CoolTool – Entwicklung eines bionisch gekühlten Werkzeugs in Schalenbauweise anhand eines industrietauglichen thermo-mechanischen Auslegetools
In diesem Projekt wird ein RTM-Werkzeug in Schalenbauweise mit bionischen Kühlkanälen entwickelt. Bei der Kompaktierung der Fasereinlage wird dazu die Temperaturabhängigkeit der Schließkräfte berücksichtigt.
Projektpartner
Grunewald GmbH & Co. KG
Laufzeit
01.02.2025 – 31.05.2027
Fördergeber
Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
Motivation
Das Ziel des Projekts ist es, das Resin-Transfer-Molding (RTM) Verfahren besonders in der Luftfahrtindustrie weiter zu verbreiten und Produktionszeiten zu verkürzen. Dafür wird durch eine neuentwickelte Schalenbauweise mit bionischer Heizung und Kühlung besonders der Prozess des Aufheizens und Abkühlens signifikant verkürzt. Die neu entwickelte leichte Schalenbauweise mit bionischen Kanälen erlaubt ein schnelles und gleichmäßiges temperieren des Werkzeugs, womit die Produktionsrate im RTM-Prozess deutlich erhöht werden kann. Ein weiterer Vorteil des Werkzeugs in Schalenbauweise ist, dass es als Stand-Alone-Werkzeug ohne das teure Investment für eine Presse betrieben werden kann. Um sicherzustellen, dass sich die Werkzeugschalen durch die auftretenden Kräfte nicht verformen und somit die hohen Anforderungen an die Bauteiltoleranzen in der Luftfahrt nicht erfüllt werden können, ist eine verlässliche Auslegung essentiell. Hierfür wird ein effizientes industriell anwendbares Auslegetool für die Werkzeuge entwickelt. Dieses Tool unterstützt beim Design des Werkzeugs unter Berücksichtigung der hohen Kompaktierungskräften des Fasermaterials.
Vorgehen
Die methodische Umsetzung basiert auf einem interdisziplinären Ansatz aus Simulation, experimenteller Validierung und Optimierung. Thermische und mechanische Simulationsmodelle werden kombiniert, um Zielkonflikte zwischen Steifigkeit, Kühlung und Gewicht zu lösen. Zunächst werden bionisch inspirierte Heiz- und Kühlkanäle in Schalenwerkzeuge integriert, um eine homogene Temperaturverteilung während dem RTM-Prozess sicherzustellen. Ergänzend wird ein temperaturabhängiges Materialmodell entwickelt, das auf experimentellen Charakterisierungstests bei unterschiedlichen Temperaturstufen basiert und mithilfe KI-gestützter Parameteranpassung die Materialdaten für das Simulationsmodell liefert. Abschließend wird eine industriell anwendbare Kompaktierungssimulation erstellt, die die thermischen Einflüsse berücksichtigt und so eine zuverlässige Werkzeugauslegung ermöglicht. Durch diese methodische Kombination aus Simulation, Experiment und Datenmodellierung entsteht eine praxisnahe Grundlage für optimierte RTM-Werkzeuge in Schalenbauweise.
Danksagung
Der Lehrstuhl bedankt sich beim Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Finanzierung des Kooperationsprojekts zu „CoolTool“ (Förderkennzeichen: KK5135834KU4) über die Förderschiene „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)”.
Ansprechpartner
Dominik Boos, M.Sc.; Dipl.-Ing. Thomas Wettemann