Hannover Messe - Fraunhofer IWS

Online / 12. April 2021 - 16. April 2021

Hannover Messe Industrie

Führende Industriefachmesse der Welt

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Fraunhofer-Gemeinschaftsstand / Digital-Edition

Treffen Sie uns auf der digitalen Hannover Messe!

In verschiedenen Magazin- und Talkformaten präsentieren wir Ihnen unsere Forschungsaktivitäten und Lösungen für die Industrie. Besuchen Sie uns im ganztägigen Fraunhofer-Live-Stream am 13. April oder an den beiden folgenden Tagen auf der Hannover Messe und kommen Sie mit uns ins Gespräch!

Dienstag, 13. April 2021 (Fraunhofer-Live-Stream)
14.00 – 14.30 Uhr	Wasserstoff – Neue Technologien für die Brennstoffzellen-Produktion schaffen Wettbewerbsfähigkeit
15:00 – 15.30 Uhr	Aerospike: Additiv gefertigtes Raketentriebwerk von der Konzeption zur Realisierung
Mittwoch, 14. April 2021
13.30 – 13.55 Uhr	Wasserstoff – Neue Technologien für die Brennstoffzellen-Produktion schaffen Wettbewerbsfähigkeit

Additiv gefertigtes Raketentriebwerk mit Aerospike-Düse für Microlauncher: von Konzeptstudien bis zum Probebetrieb

Microlauncher können kleine Nutzlasten wie Satelliten bis 350 kg befördern und sind eine besonders sparsame Alternative zu herkömmlichen Trägerraketen. Aerospike-Antriebe ließen sich bisher nicht mit konventionellen Fertigungsverfahren umsetzen, da sie besondere Herausforderungen an die Kühlung stark beanspruchter Bauteilregionen stellen. Theoretisch sind 30 Prozent Kraftstoffeinsparungen für Microlauncheranwendungen im Vergleich zu konventionellen Triebwerken möglich. Gemeinsam mit Raumfahrtexperten der TU Dresden wurden zunächst in einer Geometriestudie die Vorzüge der additiven Fertigung für innovative Kühlkanäle und strömungsoptimierte Treibstoffzuführungen genutzt. Danach wurde ein per Laser Powder Bed Fusion additiv gefertigtes Aerospike-Raketentriebwerk für den Teststand entwickelt und dessen Funktion im Heißgastest nachgewiesen. In Schritt drei werden Design und Prozesskette innerhalb eines ESA-Projekts weiterentwickelt, um die Performance im Heißgastest weiter zu verbessern.

Vielfältige Fügekompetenz – vom thermischen Direktfügen über das Laserstrahlschweißen dicker Bleche bis hin zum Fügen mit reaktiven Multischichtsystemen

© Fraunhofer IWS
Laserstrahlschweißen von dicken Blechen am Beispiel eines Kranauslegers.

Das Fraunhofer IWS erforscht und entwickelt Materialverbindungen, die ein Leben lang halten. Schneller, effizienter und materialschonender werden Aluminium, Stahl oder auch Kunststoffen mit Wärme, Druck oder Licht verbunden.

Wärme:

HPCi^®-Fügeverfahren - Fügen von Aluminium mit Faserverbund-Kunststoffen

Die neuartige Fügetechnologie »HeatPressCool-integrativ« (HPCi^®) verbindet Aluminium und Verbundkunststoff innerhalb weniger Sekunden dauerhaft und fest. Die HPCi^®-Verbindungen halten Zugkräfte aus, die dem Druck eines Hydraulikarms mit bis zu 25 Megapascal entsprechen. Das neue Fügeverfahren eignet sich für den Leichtbau in Flugzeugen. Aktuell wird die Technologie im Verbundprojekt »UTILITAS« (»Ultraleichte Aufbaustrukturen für Nutzfahrzeuge im kommunalen Servicebetrieb«) weiterentwickelt.

Licht:

Laserstrahlschweißen von dicken Blechen am Beispiel eines Kranauslegers

Im Stahlbau kennzeichnen aufwendige Produktionsschritte und mehrheitlich manuelle Einzelprozesse wie z. B. das Metall-Schutzgas- oder das Unterpulver-Schweißen die gegenwärtige Wertschöpfungskette. Die Forscher des Fraunhofer IWS stellen nun das verzugsarme Laserstrahlschweißen eines spaltbehafteten und 4 Meter langen Hallenkransegmentes mit 30 Millimetern Blechdicke sowie Eck- und Stumpfstoßschweißverbindungen vor. Die Wirtschaftlichkeit steigt durch den Laserprozess: Er verkürzt die Schweißzeiten – Richtarbeiten fallen weg.

Druck:

Fügen mit reaktiven Multischichtsystemen (RMS) in der Mikrosystemtechnik

RMS stellen eine genau definierbare Wärmemenge innerhalb weniger Millisekunden zum schonenden Fügen von Bauteilen bereit. RMS ermöglichen Verbindungen von z. B. temperaturempfindlichen Bauteilen und von Materialien mit unterschiedlichem Wärmeausdehnungskoeffizienten. Dabei weisen die Verbindungen gute elektrische und thermische Leitfähigkeiten sowie hohe Festigkeiten auf. Entwickelte Materialsysteme für RMS mit einer großen Bandbreite an Eigenschaften finden z. B. in der Mikrosystemtechnik Anwendung.

Video: Materialverbindungen fürs Leben (YouTube)

Härten, schützen und reparieren – Prozesse und Systemtechnik zum Laserstrahlhärten und -auftragschweißen

© Fraunhofer IWS
Integration der COAXwire mini in einer 5-Achs-CNC-Anlage.

Flexibilität – in der Werkzeugwahl, dem Verfahren und der Bauteilgeometrie: das bietet die Systemtechnik des Fraunhofer IWS.

Systemtechnik zum Laserstrahlhärten

Das dynamische Strahlformungssystem »LASSY« ermöglicht es, beim Härten flexibel auf verschiedenste Bauteilgeometrien reagieren zu können. Die 1D-Scanneroptik, erlaubt es, den Laserstrahl quer zur Behandlungsrichtung zu formen. Die Energieverteilung im Laserstrahlfleck passt sich durch Steuerung der Scangeschwindigkeit und/oder Nachführung der Laserleistung an nicht konstante Wärmeableitungsbedingungen an. Damit gelingt z. B. eine gleichmäßige Härtetiefe trotz lokal unterschiedlicher Bauteildicke. Anwendung findet diese Technologie in Laserrandschichtveredelungsverfahren wie Laserstrahlhärten, -umschmelzen oder -legieren. Die Systemintegration »E-MAqS«, ein kamerabasiertes Temperaturerfassungssystem, das enorme Verbesserungen der Prozessregelung mit sich bringt, und das Temperaturregelsystem »LompocPro« runden das Systemtechnikportfolio optimal ab.

Systemtechnik zum Laser-Auftragschweißen mit Pulver und Draht COAXn

COAXn steht für ein modulares System von Koaxial-Bearbeitungsköpfen zum Laser-Auftragschweißen. Genormte Einzelkomponenten ermöglichen den schnellen Einsatz des optimalen Bearbeitungskopfes für die konkrete Anwendung. Dabei finden der gewünschte Lasertyp, die Optikkonfiguration und das Maschinensystem ebenso Berücksichtigung wie Zugänglichkeit, Präzision und Auftragsrate des zu verarbeitenden Werkstoffes. Zusatzausstattungen, wie Kameras und Sensoren, ermöglich eine Überwachung des Bearbeitungskopfes/Auftragsprozess und die Aufzeichnung, Verarbeitung und Vernetzung relevanter digitaler Prozessdaten. Die patentierte Feindraht-Laseroptik COAXwire mini verarbeitet sogar Feindrähte mit einem Durchmesser von 0,1 bis 0,6 mm. Basierend auf dem koaxialen Dreistrahlprinzip ermöglicht sie präzise und richtungsunabhängig das Bearbeiten in allen technisch üblichen Schweißpositionen.

Video: Maßgeschneiderte Lösungen in der thermischen Oberflächentechnik (YouTube)

One-stop solutions für die Brennstoffzellen-Produktion

Im Rahmen der Wasserstoffwirtschaft und der Elektrifizierung im Mobilitätssektor sind Brennstoffzellen eine vorteilhafte Lösung zur dezentralen CO₂-freien Stromversorgung. Notwendig sind aktuell sowohl kostengünstige Brennstoffzellenstacks als auch massentaugliche Fertigungskonzepte. Die aktuell größten Potentiale bei bei Brennstoffzellen bezogen auf Kosten, Gewicht und Bauraum bieten metallische Bipolarplatten. Für die wirtschaftliche Fertigung dieser metallischen Bipolarplatten werden vom Fraunhofer IWS (Beschichten und Fügen) und Fraunhofer IWU (Umformen) Lösungen zur konsequenten Umsetzung einer besonders kostengünstigen und massentauglichen Rolle-zu-Rolle (R2R) Fertigung erarbeitet. Darüber hinaus werden am Fraunhofer IWU und dem Fraunhofer IPT Produktionskonzepte für Brennstoffzellen für industrielle Belange erarbeitet.

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Unsere Themen zur Hannover Messe 2021 – Digital Edition

Additiv gefertigtes Raketentriebwerk mit Aerospike-Düse für Microlauncher: von Konzeptstudien bis zum Probebetrieb

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Vielfältige Fügekompetenz – vom thermischen Direktfügen über das Laserstrahlschweißen dicker Bleche bis hin zum Fügen mit reaktiven Multischichtsystemen

HPCi^®-Fügeverfahren - Fügen von Aluminium mit Faserverbund-Kunststoffen

Laserstrahlschweißen von dicken Blechen am Beispiel eines Kranauslegers

Fügen mit reaktiven Multischichtsystemen (RMS) in der Mikrosystemtechnik

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Systemtechnik zum Laserstrahlhärten

Systemtechnik zum Laser-Auftragschweißen mit Pulver und Draht COAXn

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Dr. rer. nat. Ralf Jäckel

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Dipl.-Ing. Tobias Naumann

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Fügen mit reaktiven Multischichtsystemen (RMS) in der Mikrosystemtechnik

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