Das Projekt wird an zwei Unternehmensstandorten durchgeführt: Eine neuartige Bandgießanlage zur Herstellung von Vorbändern wird in Peine errichtet. Dort sollen neue, hochfeste Stahlwerkstoffe mit hohem Mangan-, Silizium- und Aluminium-Gehalten hergestellt werden. In Salzgitter wird eine vorhandene Walzanlage zur Weiterverarbeitung der Vorbänder umgebaut. Bei der Herstellung von Leichtbaustählen sollen etwa 170 kg CO2 pro Tonne Warmband eingespart werden. Bezogen auf das Produktionsvolumen der geplanten Anlage (25.000 Tonnen) ergibt das eine CO2-Einsparung von 4.250 Tonnen pro Jahr. Darüber hinaus werden erhebliche Energieeinsparungspotenziale in der Stahl verarbeitenden Industrie erwartet. Beim Einsatz beispielsweise in Kraftfahrzeugen rechnen Experten mit einer Kraftstoffreduzierung von ca. 0,2 Liter / 100 km bzw. ca. 8 g CO2 / km. Das entspricht umgerechnet auf die produzierte Jahresmenge an Stahl etwa 8 Millionen Kraftstoff jährlich.
Im Mittelpunkt des Projektes steht die Entwicklung von Verfahren zur hochratenfähigen, automatisierten Fertigung von in gitterschalenbauweise gestalteten Flügelstrukturen. Die Hochratenfähigkeit ist der Schlüssel zur Reduktion der Fertigungskosten und somit zur Konkurrenzfähigkeit der Anwendung. Flugwindanlagen ermöglichen die Stromgewinnung auch bei sehr niedrigen Windgeschwindigkeiten. Damit füllen sie eine lukrative Lücke bei der Herstellung von grünem Strom. Darüber hinaus können sie mobil eingesetzt werden, wenn sich neue Standortrandbedingungen bieten. Zu diesem Zweck kann die Anlage in Submodule zerlegt und mit Standardcontainern transportiert werden Die Verbindung von Kosteneffizienz, Robustheit und Leichtbau ist eine strategische Zielsetzung die entscheidend für viele nachhaltige Anwendungen ist. Im Projekt WingScale werden die im Vorgängerprojekt ENERWING erfolgreich erforschten Strukturkonzepte für den Leichtbauflügel mit hochratenfähigen Fertigungsstrategien kombiniert. Die im DLR etablierte Digitalisierung der Prozessumgebung erlaubt dabei, den individuellen Verlauf des Herstellungsprozesses so zu regeln, dass mit minimalem Energieverbrauch ein qualitativ hochwertiges Produkt, mit minimaler Streuung der Qualität erzeugt werden kann. Das DLR verwendet hierbei unterschiedliche Sensoren, die alle qualitätsrelevanten Parameter in der Prozesszone aufzeichnen und an die Regeleinheiten für Druck und Temperatur weiterleiten. Neben der direkten Nachführung der Prozessbedingungen können die Daten des so erzeugten digitalen Zwillings auch für gezielte, konstruktive Optimierung zukünftiger Generationen von Anlagen genutzt werden. Dies gilt sowohl für die Herstellung als auch für die Montage der Komponenten, die vorzugsweise über eine Verklebung der sehr dünnwandigen Strukturen erfolgt.
Stetig steigende Energiekosten und sich verschärfende gesetzliche Vorschriften machen es notwendig, die Wirkungsgrade in allen Arten von Maschinen und Anlagen konsequent zu erhöhen. Infolgedessen werden Strukturen immer mehr unter Aspekten des Leichtbaus ausgeführt und schwingungsdämpfende Einflüsse systematisch reduziert. Als Konsequenz dieser Maßnahmen ergibt sich eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Vibrationen. Deswegen ist es dringend notwendig, Schwingungen mechanischer Strukturen wirksam, gezielt und situationsangepasst zu mindern, ohne dabei die Funktion oder den Wirkungsgrad der Maschine als Ganzes nennenswert zu beeinflussen. Als besonders herausfordernd stellen sich hierbei ausgedehnte Strukturen dar - wie z.B. Verkleidungen, Karosserieteile, Flugzeugflügel, etc. Solche Strukturen weisen etliche Resonanzfrequenzen auf, können über die Oberfläche besonders intensiv Schall abstrahlen und lassen sich meist durch einzelne, konzentriert aufgebrachte Maßnahmen nicht wirksam beruhigen. Flächige Dämpfungsmaßnahmen stellen daher einen naheliegenden Lösungsansatz dar. Die klassischerweise hierbei eingesetzten Dämmmatten erweisen sich jedoch in der Regel als nur bedingt effizient und lassen kaum eine differenzierte Ausgestaltung der Maßnahmen zu. Motiviert durch den vorgenannten Befund besteht das primäre Ziel dieses Antrags in der Entwicklung flächiger induktiver Dämpfungselemente ('smart arrays') mit intelligenten und adaptiven Eigenschaften. Elektromagnetische Konzepte stellen dabei eine vielversprechende Basis dar und können leicht auf Oberflächen ausgedehnter Strukturen aufgebracht werden. Im Vergleich zu klassischen, stark lokalisierten Maßnahmen bieten solche Ansätze eine Reihe von Vorteilen: neben dem Vermeiden örtlich konzentrierter Dissipationsleistung, lassen sich bspw. auch gezielt bestimmte Schwingformen bedämpfen, oder aber Strukturen ortsdifferenziert beeinflussen. Durch die Möglichkeiten zur einfachen Verschaltung und Kombination der Module sowie zur gezielten Auslegung und Nutzung physikalischer Nichtlinearitäten besteht zudem ein besonderes Potential zur Entwicklung situationsadaptiver Anordnungen. Darüber hinaus ist zu erwarten, dass induktionsbasierte Module von einer verteilten Anwendung zusätzlich profitieren: Da lokal geringere Dissipationsleistungen auftreten sinkt auch die magnetische Flussdichte und führt somit auf einen geringeren Materialbedarf und weniger Gewicht. Der vorgeschlagene Ansatz ist durch Vorarbeiten verschiedener Teilprojekte des Schwerpunktprogramms SPP 1897 'calm, smooth and smart' motiviert und fügt sich nahtlos in den Rahmen der zweiten Förderungsphase ein. Über das Schwerpunktprogramm hinaus könnten solche 'smart arrays' zukünftig vielfältige Anknüpfungspunkte für Produktentwicklung, Materialforschung, Additive Fertigung, MEMS und Energy Harvesting entstehen lassen.