourceneffizienz ist eng mit dem Leichtbau verbunden. Dies gilt nicht nur für die Luft- und Raumfahrt, sondern ebenso für die Automobilindustrie, den Maschinen- und Anlagenbau oder die Medizintechnik. Die Entwicklung von Rohstoff- und Energiepreisen sorgt für einen steigenden Bedarf an leichten Materialien. Vor diesem Hintergrund widmet sich das InSeL-Projekt, im Forschungsverbund von Hochschulen, (außer-)universitären Einrichtungen und Industrieunternehmen, wissenschaftlichen und technologischen Fragestellungen zu Werkstoffauswahl, Werkstoffkombination, Werkstoffbehandlung, Herstellung, Bearbeitung und Verarbeitung.

Vertreter der projektbeteiligten Hochschulen Pforzheim, Karlsruhe und Reutlingen, außeruniversitärer Einrichtungen, namhafter Industrieunternehmen sowie der IHK Nordschwarzwald haben beim 1. Symposium an der Hochschule Reutlingen auf ein Jahr „InSel“-Projekt zurückgeblickt und erste Ergebnisse zu der Fragestellung „Welche Anwendungsmöglichkeiten bieten metallische Schäume als moderner Leichtbauwerkstoff?“ präsentiert. Die Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie ist dabei ein grundsätzlicher Bestandteil und Eckpfeiler für den Erfolg des Projekts.

Nach den Begrüßungsworten durch Professor Dr. Rumen Krastev und Professor Dr. Gerhard Gruhler, Vizepräsident für Forschung der Hochschule Reutlingen, erläuterte Professor Dr. Norbert Jost von der Hochschule Pforzheim als Sprecher des „InSel“-Projekts, wie künftig Schaumstrukturen simuliert werden sollen. Diese Simulationen dienen dann als Basis für die Herstellung der Schaumstrukturen. Mittels Feingussverfahren wird über ein Polymertemplate, das aus einem definierten und in weiten Strukturbereichen kontrollierbaren Polymerschaum besteht, die gewünschte Struktur hergestellt. Eine Besonderheit, die insbesondere von der Reutlinger Arbeitsgruppe um Professor Dr. Rumen Krastev in enger Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) bearbeitet wird, ist die Herstellung solcher Polymertemplates aus einem zuvor noch flüssigen Schaum. „So gibt es ein beträchtliches und in großen Bereichen noch gänzlich unerforschtes Potential, metallische Schäume herzustellen und diese dann in unterschiedliche Materialien und Produkte einzubinden, bis hin zu ganz neuartigen Hybridstrukturen“, erklärte er.

Norbert Jost: „Meilenstein der Modellentwicklung“
Der erste Meilenstein der Modellentwicklung wurde nun wie geplant erreicht. „Das Projekt soll nachhaltige und innovative Lösungen hervorbringen“, betonte Jost, bevor die Teilnehmer in die Präsentation ihrer Ergebnisse einstiegen. Außerdem erhielten sie durch das Treffen einen umfassenden Überblick zum Fortschritt der einzelnen Projekte in den beteiligten Hochschulen und bei den Kooperationspartnern.

Ergebnisse aus den sehr unterschiedlichen Technologiefeldern wie zum Beispiel Werkstofftechnik, Oberflächentechnik und der notwendigen Prozessmodellierung wurden aufgezeigt und intensiv mit den anwesenden Industriepartnern diskutiert.

So gab zum Beispiel die Vorstellung des so genannten Koaleszenz-Prozesses, bei dem zwei Seifenblasen zu einer großen Schaumblase verschmelzen, den Ingenieuren einen hochinteressanten Einblick in diesen sehr neuen und für die Herstellung metallischer Schäume sehr wichtigen Bereich. Ebenso wurde ein mechanischer Modellversuch an metallischen Schäumen erläutert. Dabei wird für Modellzwecke definierter mechanischer Druck auf den Schaum ausgeübt und die mögliche Energieaufnahme bis in die feinsten Strukturen hinein gemessen.

„Uns ist es gelungen, sowohl in der Breite als auch in der Tiefe aufzuzeigen, dass wir den ersten Meilenstein tatsächlich mit großem und vielversprechendem Erfolg für die weiteren Arbeiten erreicht haben“, freuten sich in dem Abschlussstatement der Organisator des diesjährigen Symposiums Rumen Krastev und Norbert Jost als Sprecher.

Aufbauend auf den Modellentwicklungen steht nun das nächste Ziel im Fokus der Forschergruppen: die Materialherstellung und die entsprechende Integration ins Modell.

Die Teilnehmer des 1. InSeL-Symposiums freuen sich über den ersten erfolgreichen Projektabschnitt.

In der Februar-Ausgabe geht es um eine Arbeitsgruppe am Institut für Werkstoffe und Werkstofftechnologien an der Hochschule Pforzheim, die an Metallschäumen forscht

Link zum Video des "Pforzheimer Hochschulmagazins zur Ressourceneffizienz":

https://www.youtube.com/watch?v=ux_xXcRJBnU

InSeL-Forschungsgruppe

Das InSeL-Groß-Forschungsprojekt geht erfolgreich an den Start


Am 14. September 2017 trafen sich die Mitglieder und Kooperationspartner des neuen Forschungsclusters InSeL an der Hochschule Pforzheim zur Auftaktveranstaltung ihres Projektes zur Erforschung neuer innovativer Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau.

Im ersten Forschungsgruppen-Meeting wurde die Ausgangssituation, Ziele und Vorgehensweise der Forschungsarbeiten an den einzelnen Standorten bzw. in den Arbeitsgruppen vorgestellt. Die Wissenschaftler des Großprojektes „Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau“ (InSeL) arbeiten in den kommenden zunächst drei Jahren an der Entwicklung ganz neuartiger zellulärer Hybrid-Leichtbauwerkstoffe mit hoher Eigenfestigkeit für eine funktionsoptimierte Anwendung.

Das Potenzial moderner Leichtbauwerkstoffe ist immens. Die Nachfrage danach, als den richtigen Werkstoff für den richtigen industriellen Anwendungsfall zu finden aber ebenfalls. Oft muss durch sehr aufwendige konstruktive Maßnahmen der Leichtbauwerkstoff für seinen realen Einsatz erst nutzbar gemacht werden. Ursächlich dafür ist die elastische und plastische Verformbarkeit sowie die häufig geringe Steifigkeit der Leichtbauwerkstoffe. Offenporige Metallschäume in Form ganz neuer Hybride könnten diese Lücke schließen, denn sie zeichnen sich durch vielversprechende Eigenschaften aus, wie eine sehr hohe und vor allem an den Anwendungsfall anpassbare spezifische Steifigkeit und Festigkeit. Gleichzeitig bestechen sie durch ein effizientes Dämpfungsverhalten bei äußerst geringem Gewicht. Die Forschungsinitiative „InSeL“ sieht ihren Schwerpunkt in der Entwicklung von funktionsoptimierten zellulären metallischen Werkstoffen für die industrienahe Anwendung, ohne dass aufwendige Zusatzmaßnahmen notwendig werden. In drei Themenbereichen gliedert sich die Forschungsarbeit auf: Modellentwicklung, Materialsynthese und Eigenschaftscharakterisierung. „Wir verfolgen einen ganzheitlichen Ansatz, der neben der Entwicklung ganz neuer zellulärer Leichtbauwerkstoffe, auch ein oder mehrere neue Verfahren zu ihrer Herstellung hervorbringen wird“, erklärt Prof. Dr.-Ing. Norbert Jost, „Damit kann neben der optimalen Anwendungsanpassung auch ressourcenschonend produziert und so letztlich der Umwelt- und Klimaschutz nachhaltig unterstützt werden.“

Unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Norbert Jost, Leiter des Instituts für Werkstoffe und Werkstofftechnologien (IWWT), arbeiten insgesamt zwölf Wissenschaftler der unterschiedlichen Einrichtungen zusammen. Das IWWT ist mit drei Teilprojekten vertreten, die von B. Eng. Johann Heimann, M.Sc. Jan Frömert und M.Eng. Pierre Kubelka bearbeitet werden. Das Projekt selbst und die Aktivitäten am Institut werden ganz maßgeblich durch Dr.-Ing. Alexander M. Matz unterstützt und koordiniert. Zusätzliche Unterstützung erfährt das Projekt InSeL durch M.Eng. Bettina S. Matz, die bei ihrer durch das Land Baden-Württemberg finanzierten Stelle „Mittelbau an HAWen“ weitere Forschungspotentiale auslotet. Gemeinsam stehen die Wissenschaftler auch für einen unkomplizierten Wissenstransfer in die Industrie ein. Das sichert die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen und lässt früh Synergiepotenziale erkennen.

Die Forschergruppe wird aus Mitteln des Landes Baden-Württemberg und Strukturfondmittel der Europäischen Union (EFRE) finanziert. Die Hochschule Pforzheim hat mit dem Institut für Werkstoffe und Werkstofftechnologien (IWWT) die Federführung des Gesamtprojektes. Beteiligt sind auch das Institute of Materials and Processes (IMP) der Hochschule Karlsruhe sowie das Labor Biomaterialien (BIOMAT) der Hochschule Reutlingen und das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit den Instituten für Angewandte Materialien – Computational Materials Science (IAM-CMS), für Fahrzeugsystemtechnik – Teilinstitut Leichtbautechnologie (FAST) und für Bio- und Lebensmitteltechnik – Technische Biologie. Außeruniversitäre Forschungseinrichtungen und industrielle Partner sind das Fraunhofer Institut für Chemische Technologie (ICT), das Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut an der Universität Tübingen (NMI), die Indutherm Erwärmungsanlagen GmbH, die Mayser GmbH & Co. KG, die cirp GmbH, die TinniT Technologie GmbH, die AutomoTeam GmbH, die csi Entwicklungstechnik GmbH und die BTE I & V GmbH & Co. KG. Darüber hinaus werden die Arbeiten durch die netzwerkfördernden Institutionen Leichtbau BW GmbH und der Industrie- und Handelskammer Nordschwarzwald unterstützt und begleitet.

 Programmübersicht zur Auftaktveranstaltung

Zum Bericht: Auftaktveranstaltung des InSeL-Foschungsprojektes

Zum Start des neuen Forschungsprojektes „Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau“ (InSeL) zeichnet die Leichtbau BW GmbH/ThinKing das Projekt als Leichtbau-Lösung des Monats März aus.

"Mit dem geförderten Projekt sollen neuartige zelluläre Leichtbauwerkstoffe mit hoher Eigenfestigkeit für eine funktionsoptimierte Anwendung entwickelt werden", erläutert Dr. Matz, wiss. Mitarbeiter im Bereich Maschinenbau der Hochschule Pforzheim und Mitglied des IWWTs. Eine der Herausforderungen dabei sei es, die bisherigen teils recht aufwendigen Fertigungsmöglichkeiten durch vereinfachende Innovationen abzulösen.

Das Gesamtkonsortium setzt sich zusammen aus dem Arbeitsbereich Metallische Schäume des IWWT der Hochschule Pforzheim (hier liegt auch die Federführung für das Gesamtprojekt), sowie Teams der Hochschulen Karlsruhe und Reutlingen. Darüber hinaus sind das Karlsruher Institut für Technologie, das NMI – Naturwissenschaftliche und Medizinische Institut an der Universität Tübingen sowie das Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal mit eingebunden. Die Unternehmen Indutherm Erwärmungsanlagen GmbH aus Walzbachtal, die Tinnit GmbH und die BTE GmbH aus Karlsruhe, die Mayser GmbH in Lindenberg und die cirp GmbH aus Heimsheim stellen weitere wichtige Forschungspartner aus der Industrie dar. Der stetige Austausch zwischen Theorie und Praxis wird in dem Projekt „Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau“ (InSeL) auch durch die Landesagentur Leichtbau – BW sowie die Industrie- und Handelskammern Nordschwarzwald und Karlsruhe begleitet.

Zum Bericht: think ING März - InSeL-Projekt entwickelt offenporige Metall-Schäume mit hoher Steifigkeit 

Die Neuen Alleskönner - Metallische Schäume

Entwicklung neuer Werkstoffe – gemeinsames Forschungsprojekt

Die neuen Alleskönner – Metallische Schäume sind Zukunfts-Werkstoffe

Schon seit einigen Jahren inspirieren Metallschäume unterschiedlichsten Bereiche der Technik – doch der große Erfolg blieb den Werkstoffen bislang verwehrt. Grund dafür sind die hohen Produktionskosten. Doch das soll sich jetzt ändern: Ein neues Forschungscluster wird ab März 2017 an der Entwicklung dieser Werkstoffe und ihrer Fertigung arbeiten. In einem Zentrum für angewandte Forschung (ZAFH) werden die Hochschulen Karlsruhe, Pforzheim und Reutlingen zusammen mit dem Karlsruher Institut für Technologie, dem NMI – dem Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut an der Universität Tübingen sowie dem Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal in den kommenden drei Jahren ihre Kompetenzen bündeln und gemeinsam forschen. Für das Forschungsvorhaben „Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau“ übergab Wissenschaftsministerin Theresia Bauer am Donnerstag, 2. März 2017, an der Hochschule Pforzheim den Förderbescheid über knapp 1,5 Millionen Euro an die Wissenschaftler.

Leicht, aber zugleich robust und stabil
Immer größer, immer leistungsfähiger, immer wirtschaftlicher, dieser enorme Fortschritt wäre ohne die technischen Errungenschaften nicht denkbar. Aber er wirft auch Fragen auf: Wie leben wir morgen? Wie entwickeln sich Wirtschaft und Lebensqualität? Und was macht das Klima? Viele Fragen, die ein Thema berühren: den Umgang mit Rohstoffen und Energie. Einen wichtigen Beitrag um den Problemen von Rohstoffknappheit und Umweltbelastungen wirksam begegnen zu können, leistet hierbei der Leichtbau. Als Effizienztechnologie gewinnt er seit Jahren einen immer höheren Stellenwert. Über alle Branchen hinweg wird nach Materialien gesucht, die das Gewicht reduzieren. Metallschäume, insbesondere offenporige Metallschäume eignen sich durch die Kombination des Basismaterials in Verbindung mit ihrer Struktur für eine Vielzahl von Anwendungsgebieten.

Metallschäume und ihr Potenzial
Neben den klassischen Leichtbau- und Faserverbundwerkstoffen gelten die sogenannten Hybridwerkstoffe als innovatives Zukunftswerkzeug. In ihnen werden verschiedene Stoffe zu einem Werkstoff kombiniert. In diesem Bestreben, Werkstoffe mit verbesserten Eigenschaften zu entwickeln, hat man sich zunehmend mit einer neuen Werkstoffgruppe befasst, den sogenannten „offenporigen Metallschäumen“. Sie sind eine junge Werkstoffgruppe, die noch viel Potenzial in sich trägt. Bei ihrer Entwicklung achtet man darauf, dass bestimmte physikalische Eigenschaften beachtet werden. An erster Stelle steht die stark verringerte Dichte – die Gefügestruktur. Sie kommen auf Grund ihrer offenporigen Struktur in vielfachen Anwendungen in den Schlüsselbranchen Maschinenbau, Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie bei der Sicherheitstechnik zum Einsatz. Durch die Kombination mit anderen Stoffen können maßgeschneiderte Materialien entwickelt werden, deren Eigenschaften und Verhalten ganz gezielt auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt werden kann. Das Potenzial dieser neuen Werkstoffe ist groß, doch bisher befindet sich ihre Entwicklung noch im Anfangsstadium und eine industrielle Fertigung ist noch nicht etabliert. Gefördert durch das Land Baden-Württemberg und Strukturfondsmittel der Europäischen Union (EFRE) werden die Wissenschaftler sich diesen Fragen intensiv widmen.

PRESSESTIMMEN
SWR2 - Campus Sendung
Pforzheimer Zeitung
Pforzheimer Kurier
idw - Informationsdienst Wissenschaft
ke-next.de - Verlag moderne Industrie

 

Forschungsprojekt InSeL
In Baden-Württemberg bietet der Leichtbau insbesondere auch für kleinere und mittlere Unternehmen sehr gute Marktchancen, denn hier verfügen Forschungseinrichtungen und Unternehmen über eine herausragend breite und gleichzeitig tiefe Expertise im Bereich der Forschung, Entwicklung und Anwendung.

Marktpotenziale und Fertigungsmöglichkeiten der neuen Werkstoffe entwickeln die Wissenschaftler in dem neuen Forschungsprojekt zusammen mit der Indutherm Erwärmungsanlagen GmbH aus Walzbachtal, der Tinnit GmbH und der BTE GmbH aus Karlsruhe, der Mayser GmbH in Lindenberg und der cirp GmbH aus Heimsheim. Der stetige Austausch zwischen Theorie und Praxis wird in dem Projekt „Innovative Schaumstrukturen für effizienten Leichtbau“ (InSeL) auch durch die Landesagentur Leichtbau – BW sowie die Industrie- und Handelskammern Nordschwarzwald und Karlsruhe begleitet. Die ZAFH-Forschungsinitiative „InSeL“ positioniert sich damit gesamtheitlich als eine neue Plattform für innovative Leichtbaukonzepte, die sowohl für Forschungseinrichtungen als auch für interessierte Unternehmen offen ist und nach der Förderung dann auch „auf eigenen Beinen“ stehen möchte.

Weitere Informationen:

Beteiligte Hochschulen und Forschungsinstitute mit Ansprechpartnern:

Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Professorin Dr. Britta Nestler

Hochschule Karlsruhe, Professorin Dr. Britta Nestler, Professor und Prof. Dr. Frank Pöhler

Hochschule Pforzheim, Professor Dr. Norbert Jost

Hochschule Reutlingen, Prof. Dr. Rumen Krastev

NMI - Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie in Pfinztal

 

Zentren für angewandte Forschung (traditionsgemäß abkürzt ZAFH, "... an (Fach)Hochschulen") sind interdisziplinäre und hochschul- sowie fakultätsübergreifende Forschungsverbünde. Sie werden vom baden-württembergischen Wissenschaftsministerium mit Einbindung von Strukturfondmitteln der EU (EFRE) über einen Zeitraum von drei Jahren finanziert. Eine einmalige Verlängerung von zwei Jahren ist möglich.

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