Das Faserinstitut Bremen e.V. vertraut bei mechanischen Prüfungen unter kryogenen Termperaturen auf ZwickRoell
Case Study
- Kunde: Faserinstitut Bremen e.V.
- Ort: Bremen, Deutschland
- Branche: Luft & Raumfahrt, Akademie/Institute
- Thema: Mechanische Prüfungen bei kryogenen Temperaturen
Oktober 2023
Bei der Entwicklung neuer Fasermaterialien und Hochleistungs-Verbundwerkstoffe unterstützt das Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) Unternehmen verschiedener Industriezweige, die technologischen Herausforderungen der Zukunft zu bewältigen. Um etwa das Materialverhalten und die Änderung der mechanischen Kennwerte von Faserverbundwerkstoffen unter kryogenen Temperaturen zu verstehen und damit die Zuverlässigkeit und Sicherheit von Luft- und Raumfahrtkomponenten zu gewährleisten, nutzt das Faserinstitut am Forschungsstandort ECOMAT in Bremen ZwickRoell Materialprüfmaschinen.
Das Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
Das 1969 gegründete Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) mit Sitz in Bremen (Deutschland) - ist seit vielen Jahren aktiv in der Erforschung und Entwicklung von Fasermaterialien und deren Anwendungen. Die Hauptaufgabe besteht darin innovative Lösungen für die Industrie zu entwickeln, darunter Unternehmen aus Automobil-, Bau-, Medizin und Textilindustrie sowie Luft- und Raumfahrt, und zur Verbesserung von Faserprodukten beizutragen in puncto Materialentwicklung, Produktoptimierung, Qualitätskontrolle und Prozessverbesserung.
Ziel ist es die Wettbewerbsfähigkeit der Industrie durch die Bereitstellung wissenschaftlicher Erkenntnisse, technischer Expertise und innovativer Lösungen zu stärken. Dafür konzentriert sich das Institut auf die Entwicklung innovativer Fasern für technische Textilien sowie Faserverbundwerkstoffe und deren Fertigungsprozesse, in der Regel in Form von geförderten Kooperationsprojekten mit der Industrie. Kunden des Faserinstituts Bremen profitieren neben maßgeschneiderten Lösungen auch von Beratungsdienstleistungen der hochqualifizierten Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern.
Das Faserinstitut Bremen verfügt über moderne materialwissenschaftliche Labore mit akkreditierten Prüfverfahren und verschiedensten Technikumsanlagen für die Faserherstellung, Kunststoffverarbeitung und CFK-Fertigung.
Die ZwickRoell Top Kompetenzen
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Nachvollziehbare und vergleichbare Prüfergebnisse
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Breites Produktportfolio
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Ideale Unterstützung
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Anwendungsorientierte Prüfsysteme
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Enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit
Die Aufgabe
Die Herausforderungen bei der Material-Charakterisierung unter kryogenen Temperaturen
Am Bremer Forschungs- und Technologiestandort ECOMAT, arbeiten die Ingenieure und Wissenschaftler des Faserinstituts Bremen e.V. (FIBRE) zusammen mit der Luft- und Raumfahrtindustrie daran, die Aktivitäten im Bereich Kryotechnik zu bündeln, CFK beim Einsatz unter kryogenen Temperaturen zu charakterisieren und weiterzuentwickeln. All dies sind aktuelle Herausforderungen bei der Entwicklung von neuen und innovativen Technologien für klimaneutrales Fliegen.
Für die bei kryogenen Temperaturen von bis zu -253 °C durchgeführten Kryo-Versuche muss die Vergleichbarkeit der Versuchsergebnisse mit den sonst in einem Temperaturbereich von -55 °C bis +120 °C - und bei Raumtemperatur durchgeführten Standardversuchen - gewährleistet sein. Außerdem stellen solch tiefe Temperaturen eine Herausforderung für die verwendeten Materialien sowie für die benötigten Dehnungs- und Wegmesssysteme dar. Für Probenaufnahme, präzise Kraft- und Wegmessung sowie für die Ausrichtung des Laststranges müssen daher andere Ansätze als für Standardversuche bei Raumtemperatur entwickelt werden.
Die ZwickRoell Lösung
ZwickRoell Materialprüfmaschinen mit Lastjoch
Um den besonderen kryotechnischen Anforderungen des Faserinstituts Bremen e.V. (FIBRE) bei Prüfungen mit Wasserstoff zu entsprechen, entschied man sich für standardisierte und universell einsetzbare Materialprüfmaschinen aus dem Produktportfolio von ZwickRoell. Diese ermöglichen die Charakterisierung verschiedener Materialien auch bei Tiefsttemperaturen und gewährleisten eine ausgezeichnete Reproduzierbarkeit der Prüfergebnisse. Unabhängig davon, ob geringe Prüfkräfte oder hohe Belastungen gefragt sind, in der Qualitätssicherung und für Forschungszwecke.
Für das Faserinstitut Bremen e.V. wurden aus dem ZwickRoell Produktportfolio unterschiedliche Kryostatlösungen ausgewählt, die sowohl mechanische Prüfungen im kryogenen Bereich mit Flüssig-Stickstoff (LN2) bei 77 K als auch in Flüssig-Wasserstoff (LH2) bei 20 K ermöglichen.
Über ein speziell entwickeltes Lastjoch wird der Probenhalter mit der eingespannten Probe in den Tiefsttemperaturbereich getaucht. Der Vorteil: Da der Kryostat nur eine Öffnung besitzt, wird größtmögliche Temperaturkonstanz gewährleistet. Alle ZwickRoell-Kryostate verfügen optional über ein Sichtfenster, um wahlweise von außen und berührungslos dank optischer Messtechnik des videoXtens, die Dehnungen und Verformungen der Probe zu ermitteln.
Für Steuerung, Datenerfassung und Auswertung kommt die komfortable und leicht zu bedienende Prüfsoftware testXpert zum Einsatz, die beim Faserinstitut Bremen e.V. bereits vielfach verwendet wird.
Umfangreiche Prüfmöglichkeiten von Faserverbundwerkstoffen bei kryogenen Temperaturen
„Mit ZwickRoell haben wir den perfekten Partner und die ideale Unterstützung für unsere Arbeit in der Materialcharakterisierung bei extremen kryogenen Temperaturen gefunden. Die gelieferten Prüfsysteme zeugen von herausragender Fachkenntnis und wurden perfekt, da grundlagen- und anwendungsorientiert - an unsere jeweiligen Anforderungen angepasst“, so Dr. Ernö Nemeth, Laborleiter am Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) über die Zusammenarbeit mit ZwickRoell.
Die Prüfsysteme ermöglichen eine Vielzahl typischer Versuche an Faserverbundwerkstoffen, wie beispielsweise Zug-, Druck und Biegeversuche sowie Versuche zur Bestimmung der Interlaminaren Scherfestigkeit (ILSS), sowie Versuche zur Bestimmung der kritischen interlaminaren Energiefreisetzungsraten G1c (unter Mode I Belastung) und G2c (unter Mode II Belastung). Nemeth: „Die bislang enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit während des gesamten Projektzeitraums hat unsere Forschungsmöglichkeiten erheblich erweitert und unsere Verbindung mit ZwickRoell weiter vertieft.“
Das Ergebnis
Aufgrund des vorhandenen Produktportfolios konnte ZwickRoell die gegebenen Anforderungen für das Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE) technisch optimal umsetzen. So ist es jetzt möglich für die Forschung und die Zusammenarbeit mit Industriepartnern im Bereich Luft- und Raumfahrt, Prüfungen zur Charakterisierung der Materialeigenschaften bei extremen kryogenen Temperaturen durchzuführen – etwa Zug-, Druck- und Biege- sowie ILSS, G1C und G2C Versuche – mit absolut verlässlichen, nachvollziehbaren und vergleichbaren Ergebnissen.
„ZwickRoell ist für uns unverzichtbarer Partner im Bereich der Materialcharakterisierung bei kryogenen Temperaturen.
Der Prüfmaschinenhersteller hat uns während des gesamten Projekts sowohl mit Fachwissen als auch umfangreichen und speziellen Produktportfolios in puncto Wasserstoff-Prüfungen überzeugt und unterstützt. Die für uns maßgeschneiderten Prüfsysteme zeugen von Kompetenz und dem feinen Gespür für unsere individuellen Anforderungen als Institut. Die Professionalität und partnerschaftliche Herangehensweise von ZwickRoell haben unsere Forschung in diesem anspruchsvollen Bereich entscheidend vorangebracht."
Dr. Ernö Nemeth, Laborleiter Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE): Mechanische Prüfung bei kryogenen Temperaturen
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