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Praxisnahe Verbundforschung

Institut für Füge- und Schweißtechnik

Das Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) beschäftigt sich mit Fügeverfahren und dem Eigenschaftsprofil gefügter Bauteile, mit besonderem Fokus auf Leichtbauwerkstoffe und -bauweisen.

Hier forschen ca. 70 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter unter anderem an der Füge- und Produktionstechnik von Leichtbaustrukturen sowie von hochfesten und hochwarmfesten Werkstoffen. Neben einer aktuellen Ausstattung zur Durchführung der Fertigungsverfahren steht eine umfangreiche Analytik zur Verfügung, die sowohl bei Auswahl und Bewertung der Fertigungsverfahren als auch bei der Beurteilung von Schadensfällen wertvolle Dienste leistet. Die experimentellen Untersuchungen werden durch eine Prozess- und Struktursimulation begleitet.

Forschungsschwerpunkte und Anknüpfung an die OHLF

In Forschung und Lehre wird im Rahmen der Arbeiten an der OHLF im Wesentlichen die Verbindung der unterschiedlichen Komponenten in hybriden Bauteilen betrachtet. Hier handelt es sich beispielsweise um die form- und/oder stoffschlüssige Anbindung der polymeren Bestandteile an die metallischen Strukturen, aber auch um die Haftung zwischen Matrix und Fasern in einem Faserverbund. Zur Optimierung des Verbundes müssen die Eigenschaften von Grenzschichten ermittelt und bewertet werden. In vielen Fällen muss dann eine Oberflächenbehandlung erfolgen, die mechanischer, physikalischer oder chemischer Natur sein kann. Hinzu kommt die Erforschung und Optimierung der Prozesse, die hauptsächlich auf eine Verkürzung der Prozesszeiten und eine größere Robustheit der Prozesse zielt. Außerdem werden neue Prüfmethoden etabliert, um das Werkstoffverhalten besser beschreiben zu können.

Wissenschaftliche Zielsetzung der Forschungsarbeiten

Der oben dargestellte dauerhafte Verbund zwischen Kunststoff und Metall bzw. Faser setzt ein vertieftes Verständnis bezüglich der Wechselwirkung auf atomarer bzw. molekularer Ebene voraus. Durch Experimente und begleitende Simulation soll hier die Möglichkeit geschaffen werden, das Verhalten der Werkstoffverbünde unter verschiedenen Einwirkungen vorherzusagen. Mittels lokal hochaufgelöster Computertomografie soll das Werkstoffverhalten in situ bestimmt und hieraus Werkstoffmodelle entwickelt werden. Dies ist die Grundlage für die optimierte numerische Simulation der Fertigungsprozesse und des Bauteilversagens.

Weitere Informationen: https://www.tu-braunschweig.de/ifs

Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik

Die Forschungsschwerpunkte des Instituts für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) liegen in den Bereichen Fertigungstechnologien und Prozessautomatisierung sowie Nachhaltige Produktion und Life Cycle Engineering.

Derzeit sind ca. 60 wissenschaftliche Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in verschiedenen öffentlich geförderten und industriefinanzierten Forschungsprojekten am Institut beschäftigt. Das IWF verfügt im Technikum am Standort in Braunschweig über eine Vielzahl moderner Werkzeugmaschinen, Roboter- und Greifersysteme, eine umfangreiche Ausstattung zur Analyse von Stoff- und Energieströmen sowie eine große Bandbreite von Mess- und Prüfequipment zur Analyse von Fertigungsprozessen.

Forschungsschwerpunkte und Anknüpfung an die OHLF

Mit dem neu bezogenen zweiten Institutsstandort in der Open Hybrid LabFactory in Wolfsburg erschließt sich für das IWF durch die dort verfügbare Forschungsinfrastruktur und Partnerkonstellation die Möglichkeit, die zuvor genannten Forschungsschwerpunkte auf funktionsintegrierte, materialhybride Leichtbaukomponenten bis zum Realmaßstab zu erweitern. Weiterhin wird die lebenszyklusorientierte Analyse und Verbesserung von Bauteilen und Prozessen im Rahmen des Life Cycle Design & Engineering Labs verfolgt. Zur Fokussierung der Forschungsinhalte am Standort Wolfsburg wurde die Abteilung „Fertigung hybrider Bauteile“ gegründet.

Wissenschaftliche Zielsetzung der Forschungsarbeiten

Das Ziel der Forschungsaktivitäten des IWF in der Open Hybrid LabFactory besteht in der Entwicklung und Bereitstellung von großserienfähigen, ökonomisch und ökologisch effizienten Fertigungsprozessen für materialhybride Leichtbauanwendungen. Einen besonderen Schwerpunkt stellt dabei die Kombination von metallisch und kunststoffseitig geprägten Fertigungstechnologien in einem integralen Fertigungsschritt nach dem Prinzip „Ein Takt – ein Bauteil“ dar.

Weitere Informationen: https://www.tu-braunschweig.de/iwf

Institut für Konstruktionstechnik

Jedes technische System muss einer Vielfalt physikalischer, menschlicher, wirtschaftlicher und normativer Anforderungen genügen.

Ziel der Forschung am IK ist es, Vorgehensweisen, Methoden und Hilfsmittel für die Entwicklung moderner Produkte bereitzustellen, die diesen vielfältigen Anforderungen gerecht werden. Das IK kann bei dieser Aufgabe auf eine mehr als fünfzigjährige Forschungskompetenz zurückblicken. Um den Prozess von der Idee zum Produkt bestmöglich zu unterstützen, entwickeln wir aufgabenspezifische Vorgehensweisen, Methoden und rechnergestützte Hilfsmittel. Hierbei reicht die Bandbreite von der Entwicklung grundlagenorientierter Ansätze bis zur Überführung von Methoden in die industrielle Praxis.

Forschungsschwerpunkte und Anknüpfung an die OHLF

Mit einer Arbeitsgruppe „Leichtbau und hybride Bauweisen“ erforscht das IK den Konstruktionsprozess des hybriden Leichtbaus in der automobilen Großserie. Die Konzeptentwicklung verschiedener Bauweisen ist ein entscheidender Baustein, um Anwendungsbeispiele und Potenziale zu identifizieren sowie neuartige Entwicklungen zu erproben. Dabei wird die gesamte Produktgestaltung infrage gestellt und überdacht, um neue Denkansätze in der Produktentwicklung zu etablieren und innovative Lösungen zu generieren. Weiterhin wird die Charakterisierung hybrider Bauweisen und additiver Fertigung zur frühzeitigen Identifikation wesentlicher Produktmerkmale vorangetrieben, um beispielsweise frühzeitig Kosten und Gewicht abschätzen und diese mit konventionellen Bauweisen vergleichen zu können.

Wissenschaftliche Zielsetzung der Forschungsarbeiten

Damit der Konstrukteur in Zukunft komplexe Produkte effizienter entwickeln kann, wird der gesamte Entwicklungsprozess betrachtet. Daraus können Methoden abgeleitet werden, um ein systematisches und effektives Entwickeln zu fördern. Wissensbasiertes Konstruieren unterstützt den Konstrukteur bei seinen Tätigkeiten, beispielsweise durch Kataloge mit Gestaltungsprinzipien und Konstruktionsempfehlungen sowie Algorithmen zur Modellerzeugung. Optimierungswerkzeuge sollen eine fundierte Bauteilgestaltung bereits in frühen Entwicklungsphasen ermöglichen.

Weitere Informationen: https://www.tu-braunschweig.de/ik

Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg

Das Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg greift die Forderung nach klimaneutraler Mobilität und Produktion sowie gleichzeitig steigendem Bedarf nach Individualisierung auf und bietet daran anknüpfende Lösungsansätze, wie z. B. zur Gewichtsreduzierung durch Einsatz von nachwachsenden und nachhaltigen Rohstoffen, intelligenten Multimateriallösungen,  Recyklaten sowie vernetzten und flexiblen Fertigungsprozessen. Über den stofflichen Kreislauf hinaus werden verstärkt Lösungen zur Schließung von Bauteilkreisläufen erarbeitet. Die Fraunhofer-Institute IFAM, IST, IWU und WKI führen im Projektzentrum ihre Kompetenzen für die genannten Forschungsansätze in den Forschungsthemen »Flexible Produktion«, »Future Interior« und »Batteriemodulbau« zusammen und adressieren damit neben dem Automobilbau auch Luftfahrt, Schifffahrt und Schienenverkehr. Mit seiner Forschungsexpertise und Innovationsfreude unterstützt das Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg die Hersteller und Zulieferer der jeweiligen Branchen dabei, zukunftsfähige Lösungen zu entwickeln und auf den Markt zu bringen: vom Rohstoff über die Fertigung bis zum Bauteil und zur Wiederverwertung.

Weitere Informationen: Fraunhofer-Projektzentrum Wolfsburg

Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Das Fraunhofer IWU ist Innovationsmotor für Neuerungen im Umfeld der produktionstechnischen Forschung und Entwicklung. Rund 670 hochqualifizierten Mitarbeitenden an den Standorten Chemnitz, Dresden, Leipzig, Wolfsburg und Zittau erschließen Potenziale für die wettbewerbsfähige Fertigung im Automobil- und Maschinenbau, der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Elektrotechnik sowie der Feinwerk- und Mikrotechnik. Im Fokus von Wissenschaft und Auftragsforschung stehen Bauteile, Verfahren und Prozesse sowie die zugehörigen komplexen Maschinensysteme.

Forschungsschwerpunkte und Anknüpfung an die OHLF

Im Rahmen der OHLF arbeitet das IWU an Produktionsprozessen für innovative Werkstoffe und hybride Bauteile. Ein Beispiel für diese Prozesse ist ein One-Tool-Prozess, bei dem der Spritzguss-Druck genutzt wird, um simultan Bleche umzuformen und Hinterschnitte zu erzeugen. Dabei wird an der kompletten Prozesskette, von der Konstruktion und Simulation, über die Werkzeugherstellung, bis hin zur Prüfung und dem Recycling geforscht, um eine ganzheitliche Lösung anzubieten. 

Wissenschaftliche Zielsetzung der Forschungsarbeiten

Die Forschungsaktivitäten zielen darauf ab, großserienfähige Lösungen für funktionsintegrierte Hybridbauteile und kombinierte Produktionsprozesse zu erforschen, um ökonomische und ökologische Vorteile in der Produktion zu ermöglichen. Dabei werden auch Prinzipien aus der Natur übernommen und in technische Lösungen überführt. Ein Beispiel hierfür sind Anti-Haft-Beschichtungen in der Kunststoffverarbeitung auf Basis des Lotuseffekts.

Weitere Informationen: Fraunhofer IWU

Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST

Das Fraunhofer IST ist Partner in Forschung und Entwicklung für zukunftsfähige Produkte sowie zugehörige Produktionssysteme im Bereich der Oberflächentechnik und erschließt hierbei die Synergien der Prozess-, Verfahrens- und Fertigungstechnik. Ausgehend vom Leitbild der Nachhaltigkeit gestalten etwa 110 Mitarbeitende Systeme vom Werkstoff über den Prozess zum Bauteil sowie von der Prozesskette bis zur Fabrik und bis hin zum Recycling. Gemeinsam mit Kunden und Partnern aus Industrie und Forschung erarbeitet das Fraunhofer IST maßgeschneiderte Lösungen – vom Prototyp über Produktionsszenarien bis hin zur Skalierung auf industrielle Maßstäbe, und dies unter der Maßgabe der Wirtschaftlichkeit und ökologischen Nachhaltigkeit.

Forschungsschwerpunkte und Anknüpfung an die OLHF

Im Rahmen der OHLF arbeitet das Fraunhofer IST an Beschichtungstechnologien, insbesondere Mikro- und Sensortechnologien mit der Entwicklung smarter Oberflächen. In enger Anbindung an das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik IWF der TU Braunschweig befindet sich ein frei verkettetes Produktionssystem im Aufbau, mit dem in der Startkonstellation funktionale Schichten und oberflächenintegrierte Dünnschichtsensoren flexibel und effizient hergestellt werden können.

Wissenschaftliche Zielsetzung der Forschungsarbeiten

Die geplante Einbindung in die Anlagentechnik der OHLF wird eine Erweiterung der Prozesse zur Funktionalisierung und Individualisierung von Bauteilen aus klassischen Fertigungsverfahren erlauben. Mögliche Ansätze finden sich im Interieur beispielsweise im Bereich smarter Oberflächen, bei der Zustandsüberwachung von Insassen und dem autonomen Fahrzeug oder in der Fertigungstechnik durch werkzeugintegrierte Sensoren für eine intelligente Prozessführung. Das IST wird hierfür wirtschaftliche, resiliente, reproduzierbare Prozesse mit kurzen Taktzeiten entwickeln. Wissenschaftliche Zielsetzung ist die Befähigung der Fertigungszellen für eine frei verkette Produktion, eine KI-basierte Planung und Steuerung von Produktionssystemen für eine ressourceneffiziente und resiliente Produktion sowie Prozessparameter-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen der Dünnschichtsysteme.

Weitere Informationen: Fraunhofer IST

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM

Das Fraunhofer IFAM ist führend auf den Gebieten Klebtechnik, Oberflächen, Formgebung und Funktionswerkstoffe. Derzeit bündeln an den fünf Standorten in Bremen, Dresden, Stade, Wolfsburg und Braunschweig sowie am Testzentrum für Maritime Technologien auf Helgoland rund 700 Mitarbeitende aus 20 Abteilungen und zahlreichen Arbeitsgruppen ihr breites technologisches und wissenschaftliches Know-how in sieben Kernkompetenzen: Metallische Werkstoffe, Polymere Werkstoffe, Oberflächentechnik, Kleben, Formgebung und Funktionswerkstoffe, Elektromobilität, Automatisierung und Digitalisierung. Die Produkte und Technologien adressieren Branchen wie die Luftfahrt, Automotive, Energietechnik, Medizintechnik und Life Sciences sowie Maritime Technologien.

Forschungsschwerpunkte und Anknüpfung an die OHLF

Die Forschungsschwerpunkte am Standort Wolfsburg befassen sich im Wesentlichen mit neuartigen Leichtbautechnologien auf metallischer Basis. Dafür steht im Technikum eine neuartige Niederdruckgießanlage für industrienahe, angewandte Forschung zur Verfügung. Die Anlagentechnik bietet eine Innovation für das Niederdruckgussgießen: sie ermöglicht sowohl das konventionelle Schmelzen und Vergießen von Aluminium als auch von hochschmelzenden Metallen wie Kupfer. Im Fokus der Forschung stehen aktuell verschiedenste Technologie-Ansätze. Beispiele sind der Verbundguss zur Integration metallischer Strukturen und Profile (aus Aluminium oder Stahl) direkt in das Gussbauteil, die Kombination der Prozesse Niederdruckguss mit artfremden Ur- oder Umformprozessen (z. B. Blechumformung oder Kunststoffspritzguss) oder die Herstellung gegossener Rotoren für elektrische Antriebe. Die neuartigen Möglichkeiten zum Gießen von Kupfer im Niederdruckguss bieten ganz neues Potenzial zum Herstellen von Komponenten mit hoher thermischer und elektrischer Leifähigkeit – insbesondere für die elektrisch angetriebene Zukunft.

Weitere Informationen: Fraunhofer IFAM

Fraunhofer-Institut für Holzforschung WKI

Nachhaltigkeit durch Nutzung nachwachsender Rohstoffe steht seit 75 Jahren im Fokus des Fraunhofer WKI. Das Institut mit Standorten in Braunschweig, Hannover und Wolfsburg ist spezialisiert auf Verfahrenstechnik, Naturfaser-Verbundkunststoffe, Bindemittel und Beschichtungen, Holz- und Emissionsschutz, Qualitätssicherung von Holzprodukten, Werkstoff- und Produktprüfungen, Recyclingverfahren sowie den Einsatz von organischen Baustoffen und Holz im Bau. Nahezu alle Verfahren und Werkstoffe, die aus der Forschungstätigkeit hervorgehen, werden industriell genutzt. Im Fokus des Fraunhofer WKI steht eine große Bandbreite nachwachsender Rohstoffe sowie deren ganzheitliche Nutzung von der Produktion bis zum Recycling. Ein besonderer Schwerpunkt liegt dabei auf nachhaltigen Leichtbaulösungen. Zum ganzheitlichen Forschungsansatz gehört außerdem die Entwicklung von werkstofflichen Recyclingverfahren, Lebenszyklusanalysen und die Innenraumluftanalytik. Mit seiner Forschung und Entwicklung leistet das Fraunhofer WKI mit seinen 175 Mitarbeitenden einen wichtigen Beitrag für den Aufbau einer biobasierten Kreislaufwirtschaft (Bioökonomie).

Forschungsschwerpunkte und Anknüpfung an die OHLF

Die Forschungsschwerpunkte am Standort Wolfsburg befassen sich im Wesentlichen mit energie- und ressourcenschonenden Leichtbaulösungen für die Automobilindustrie auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Naturfaserverbundwerkstoffe bzw. Bauteile auf Basis nachwachsender Rohstoffe (Spritzguss, Naturfaserformpressteile) finden im Automobilbereich (PKW, Nutzfahrzeuge) ein immer größer werdendes Einsatzspektrum. Die Anforderungen an diese Produkte hinsichtlich der Emissionen an flüchtigen organischen Stoffen (VOC) und geruchsrelevanten Stoffen sowie deren mechanischen Eigenschaften nehmen stetig zu. Das Fraunhofer WKI entwickelt Ansätze zur Produktion emissions- und geruchsarmer Naturfaserverbundwerkstoffe bzw. Interieur-Bauteilen für den Automobilbereich durch Nutzung geeigneter nachwachsender Rohstoffe und Aufbereitungsverfahren, die gleichzeitig die Anforderungen hinsichtlich mechanischer Bauteileigenschaften erfüllen.

Weitere Informationen: Fraunhofer WKI

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