Multiphysik-Phänomene sind in vielen industriellen Anwendungen und Produktionslinien von zentraler Bedeutung und stehen in direktem Zusammenhang mit der Effizienz und Sicherheit der Prozesse oder der Integrität der produzierten Teile. Eingebettet in Prozessketten und Konstruktionsaufgaben werden multiphysikalische Simulationen sukzessive einer enormen Automatisierung und Optimierung unterzogen. Auf diese Weise sind sie Teil von Digital Twins, d.h. von virtuellen, funktionalen Versionen von Systemen, die deren Eigenschaften enthalten und den Lebenszyklus eines Systems in Form von Daten und Metadaten abbilden.

Projektleitung an der H-BRS

Ein steigendes Umweltbewusstsein sowie zunehmend ambitioniertere nationale und internationale Treibhausgas-Reduktionsziele führen zu einem Innovationsdruck, welcher sich in der Kunststoffbranche dadurch bemerkbar macht, dass Produkte mit möglichst wenig Materialeinsatz angefordert werden. Wichtige Produktmerkmale sollen dabei allerdings bestehen bleiben. Im Rahmen des TreeOpt Projekts, welches in Kooperation mit der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg durchgeführt wird, werden Methoden zur Optimierung von Blasformteilen entwickelt. Ziel ist es, Blasformprodukte so anzupassen, dass sie sich möglichst ressourcenschonend herstellen lassen. Hierzu muss neben der Form des Produkts auch das Herstellungsverfahren in der Optimierung berücksichtigt werden.

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Kunststoffverpackungen erfüllen in der modernen Gesellschaft für Konsumenten und Industrie wichtige Funktionen und sind im Alltag unverzichtbar: In großen Stückzahlen leicht und kostengünstig herstellbar, vereinfachen sie deutlich Handhabung bei Transport und Lagerung und verlängern die Haltbarkeit von Lebensmitteln bis zum Dreifachen.

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Das Institut TREE betreibt im Zentrum für angewandte Forschung der H-BRS gemeinsam mit den Industriepartnern GKN Driveline und GKN Sinter Metals das TREE-Energy Lab (TRE³L). In den drei Teillaboren Powder Fabrication-Lab, Mobility-Lab und Hydrogen-Lab forscht das Institut mit seinen Partnern zu neuartigen Verfahren der Pulvermetallurgie und zu aktuellen Themen der umweltfreundlichen Mobilität und der Energieeffizienz. Ein Simulation-Lab unterstützt die praktischen Labore.

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Die additive Fertigung (3-D-Druck im SLM-Verfahren) soll neben der Optimierung des Herstellungsprozesses sowie der Bauteilgeometrie auch Ressourcen und Energie einsparen. Zudem soll die technische Güte der Bauteile verbessert werden, Montagezeit reduziert und somit die Wirtschaftlichkeit der beteiligten KMU gesteigert werden. Die im Projekt entwickelten Baugruppen sollen als Demonstrator für weitere Projekte dienen, um auch dort Ressourcen einsparen zu können.

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Im Entwicklungsprozess extrusions- blasgeformter Bauteile ist der Einsatz der FEM-Strukturanalyse heute Stand der Technik. Produkteigenschaften wie die Stapelfähigkeit können mit guter Genauigkeit vorhergesagt werden. Jedoch ist es sehr aufwendig, die für eine aussagefähige Simulation notwendigen Materialkennwerte zu ermitteln. Aufgrund der Verstreckung des Materials im Blasformprozess in Verbindung mit hohen Abkühlgeschwindigkeiten werden die Eigenschaften thermoplastischer Werkstoffe durch den Verarbeitungsprozess signifikant beeinflusst.

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Ziel des Forschungsprojektes MatRes ist eine verbesserte Material- und Ressourceneffizienz für blasgeformte Verpackungsartikel unter drei Liter. Erreicht werden soll dies einerseits durch die Weiterentwicklung von theoretischen Ansätzen wie der FEM-Strukturanalyse. Wesentliche Produkteigenschaften können damit schon in der Enwicklungsphase vorhergesagt werden. Andererseits ist es notwendig, die Maschinentechnik weiter zu entwickeln, um die theoretisch errechneten und optimierten Wanddickenverteilung überhaupt fertigen zu können.

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Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines Simulators, mit dem das Betriebsverhalten einer Großblasanlage der Firma Kautex Maschinenbau schon vor deren vollständigen Montage virtuell simuliert werden kann. Die Großblasanlage liegt dabei, wie in Realität, in Form einer Bibliothek von mechanischen, hydraulischen, pneumatischen, elektrischen und steuerungstechnischen Anlagenkomponenten vor.

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