Hightech Zentrum Aargau
Organisation

Institut für Produkt- und Produktionsengineering

Klosterzelgstrasse 2, 5210 Windisch

https://www.fhnw.ch/de/die-fhnw/hochschulen/ht/institute/institut-fuer-produkt-und-produktionsengineering

Wir fokussieren uns auf die Entwicklung von Produkten und Fertigungsverfahren unter Anwendung modernster Technologien.Unser interdisziplinäres Team ist in der Forschung tätig, arbeitet mit Industriepartnern zusammen und steht im Austausch mit nationalen und internationalen Hochschulen. Zudem unterrichten wir in der Aus- und Weiterbildung der Hochschule für Technik FHNW.  Schwerpunkte:

  • Produktentwicklung
  • Finite-Elemente-Simulation
  • Additive Manufacturing
  • Lasermikrobearbeitung
  • Optische 3D-Messtechnik
  • Mechanische Bauteilprüfung
  • Werkstoffwissenschaften

Kompetenzen und Schwerpunkte

STIX Solar Orbiter

STIX

Mit STIX entwickelt die Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW ein Röntgenteleskop für die ESA Mission Solar Orbiter.

Ziele
Entwicklung eines weltraumtauglichen Röntgen-Messgeräts zur Erforschung der Heliosphäre.

Ausgangslage
Die ESA-Sonde Solar Orbiter soll die Heliosphäre der Sonne vor Ort erforschen. Eines von 10 Messgeräten an Bord ist STIX (Spectrometer/Telescope for Imaging X-rays). Das Röntgenteleskop wird Bilder von den Explosionen aufnehmen, in welchen das Sonnenwind in der inneren Heliosphäre entsteht.

Projektstand
Das Projektteam entwickelt ein Röntgenmessgerät, das den hohen Anforderungen der Raumfahrt gerecht wird. Herzstück von STIX sind zwei Gitter, die hintereinander montiert verschiedene Muster kreieren. Die Strahlen der Sonne werden so gezielt abgedeckt und aus den Mustern wird das Röntgenbild rekonstruiert. Die kleinsten Rillen sind 20 Mikrometer fein.

GreDom-Insert

Mit der Erfindung der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW kann die Herstellung von Satellitenpaneelen automatisiert werden.

Ziele
Eintwicklung einer neuen Art von Inserts, welche vollständig automatisiert in Satelliten-Paneele eingesetzt und verklebt werden können.

Ausgangslage
Inserts sind spezielle Gewindeeinsätze, mit denen Instrumente, Aggregate und Sensoren an der Tragstruktur eines Satelliten befestigt werden. Ein durchschnittlicher Kommunikationssatellit hat 5‘000 bis 10‘000 Inserts, die bisher ausschliesslich manuell verbaut wurden. Um die Produktion von Satelliten-Paneelen zu automatisieren, muss ein neuartiges Insert entwickelt werden.

Projektergebnis
Das Institut für Produk- und Produktionsengineering FHNW hat das Insert «GreDom» entwickelt, das automatisiert in Satelliten-Paneele eingesetzt und verklebt werden kann. Auf Basis dieser Erfindung konnte die sogenannte «Automated Potting Machine» entwickelt werden – eine Maschine, die automatisiert Satelliten-Paneele zuschneidet, Löcher bohrt, Klebstoff aufträgt und die Inserts mit hoher Präzision platziert. Damit kann die Fertigungszeit von Satellitenstrukturen signifikant verkürzt werden, was erhebliche Kosteneinsparungen zulässt. Die Erfindung wurde 2015 mit dem JEC Innovation Award in der Kategorie „Equipment“ und 2017 mit dem Ypsomed Innovationspreis für Forschung, Entwicklung und Technologietransfer ausgezeichnet.

Giesssimulation und experimentelle Validierung der aktiven Luftkühlung von Gussteilen

Grossgussbauteile für Gas-, Dampfturbinen oder Motoren benötigen Tage bis Wochen, um zu erstarren und auszukühlen.

Ziel
Das Ziel des Forschungsprojektes ist es, die mehrtägige Abkühlzeit eines Grossgussbauteils in einer Sandform durch ein neues, gesteuertes Kühlungsverfahren mit Luft bei gleichzeitiger Wahrung der Gussqualität zu halbieren.

Ausgangslage
Um die Abkühlzeit bei Gussteilen zu verringern, muss gezielt mehr Wärme abgeführt werden. Dies soll mit einem aktiven Kühlverfahren erfolgen. Aufgrund dieser Anforderung muss eine zuverlässige Vorhersage der Kühlwirkung mittels Simulation möglich sein, um den Nutzen des zusätzlichen Aufwands der aktiven Kühlung für unterschiedliche Grossgussteile vorgängig abklären und deren Auslegung zu realisieren. Die durch das aktive System abgeführte Wärmeenergie soll in einer Gusssimulationssoftware bis zur Ausformtemperatur rechnerisch vorhergesagt werden.

Ergebnis
Das Potential einer aktiven Kühlung von Sandguss wurde im Rahmen des Projektes im Labormassstab und im Grossguss nachgewiesen. Durch die aktive Kühlung können die folgenden Verbesserungen bei der Erstarrung und der weiteren Abkühlung erzielt werden:

  • Reduktion der Kühlzeit bis zum Ausformen um 67% mittels aktiv gekühlter Eisenkokille im Laborversuch
  • Aktive Beeinflussung des Erstarrungsablaufs und der heissen Zonen im Bauteil, wodurch komplexe Geometrien giesstechnisch leichter umgesetzt werden können
  • Feineres Gefüge und verbesserte mechanische Kennwerte
  • Verminderung von Gussdefekten
Menschen

Unsere Experten

Prof. Dr. Jürg Küffer

Prof. Dr. Urs Bopp

Prof. Dr. Arne Wahlen