PROJEKT

Ziel von CARpenTiER ist die Entwicklung von Produktionstechnologien für holzbasierte

Hybridkonstruktionen im Automobil-, Anlagen- und Maschinenbau. Unter den Anwendungen werden

hybride Strukturen aus Schichtholz, Sperrholz oder Furnierstreifenholz, die mit Naturfasern verstärkt

werden können, verstanden. In früheren Forschungsaktivitäten des Konsortiums wurden

verschiedene Demonstratoren für den Mobilitätssektor in Multimaterial-Mischbauweise erfolgreich

entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass 10 bis 40 % des Eigengewichts durch den Einsatz von

Holzwerkstoffen ohne Leistungsverlust eingespart werden können. Dies kann in Zukunft einen

positiven Beitrag zu den Klimazielen leisten, da die Gewichtsreduktion die höchste Hebelwirkung

hinsichtlich Reduktion von Treibhausgasemissionen hat.

Obwohl frühere Forschungsarbeiten eine solide Basis in der Finite-Elemente-Modellierung gelegt

haben, fehlt es an geeigneten Produktionstechnologien für die industrielle Umsetzung. Aus diesem

Grund wird sich das weiterführende Forschungsprogramm vor allem auf die Prozessentwicklung und

Prozessführung konzentrieren. Eine weitere Herausforderung beim Einsatz biobasierter Materialien

für die vorgesehenen Anwendungen ist die Kontrolle der Materialvariabilität. Bei konventionellen

Holzanwendungen (z.B. im Holzbau) wird diese hauptsächlich durch hohe Sicherheitsfaktoren

kompensiert. Dies führt jedoch zu einer Leistungsminderung. Daher zielt das Projekt auf holzbasierte

Hybridstrukturen ab, die das Leichtbaupotential von Holz maximal nutzen. Zu diesem Zweck wird für

zukünftige Lieferanten (= Tiers) ein computerunterstützter Forschungsansatz (CAR) zur

funktionsorientierten dynamischen Prozesssteuerung (funktionsorientierte Prozesssteuerung)

etabliert. Ausgehend von einem Bauteil (Example Unit), dass möglichst viele Kriterien und

Anforderungen (Funktionen) einer typischen Baukomponente aus der Automobilindustrie umfasst,

wird ein Prozessleitsystem aufgebaut. Sowohl Prozess als auch Bauteil werden als digitale Zwillinge

aufgebaut (d.h. digitale Reproduktion von Produkt und Prozess). Der gewählte Ansatz ist somit eine

Kombination aus Material- und Prozessschrittsimulation. Zur Steuerung der Prozesse ist es

notwendig, für jeden Prozessschritt Rohmaterial- und Prozessparameter zu identifizieren, die einen

Einfluss auf die definierten Funktionen des Bauteils haben. Dieser Regelkreis der Prozesse entspricht

somit der individuellen Materialbehandlung durch einen erfahrenen Fachmann oder Handwerker, der

bei den verschiedenen Prozessschritten immer das Ergebnis und damit die Funktionserfüllung

berücksichtigt. Im Gegensatz zur erfahrungsbasierten Entscheidungsfindung des Menschen in

Fertigungsprozessen muss bei der digitalen Prozesssteuerung einer industriellen Fertigung jeder

Entscheidungsschritt auf physikalischen Modellen beruhen. Dadurch werden die Prozesse

wirtschaftlich effizient, kontrollierbar und reproduzierbar. CARpenTiER wird eine virtuelle Abbildung

realer Prozesse ermöglichen und damit das menschliche Wissen in der individuellen

Materialbearbeitung automatisieren. Neben der Materialbeherrschung wird damit auch eine

Steigerung der Effizienz und Ausbeute erwartet.

Neben diesen Vorteilen wird CARpenTiER auch Möglichkeiten zur Material- und

Prozessdokumentation sowie zur Prozessoptimierung bieten. Das Forschungsprogramm wird

voraussichtlich auch zu bedeutenden Fortschritten im Bereich der Finite-Elemente-Modellierung

führen. CARpenTiER ist damit die konsequente Fortführung des mit dem Forschungsprojekt

WoodC.A.R. begonnenen, wissensbasierten Engineerings von holzbasierten Hybridbauteilen. Neben

der technischen Auslegung, Vorhersagbarkeit und Berechenbarkeit von Holzwerkstoff - Hybridbauteilen

sollen nun auch Fertigungsprozesse vorhersagbar und beherrschbar gemacht

werden. Darüber hinaus sollen geeignete Methoden zum Umformen, Beschichten, Fügen, Kleben und

Modifizieren gefunden und im Bereich der Verfahrenstechnik angepasst bzw. entwickelt werden.