Eine Auswahl aktueller Forschungsprojekte der IFF GmbH.
Forschungsprojekte gefördert durch das ZIM (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand)
Die aktive Thermographie, also eine Wärmebilderfassung von Bauteilen, in die ein definierter Wärmefluss erzeugt wurde, ist eine zerstörungsfreie Bauteilprüfung, mit der sich Fehlstellen im Bauteil (Risse, Einschlüsse), aber auch fehlerhafte Fügestellen mit einfachen Mitteln detektieren lassen. Bisherige Anregungstechniken, wie Halogen- oder Blitzentladungslampen erwärmen das Bauteil von außen, was dazu führt, dass die Wärme hineinfließt, an der ersten Grenzschicht reflektiert wird und wieder an die Oberfläche kommt, wo sie detektiert werden kann. Besser wäre es, die Wärme im Bauteilinneren zu erzeugen und den Wärmefluss an die Oberfläche zu betrachten. Dies ist möglich bei Ultraschallanregung, bei der aber das Bauteil zum Anregen berührt werden muss, und der berührungslosen Induktionsanregung. Aufgabe der IFF GmbH war die Optimierung der bestehenden Generatortechnik und das Erarbeiten von Spezialinduktoren für das Anregen in Reflexionsanordnung (Stichwort: „Transparente Induktoren“), bei der sich die anregenden Induktoren und die Wärmebildkamera auf derselben Bauteilseite befinden. Gemeinsam mit unser Partnerfirma edevis GmbH in Stuttgart, werden beginnend mit diesem Projekt Induktions-Thermographie-Systeme entwickelt und gebaut, die äußerst erfolgreich bei produzierenden Industriepartnern eingesetzt werden.
Gesamtthema dieses Projekts war die Entwicklung von geräuschoptimierten Zahnrädern, die im Automobilbau (Getriebe) oder bei einem Werkzeughersteller (Handkreissäge) zum Einsatz kommen sollten, um die Geräuschabgabe zu verringern. Die Geräuschreduktion der neu entwickelten Hybridzahnräder erfolgt durch eine umlaufende Kunststoffschicht (Klebschicht) im Zahnradsteg, die für die Schalldämpfung im Betrieb sorgen aber die Eigenschaften eines Metallzahnrads aufweisen sollte. Die IFF GmbH hatte die Aufgabe, die Prozesszeit für das Aushärten der Klebschicht auf ein für die geplanten Fertigungszeiten erträgliches Maß abzusenken. Statt einer zeitintensiven Ofenaushärtung erfolgt die Klebstoffvernetzung mittels deutlich effizienterer Induktionserwärmung.
Gesamtthema dieses Projekts war die Entwicklung einer Prozessmethodik zum schnellen Aushärten von CfK-Bauteilen mittels Induktionstechnik. Die bisherigen Herstellmethoden von kohlenstofffaserverstärkten Bauteilen mittels Harzinfusions- und Harzinjektionstechniken benötigen große metallische Formen, die für optimale Aushärtebedingungen ungeeignet sind. Die IFF GmbH hatte die Aufgabe, besser verwendbare (selbst heizbare) Formenwerkstoffe (z. B. Hextool) zu finden und zu qualifizieren und alternative Heizmechanismen basierend auf Induktionstechnik zu entwickeln, um den Energie- und Zeitverbrauch bei der Herstellung dieser Faserverbundbauteile zu minimieren.
Bei dem Projekt Flechtpultrusion ging es darum, die Herstellung von langen CFK-Profilen mit thermoplastischer Matrix (z. B. Rohren) durch gezielte Wärmeeinbringung in die Fasern zu vereinfachen und zu beschleunigen. Die einzubringende Wärme dient zur Konsolidierung der mittels Flechtpultrusion hergestellten und mit Harz getränkten textilen Vorformlinge. Sie wird nicht induktiv in die Fasern eingebracht, sondern berührend über Konduktion (elektrische Widerstandserwärmung) mit frequenzoptimiertem Wechselstrom.
Die Hauptaufgabe der IFF GmbH bestand in der Entwicklung und Qualifizierung einer sicher betreibbaren Kontaktiermethode der bewegten Vorformlinge und eines zugehörigen Generators, was erfolgreich umgesetzt wurde.
Bei diesem Projekt ging es um die Entwicklung einer Methodik zum strukturellen Schnellkleben von Befestigungselementen. Diese Befestiger sollen mit einem trockenen Klebstoff vorausgerüstet sein, damit der Anwender den Klebstoff nicht selbst applizieren muss (Fehldosierung, Verschmutzung), sondern den Klebprozess nur über einen induktiven Heizprozess ausführen kann. Das ganze sollte manuell durchführbar sein und in wenigen Sekunden zu einer stark belastbaren Klebung führen, ohne dass ein Bohren des Fügepartners nötig wäre. Die IFF GmbH hat dazu einenSpezialinduktor für derartige Befestigungselemente und einen mobilen Induktionsgenerator entwickelt.
Forschungsprojekte gefördert durch das BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung)
Das Ziel dieses Projekts bestand darin, für die gewünschte Anwendung (Entkleben und Kleben auf Knopfdruck) optimale Induktionstechnik zu entwickeln und gemeinsam mit den Anwendern eine werkstattgerechte und anwendungsfreundliche Induktionsapplikation zu erarbeiten, die im Idealfall auch bei der Serienherstellung angewendet werden könnte.
Im Detail hat sich die IFF GmbH mit folgenden Arbeitspunkten beschäftigt: Entwicklung geeigneter Anlagentechnik, Werkzeugentwicklung (Induktion, Spannzeug), Methodenentwicklung zum Entkleben, Methodenentwicklung zum induktiven Erwärmen im Reparaturfall, Weiterentwicklung des Einsatzes von Nanopartikeln für Klebstoff und Primer, Ermittlung der Randbedingungen zum beschleunigten Klebstoffaushärten.
Für die Integration der Laserstrahlung als Reinigungs- und Vorbehandlungsverfahren in eine klebtechnische (Groß-)Serienfertigung ist neben der Funktionalität des Verfahrens vor allem der Nachweis Prozesssicherheit entscheidend, damit sichergestellt werden kann, dass reproduzierbar qualitativ hochwertige Klebungen hergestellt werden können.
Im Detail hat sich die IFF GmbH mit folgenden Arbeitspunkten beschäftigt: Werkstoff- und Klebstoffauswahl, Oberflächenvorbereitung, Definition eines Musterarbeitsplatzes und Erstellung einer webbasierten prozessbezogenen Datenbank.
Das Ziel der IFF GmbH im vorliegenden Projekt besteht darin, den Herstellprozess von nanopartikeldotierten Faserverbundkörpern durch intelligent eingesetzte Spezialerwärmungstechniken zu optimieren. Da die Induktionstechnik durch die Bauteilkomplexität nicht beliebige Anforderungen lösen kann, wird eine zweite Heiztechnik auf Konduktionsbasis entwickelt, die diese Lücken schließen hilft. Diese Variabilität der Heiztechniken ermöglicht die Entwicklung eines robotergeführten Induktionsheizkopfes, bei dem bauteilabhängig das jeweils optimale Heizverfahren eingesetzt wird.
Im Detail hat sich die IFF GmbH mit folgenden Arbeitspunkten beschäftigt: Methodenentwicklung zum Heizen von Faserverbundkörpern, Entwicklung höherfrequenter (bis zu 100 kHz) Induktionsgeneratoren für das induktive Heizen nanopartikeldotierter Materialien, Entwicklung von in Werkzeuge integrierbaren Induktoren, Methodenentwicklung zum konduktiven Erwärmen von Bauteilen von innen und außen, Werkzeugentwicklung für das sichere Kontaktieren, Entwicklung eines robotergeführten Induktionsheizkopfes mit integriertem Kontrollsystem für die Temperaturführung.
In der „Open Hybrid LabFactory“ wird die gesamte Wertschöpfungskette von der Kohlenstofffaser bis zum Recycling funktionaler Leichtbau-Komponenten abgebildet. Im Rahmen des Projektes ProVorPlus wird eine durchgängige Prozesskette zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-Metall-Hybriden entwickelt. Die Prozesskette gliedert sich in einen Vorkonfektionierungsschritt, in dem ein endkonturnahes Halbzeug in bauteilgerechter Multi-Material-Bauweise erzeugt wird, und die Bauteilherstellung, in der das Halbzeug durch einen kombinierten Umform-Spritzgussprozess endkonsolidiert wird. In diesem Prozessschritt wird die Endfestigkeit des Bauteils erreicht sowie die Strukturintegrität und -funktionalität durch zusätzliche Materialeinbringung, z. B. Versteifungselementen, gesteigert.
Das Hauptziel der IFF GmbH im Projekt besteht in der Bereitstellung von effizienten Induktionsgeneratoren und Induktoren, die zu reproduzierbaren Fixierpunkten führen und einfach in den Gesamtfixierprozess integrierbar sind. Das Projekt ProVorPlus gliedert sich in den Projektstart, die Materialcharakterisierung, die Vorkonfektionierung, die umformtechnische und die urformtechnische Herstellung von Bauteilen und in den Gesamtprozess. In der Vorkonfektionierung werden geeignete Handhabungs- Automatisierungs- und Erwärmungsstrategien zur Herstellung eines hybriden Vorformlings erarbeitet. In den beiden Arbeitspunkten Bauteilherstellung werden die Prozessgrenzen und geeignete Werkzeugkonzepte bei der Umformung und dem Spritzguss ermittelt. Am Ende des Projektes werden die beiden Prozessrouten (Um- und Urformen) zusammen mit der Vorkonfektionierung in einem Gesamtprozess abgebildet.