LaWiKo

Motivation

Viele Wirtschaftsstandorte in Deutschland befinden sich im vollständigen Strukturwandel von der Kohlegewinnung und -verwertung hin zu zukunftsorientierten Standorten der erneuerbaren Energien und umweltfreundlichen Technologien. Dabei spielt neben der Fokussierung auf regenerative Energiequellen vor allem die Energiespeicherung eine entscheidende Rolle bei der Verfolgung der EU-Nachhaltigkeitsziele wie Klimaschutz, bezahlbare und saubere Energie sowie Ressourcennutzung.

Das anwendungsnahe F&E‑Projekt LaWiKo setzt auf die Entwicklung maßgeschneiderter Voraussetzungen für die Herstellung von Leichtbaubehältern aus faserverstärkten Kunststoffen zur mobilen Speicherung von Wasserstoff bzw. H₂‑basierten Energieträgern. Die angestrebte Entwicklung einer hochratefähigen Fertigungstechnologie nutzt thermoplastische vorkonsolidierte Bandmaterialien, die in einem kontinuierlichen Breitbandwickelprozess zu rotationssymmetrischen Behälterstrukturen verarbeitet werden. Eine präzise geregelte laserbasierte lokale Erwärmung ermöglicht eine autoklavfreie Konsolidierung der Strukturwerkstoffe. In Verbindung mit den Technologiebausteinen Fügetechnik sowie Beschichtungstechnik werden unikale fertigungstechnische Möglichkeiten geschaffen, um Testmuster und Prototypen mit bisher nicht realisierbaren Eigenschaftsprofilen wirtschaftlich herzustellen. Dabei werden die exzellenten wissenschaftlichen Kompetenzen zur Kunststoffverarbeitung des Instituts für Strukturleichtbau der TU Chemnitz, insbesondere die Breitbandwickeltechnik zur Herstellung geschlossener thermoplastischer Faserverbundkomponenten, mit der laser- und prozesstechnischen Expertise zum Laser-in-situ-Fügen des Fraunhofer IWS in Dresden synergetisch verknüpft.

Ziele und Vorgehen

Bereits in vorigen Projekten wurden mithilfe der vom Fraunhofer IWS entwickelten CONTIjoin-Technologie erfolgreich großflächige Verbunde aus thermoplastischen multidirektionalen Laminathalbzeugen gefertigt. Konventionelle Legesysteme setzen vermehrt auf den Einsatz von Festkörper- und Diodenlasern, deren Wellenlängen maßgeblich zur einer Absorption innerhalb der Verstärkungsfasern führen. Im Gegensatz dazu stellt die hohe Absorption der bei CONTIjoin verwendeten CO₂-Laserstrahlung in der Polymermatrix einen entscheidenden Vorteil hinsichtlich der thermischen Prozessführung dar. Im Fokus des Projektes steht die Herstellung zylindrischer Tankstrukturen aus mehrdirektionalen faserverstärkten Organoblechen mit hohem Leichtbaugrad, die künftig als Hochdrucktanks zur Wasserstoffspeicherung eingesetzt werden sollen.

Von Seiten des Fraunhofer IWS werden zwei wesentliche Forschungsschwerpunkte addressiert:

• Entwicklung/ Anpassung eines Lasersystems auf die Breitbandwickeltechnologie
• Laserstrukturierung und thermisches Spritzen einer Barriereschicht auf Druckbehältern

Innovationen und Perspektiven

Die Zusammenarbeit beider Projektpartner ermöglicht die Erschließung nachfolgender Potenziale:

• Materialinnovation: Die Verknüpfung von Laserbearbeitung und innovativen Kunststoffen leistet einen potentiellen Beitrag zur Entstehung neuer Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften.
• Interdisziplinäre Forschung: Die Zusammenarbeit von Experten aus unterschiedlichen Fachbereichen ermöglicht interdisziplinäre Forschungsansätze und die Betrachtung komplexer Fragestellungen aus diversen Perspektiven.
• Industrielle Anwendung: Die Verbindung von Expertise in Lasertechnologie und Kunststoffverarbeitung bietet zudem Potenzial für die Entwicklung von industriellen Lösungen mit hohem Standard sowohl in Bezug auf Produktionseffizienz als auch Produktqualität.