Forschungsprojekt "Leichtbau" (FPL)

Projektbeschreibung

Das vom Bayerischen Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst geförderte Forschungsprojekt Leichtbau (FPL) stärkt den Forschungsschwerpunkt Leichtbau (FSPL) der Hochschule Landshut Dieser ist eine Plattform für angewandte FuE-Projekte und Wissenstransfer in den Gebieten Leichtbauwerkstoffe, -konstruktion und Fertigungstechnologien.  Die Forschungsarbeiten reichen von der Analyse und Synthese der Werkstoffmikrostruktur bis zur berechenbaren und fertigbaren Leichtbaustruktur. Wir bieten jungen Nachwuchswissenschaftlern, Bachelor- und Masteranden sowie Studierenden in Projektarbeiten ein attraktives, motivierendes, wissenschaftliches Umfeld im Bereich des Leichtbaus und lassen unsere Forschungsergebnisse anhand ihres Umsetzungspotenzials sowie im internationalen Wissenschaftsnetzwerk messen.

Der Forschungsschwerpunkt Leichtbau führt die Kompetenzen verschiedener Fachgebiete des Leichtbaus zusammen. Herr Prof. Dr. O. Huber leitet den Forschungsschwerpunkt und fungiert als Ansprechpartner. Um eine schlanke und effiziente Struktur zu gewährleisten, gliedert sich der Forschungsschwerpunkt intern thematisch nach den einzelnen Laboren, die jeweils durch die Laborleiter vertreten werden. Eine gemeinschaftliche Nutzung der Gerätschaften ist tägliche Praxis, da die Interessensgebiete der Laborleiter auch inhaltliche Überschneidungen aufweisen. Der Forschungsschwerpunkt Leichtbau nutzt folgende Labore:

  • Labor Physikalische Analytik I: Rasterelektronenmikroskopie (H. Saage)
  • Labor Physikalische Analytik II: Computertomographie (H. Saage)
  • Labor Thermische Analytik: DSC, TGA, DMA, TMA, IR (W. Fischer)
  • Labor Allgemeine Werkstofftechnik: quantitative Lichtmikroskopie, Mikro- und Makrohärtemessung, Ultraschallprüfung, Prüfung im Zugversuch (50kN) (H. Saage)
  • Labor Leichtbaukonstruktion: Universalzugprüfmaschine 150kN, Resonanzpulser, servohy­draulische Prüfanlage mit Schwingfundament und Temperaturkammern, 2 Hydropulser, Biaxial-Hydropulser (O. Huber)
  • Labor Leichtbauwerkstoffe: Universalzugprüfmaschine 20kN, 3 Hydropulser (inkl. tension-torsion), Temperatur- und Klimakammern, Handschuhbox, Lichtmikroskope (H. Klaus)
  • Labor Leichtbaustrukturen: 2 Hydropulser, T-RTM-Anlage, Heizpresse, Laserschweißanlage 2kW (O. Huber, W. Fischer, H. Saage, M. Jautze)
  • Labor Leichtbaumechanik: Lehrversuche, Resonanzpulser, Elektrodynamischer Shaker, Dehnungsmessung mit­tels Grauwertkorrelation (O. Huber)
  • Labor Kunststofftechnik (W. Fischer)
  • Labor Additive Fertigung mit Maschinen unterschiedlicher Additiver Fertigungsverfahren wie FDM, MJM und LS sowie verschiedene Scaneinrichtungen (N. Babel)

Promotionsprojekt 1 (PP1): Mehrfachgekrümmtes Sandwichelement mit integrierter Deckschicht

Unter der Leitung von Prof. Dr. Hubert Klaus sollen im PP1 mehrfach gekrümmte Sandwichelemente hergestellt und Schädigungsmodelle zur Beschreibung zellularer Verbundwerkstoffe (ZVW) weiterentwickelt werden. Das Teilprojekt baut auf Erkenntnissen des Forschungsprojekts "TeTIHS" auf, in dem u.a. ein Konzept für die Herstellungstechnologie von Infiltrationskernen für mehrfach gekrümmten Sandwichelementen erstellt wird. Anlagen zur reproduzierbaren Herstellung und Prüfung der mechanischen Eigenschaften von ZVW sind bereits vorhanden. Es soll ein Demonstrator in Form eines mehrfach gekrümmten Sandwichbauteils hergestellt werden.

Promotionsprojekt 2 (PP2): Betriebsfestigkeit umgeformter Mg-Blechstrukturen

Unter Leitung von Prof. Dr. Otto Huber stehen im PP2 Magnesium (Mg)-Knetlegierungen im Fokus, die ein hohes Leichtbaupotential in Bezug auf die gewichtsspezifischen quasistatischen und zyklischen Festigkeiten aufweisen. Mit gängigen Betriebsfestigkeitsprogrammen ist es derzeit aber nicht möglich eine Lebensdauerberechnung von umgeformten Mg-Strukturbauteilen durchzuführen. Hierfür fehlt ein geeignetes Stoffgesetz, das die starke basale Texturierung und die damit einhergehenden Lokalisierungen der plastischen Dehnungen in Form von Bändern verzwillingter Körner (BvK) mathematisch beschreibt. In dem Vorgängerprojekt „MagForm“ wurde die Methode des „highly strained volume“ für die Betriebsfestigkeitsrechnung (Bfr) entwickelt. Über das experimentell ermittelte Dehnungsfeld wird zur Bestimmung der Schädigungsparameter die lokale Dehnung in den BvK bewertet. Das Hauptziel der jetzigen Forschung besteht darin, eine validierte Methode zur Berechnung der Lebensdauer von umgeformten und gekerbten Mg-Strukturbauteilen zu entwickeln.

Promotionsprojekt 3 (PP3): Fertigung und Prüfung laserauftraggeschweißter TiAl-Basislegierungen

Unter der Leitung von Prof. Dr. Holger Saage werden im PP3 die Eigenschaften von laserbehandelten Bauteilen aus intermetallischen Titan-Aluminium-Legierungen erforscht sowie die additive Fertigung durch das laserbasierte Pulverauftragsschweißen von Titan-Basislegierungen erweitert. Der Forschungsschwerpunkt verfügt bereits über eine Laserschweißanlage mit separaten Heiz- und Kühlmöglichkeiten. Zu Beginn des Projektes soll die Adaption des Laserauftragsschweißens an der Laserschweißanlage erfolgen. Bisher wurden Vorversuche hinsichtlich Schutzgasoptimierung und Umschmelzversuche von St-, Al- und TiAl- Bauteilen durchgeführt, sowie zum Verbinden von Mg-Blechen mittels Laserschweißprozesses durchgeführt. Hauptziel des Forschungsvorhabens ist die Charakterisierung der Ermüdungseigenschaften von pulverauftraggeschweißten Materialproben. Zusätzliche Forschungsthemen in den Bereichen Titan-3D-Drucks sowie RTM-Verfahren von reaktiven Biopolymeren sind in Planung.

Kooperationspartner Promotionsprojekt 1

Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK)

Das LLK stellt im Rahmen des Promotionsprojekts 1 (PP1) mehrfach gekrümmte Sandwichelemente mit integrierten Deckschichten und Kern aus zellularem Verbundwerkstoff (ZVW) her und charakterisiert diese Sandwichelemente durch mechanische Versuche. Anhand der Versuche werden mechanische Ersatzmodelle für den eingesetzten ZVW sowie der gesamten Sandwichelemente entwickelt.

Dennert Poraver GmbH

Die Firma Dennert Poraver liefert das Glasschaumgranulat für die Herstellung des Sandwichkerns. Der Wissensaustausch über Bindemittel für das Glasschaumgranulat zur Herstellung der Infiltrationskerne von mehrfach gekrümmten Sandwichplatten ist ebenso von großer Bedeutung.

LANXESS Deutschland

Lanxess Deutschland GmbH ist ein führender Spezialchemie-Konzern, der die Ausgangsmaterialien für die Herstellung der Gusspolyamidmatrix zur Verfügung stellt.

Porcher Industries

Porcher-Industries stellt Gewebemuster mit vorhandenen Haftvermittlern zur Analyse der Anbindungsfestigkeit zwischen Glas und Polyamid zur Verfügung.

Paris-Lodron Universität Salzburg

Die Universität Salzburg betreut das Promotionsprojekt TP1 in Person von Fr. Prof. Dr. Nicola Hüsing wissenschaftlich und stellt analytische Charakterisierungmethoden (z. B. Transmissions- oder Rasterelektronenmikroskopie) zur Verfügung.

Kooperationspartner Promotionsprojekt 2

Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK)

Im Rahmen des Promotionsprojekts 2 (PP2) werden am LLK umgeformte Magnesium-Blechstrukturen hergestellt. Diese Strukturen sowie representative Probengeometrien werden mit Betriebsfestigkeitsversuchen getestet. Auch wird das zugrundeliegende Werkstoffverhalten, besonders die plastische Verformung, mit werkstoffanalytischen Methoden (z.B. Rasterelektronenmikroskopie, EBSD) analysiert. Die gewonnenen Informationen dienen der Evaluierung sowie Weiterentwicklung einer neuen am LLK entwickelten Betriebsfestigkeits-Analysemethode (method of highly strained volume).

Institut für Metallformung der TU Bergakademie Freiberg

Herr Prof. Prahl von der TU Bergakademie Freiberg betreut das Teilprojekt PP2 wissenschaftlich im Rahmen eines kooperativen Promotionsverfahrens und stellt die gießgewalzten Magnesiumbleche her.

HBM Prenscia

HBM Prenscia ist der Hersteller der Software nCode designlife, die zur Lebensdauerberechnung von Strukturbauteilen verwendet wird. Während der Laufzeit des Forschungsprojekts werden kostenlose Softwarelizenzen von nCode designlife zur Verfügung gestellt. Die Software nCode designlife bietet offene Schnittstellten zur Programmierung eigener Routinen mithilfe von python-Skripten.

Otto Spanner GmbH

Die Firma Otto Spanner bietet an, dass Mg-Bleche mit den vorhandenen Serienwerkzeugen umgeformt werden können. Bei der Entwicklung und Fertigung von neuen Warmumformwerkzeugen ist eine Unterstützung durch die vorhandene Konstruktion und dem Werkzeugbau gegeben. Probenrohlinge für den Warmumformprozess können mit einer CNC-Zuschneidemaschine und Abkantmaschine angefertigt werden.

Paris-Lodron Universität Salzburg

Für die Teilprojekte PP2 sind Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Untersuchungen zur Bestimmung von beispielsweise Ausscheidungen, Randschichtaufbauten, Zwillingen, Stapelfehlern, Versetzungen oder Mikrorissen durchführbar.

Kooperationspartner Promotionsprojekt 3

Kompetenzzentrum Leichtbau der Hochschule Landshut (LLK)

Die Fertigung und Prüfung laserauftraggeschweißter TiAl-Basislegierungen ist das Kernthema des Promotionsprojekts 3 (PP3). Die laserauftraggeschweißten Proben werden hinsichtlicher ihrer mechanischen Eigenschaften untersucht. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf den Hochtemperatureigenschaften.

Paris-Lodron Universität Salzburg

Für die Teilprojekte PP3 sind Transmissionselektronenmikroskopie (TEM)-Untersuchungen zur Bestimmung von beispielsweise Ausscheidungen, Randschichtaufbauten, Versetzungen oder Mikrorissen möglich.

MAN Truck & Bus

Die Firma MAN Truck & Bus hat ein großes Interesse an Turbolader Turbinenlaufrädern aus TiAl und beteiligt sich in diesem Teilprojekt mit Ihren Kompetenzen.

Daten & Fakten

ProjektnameLeichtbau
TechnologiefeldBetriebsfestigkeit, zyklische Festigkeit, mechanische Eigenschaften, zellulare Verbundwerkstoffe, mehrfach gekrümmte Sandwichelemente, T-RTM-Herstellung, Leichtbauwerkstoffe, Magnesiumknetlegierungen, Hochtemperaturwerkstoffe, Additives Laserauftragsschweißen, numerische Simulation
Projektlaufzeit3 Jahre (08.2018 bis 07.2021)
FördersummeGesamt: 649.825 €
PP1:      196.482 €
PP2:      216.383 €
PP3:      236.960 €
FörderprogrammProgramm zur Förderung der angewandten Forschung und Entwicklung an Hochschulen für angewandte Wissenschaft - Fachhochschulen
ProjektträgerBayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst
Wissenschaftliche Mitarbeiter(innen)M.Eng. Alexander Fischer, M.Eng. Anton Nischler, N.N.
GesamtprojektleitungProf. Dr.-Ing. Otto Huber
Forschende ProfessorenProf. Dr.-Ing. Hubert Klaus, Prof. Dr.-Ing. Walter Fischer, Prof. Dr.-Ing. Otto Huber, Prof. Dr.-Ing. Holger Saage