Forschen in Kanada

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In der Faserverbundbauweise sorgen mit Rippen versteifte Schalen gegenüber Schalen konstanter Wandstärke für mehr Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig erheblich geringerem Gewicht. Flächentragwerke, wie sie beispielsweise beim Leichtbau im Bauwesen, Maschinenbau oder Flugzeugbau verwendet werden, lassen sich damit ressourcenschonender realisieren.

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Zu diesen versteiften Strukturen forschte Lorenz Zacherl, Masterstudent an der Fakultät für Maschinenbau, Fahrzeugtechnik, Flugzeugtechnik, von November 2019 bis April 2020 an der Concordia University in Montreal, Kanada. Im Mittelpunkt des Forschungssemesters stand die automatisierte Fertigung von Skin/Grid-Strukturen mittels Automated Fiber Placement (AFP) auf Basis einer Matrix aus thermoplastischem Kunststoff sowie die Berechnung der Temperaturverteilung während des Prozesses mittels numerischer Simulation. Denn große Temperaturgradienten während des Herstellungsprozesses sind hauptverantwortlich für lokale Eigenspannungen, die zu Verformung des Bauteils führen, weshalb bisher noch keine erfolgreichen Lösungen für derartige Strukturen bekannt sind.

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Lorenz Zacherl (1. Reihe, links) mit dem Composite-Team der Concordia Universität, Montreal

Effiziente Leichtgewicht-Strukturen

Das Projekt „Efficient Lightweight Structures by Thermoplastic Composites“, kurz ELSTec, fand im Rahmen eines Forschungsprojekts zu dem Thema statt, das Prof. Dr. Klemens Rother von der HM und Prof. Dr. Suong Van Hoa sowie Prof. Dr. Farjad Shadmehri von der Concordia University, ins Leben gerufen haben, um den Ansatz für thermoplastische Werkstoffe zu erforschen.

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Rother vom HM-Institut für Material- und Bauforschung (IMB) kooperiert hierzu seit längerem mit einer internationalen Gruppe von ForscherInnen um Prof. Dr. Stephen Tsai von der Stanford University. Tsai hatte auf der Paris Air Show 2019 erstmals ein voll automatisiert gefertigtes Paneel dieser Art vorgestellt, welches jedoch eine duroplastische Matrix enthielt.

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Es geht weiter

Aufgrund der COVID-19-Pandemie und den Ausgangsbeschränkungen in Kanada musste das ELSTec-Forschungsprojekt sechs Wochen früher als geplant abgebrochen werden. Dennoch ließen sich viele Schwierigkeiten in der Bauteilherstellung während des Semesters lösen. Die noch ausstehenden Experimente werden, sobald dies wieder möglich ist, nachgeholt und die Ergebnisse veröffentlicht. Nach Abschluss seines Masterstudiums wird Zacherl zurück nach Montreal gehen – diesmal als Doktorand.

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Prof. Dr. Klemens Rother