CAD Design of a CFRP component

CIKONI: CFK-Engineering für Pioniere

CIKONI ist ein spezialisiertes Ingenieurbüro für innovative Leichtbau- und Faserverbundlösungen mit fortgeschrittenen Verbundwerkstoffen, wie kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK).

CIKONI – das bedeutet ganzheitliche spezialisierte Ingenieurdienstleistungen entlang der gesamten Prozesskette und schließt die Entwicklung von Leichtbauprodukten und den notwendigen Fertigungsverfahren ein. Mit unserem Expertenteam schließen wir im Kundenauftrag Technologie- und Wissenslücken und realisieren einen meßbaren Beitrag zu geringerem Energieverbrauch, höherer Performance und neuen Geschäftsmöglichkeiten.

Zur Detaillierung und Absicherung von Strukturkomponenten nutzen wir modernste Konstruktionswerkzeuge, zukunftsweisende Simulationsmethoden und fasergerechte FEM-Berechnung (z.B. Festigkeit, Steifigkeit, Crash). In der Prozessentwicklung realisieren wir skalierbare und automatisierbare Lösungen für die effiziente Fertigung von Carbonbauteilen.

FEM Simulation von CFK Bauteilen

Was machen wir im CFK-Leichtbau?

Leichtbau ist ein Entwicklungsprinzip, bei dem wir die Erfüllung einer Funktion mit möglichst geringem Einsatz an Material und damit Gewicht realisieren. Dabei setzen wir sowohl leichtbaubezogene Konstruktionsprinzipien als auch Hochleistungswerkstoffe wie CFK/Carbon ein, um das Gewichtsziel zu erreichen. Ein wichtiges Werkzeug ist die anisotrope Finite Elemente Simulation, die es uns erlaubt Konzepte frühzeitig zu validieren und in späten Projektphasen weitgehend zu optimieren.

Unser übergeordnetes Ziel ist es dabei , das richtige wirtschaftliches Maß für jeden Kunden zu finden. Zwischen Ultraleichtbau, wie er im Rennsport oder der Luftfahrt praktiziert wird und einer reinen Optimierung identifizieren wir die richtige Stufe für jeden Kunden und jeden Anwendungsfall. Dabei dienen uns Hybridkonstruktionen aus Metall und Verbundwerkstoffen oftmals als Enabler.

Mehr zur Entwicklung von CFK-Bauteilen.

Für den Leichtbau spielt das Testing für uns eine doppelte Rolle. Einerseits sind wir gerade bei komplexen Faserverbundwerkstoffen auf umfangreiche Inputdaten für die Simulation angewiesen. Andererseits werden Leichtbauteile oftmals an die Grenzen ihrer Belastbarkeit hin entwickelt. Daher müssen sie über Komponentenversuche bezüglich ihrer Funktionserfüllung validiert werden.

Bei CIKONI arbeiten wir mit mehr als 20 verschiedenen Laboren, Prüfzentren und Versuchseinrichtungen zusammen. Dies erlaubt uns die durchgängige Realisierung von Versuchen vom Coupon bis zum Systemversuch zu wirtschaftlichen Konditionen und mit durchgängiger technischer Begleitung anbieten zu können.

Mehr zum Testing mit Verbundwerkstoffen.

Der Großteil der Fertigung von Carbon Composites erfolgt nach wie vor über manuelle Fertigungsverfahren. Die Kosten manueller Fertigung übersteigen dabei die Materialkosten um ein Vielfaches. Bei CIKONI entwickeln wir daher sowohl Leichtbauteile, die effizient gefertigt werden können, realisieren aber auch Fertigungsprozesse und automatisierte Maschinen für die Herstellung der Komponenten.

Ein besonderer Fokus ist dabei die Skalierbarkeit unserer Fertigungskonzepte, so dass mit überschaubaren Mitteln ein Einstieg in die (Teil-)Automatisierung erfolgen kann, das Fertigungsprinzip jedoch bei Bedarf multipliziert werden kann. Unser Schwerpunkt sind die Entwicklung innovativer Verfahren, das automatisierte Preforming und die Fertigung auf Basis der Wickeltechnologie.

Mehr zur Automatisierung im Leichtbau.

Composite-Werkstoffe bietet durch ihre hohe Zugfestigkeit das Potenzial zur Herstellung leichter Druckspeicher für Wasserstoff, CNG oder andere hochverdichtete Gase. Dabei spielt die effiziente Auslegung der Druckbehälter eine übergeordnete Rolle, da die Kosten durch maßgeblich durch den Composite-Anteil begründet werden. Je effizienter ein Druckbehälter konstruiert und ausgelegt ist, desto wettbewerbsfähiger wird er somit.

CIKONI bietet umfangreiches technisches Expertenwissen in der Auslegung und Dimensionierung von Drucktanks, welches wir bereits bei führenden OEMs und Drucktankherstellern für verschiedenste Branchen eingebracht haben.

Mehr zu faserverstärkten Drucktanks.

Automatisierung von CFK Fertigungsprozessen

Unsere Leichtbauexpertise

Unsere mehrfach ausgezeichnete CFK-Expertise begeistert branchenübergreifend Kunden aus dem Automobilbau, der Luftfahrt, dem Maschinenbau oder auch dem Sportartikelmarkt. Einen Eindruck unserer Arbeit können Sie sich unter unseren Referenzen und Projektbeispielen machen.

Rekonfigurierbares Tool

CONSULTING & INNOVATION

Faserverbundwerkstoffe bieten umfangreiche Möglichkeiten zur Effizienz- und Performancesteigerung. Die Komplexität der Werkstoffe und des Marktgeschehens erfordert jedoch tiefgreifendes Expertenwissen.

Leichtbaustruktur entwickelt von CIKONI

BAUTEILENTWICKLUNG

Leichtbau ist eine Frage der Optimierung, die sich auf spezielle Konstruktionsprinzipien, materialgerechte Simulationsansätze, tiefgreifendes Werkstoffverständnis und belastbare Werkstoffdaten stützt.

Automatisierte Herstellung von kohlefaserverstärkten Kunststoffteilen

AUTOMATISIERUNG

Von der Fasern zum automatisiert gefertigten Bauteil. Wer in der Prozessentwicklung von Composites erfolgreich sein möchte, muss den textilen Charakter der Werkstoffe verstehen und  für sich nutzen.

Druckspeicher für Wasserstoff (Type 4)

WASSERSTOFF DRUCKTANKS

Speichersysteme für Wasserstoff vom Typ 3 und Typ 4 setzen auf Kohlefaserverstärkungen um eine H2-basierte Mobilität zu ermöglichen. Wir entwickeln H2-Drucktanks der nächsten Generation.

Warum CIKONI?

Unser Alleinstellungsmerkmal liegt im Expertenwissen für Leichtbau und Verbundwerkstoffen, gepaart mit einem agilien Mindset und kundenorientierter Umsetzung.

ERFAHRUNG & CFK-EXPERTENWISSEN

Mit über 100 realisierten Entwicklungsprojekten im Bereich Leichtbau und Kunden aus 14 Ländern bringen wir den Erfahrungsschatz im Bereich Composites mit, um auch anspruchsvollste Projekte zu realisieren.

VOM BAUTEIL ZUM PROZESS AUS EINER HAND

Unser Herz schlägt für den Leichtbau. Dafür vereinen wir Expertise aus umfangreichen Branchen und beschäftigen Experten aus der Beratung, Konstruktion, FEM-Simulation, dem Testing und der Automatisierung.

BERATUNGSORIENTIERT & KUNDENFOKUS

Composites bieten viele Möglichkeiten, sind aber auch komplex. Unter dem Leitsatz „von Unternehmer für Unternehmer“ beraten wir unsere Kunden: Kompetent, umsetzungsorientiert und unabhängig.

AGILITÄT & INNOVATIONSORIENTIERUNG

Bei strategischen Entwicklungsthemen treiben uns zwei Fragen um: Wie können wir unsere Kunden schnellstmöglich zum Ziel bringen, gleichzeitig aber auch einen nachhaltigen Mehrwert erzeugen, der sich langfristig am Markt behauptet?

OUR CFRP Network

Unser Ansatz: Alle Ressourcen koordiniert aus einer Hand.

Verbundwerkstoffe kombinieren nicht nur mehrere Werkstoffe in sich, sondern erfordern auch die Zusammenführung mehrerer Komptenzen und technischer Ressourcen. Durch die strategische Nutzung von Netzwerken können wir unsere Engineeringkomptenz mit unterstützenden Tätigkeiten von Partnern kombinieren und für unsere Kunden einen unschlagbaren Mehrwert bieten.

Unser Vorgehensmodell basiert auf Komptenz, Agilität und Qualität. Dabei steht bei CIKONI das Wissen an erster Stelle. Aus dem Engineering heraus steuern wir unser Partnernetzwerk, um alle Möglichkeiten des Netzwerks für unsere Kunden zu aktivieren, ohne den Überblick oder die technische Deutungshoheit zu riskieren.

Damit stehen unseren Kunden die innovativsten Materialien, modernsten Prüfmöglichkeiten und Fertigungskapazitäten zur Verfügung. CIKONI managt diese Ressourcen zentral aus dem Engineering, um Datendurchgängigkeit und Engineering-Oversight zu gewähren.

Leichtbau in Zahlen bei CIKONI

Ressourceneffizienz, technische Performance und ganzheitliche Betrachtung von Entwicklungsprojekten treiben unser Wachstum. Dabei nimmt der Leichtbau mit Verbundwerkstoffen, wie CFK oder Carbon einen Großteil unserer Entwicklungsprojekte in Anspruch.

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Branchenübergreifende Leichtbauexpertise

Leichtbau und Innovation gehen Hand in Hand. Wer effektiven Leichtbau mit Composite-Werkstoffen betreiben möchte, muss sich von bekannten Lösungen frei machen. Leichtbau entsteht an der Schnittstelle von modernen Werkstoffen, intelligenten Kosntruktionen und den Möglichkeiten neuer Fertigungsverfahren. Diese übergreifende Leichtbaukompetenz bringen wir bei CIKONI in verschiedenste Branchen ein. Und so profitiert auch beispielsweise der Maschinenbau aus Methodenwissen der Luftfahrt.

Leichtbau Laderaumsystem für Mercedes-Benz

Leichtbau-Laderaumsystem aus Carbonfaser

Challenge

Für Lieferfahrzeuge wurde von Mercedes-Benz Vans der Wunsch geäußert, ein leichtes Regalsystem zu entwicklen, welches sich im „One-Shot Loading“ ins Fahrzeug einbringen lässt und über ein Regalbediengerät bedient wird. Um das Handling zu realisieren, war eine Gewichtsreduktion nötig.

Leichtbaulösung von CIKONI

CIKONI entwickelte das Regalkonzept, legte es mit FEM (u.a. für dynamische Belastungsfälle) aus, führte eine fasergerechte Multi-Material Konstruktion aus . Zudem wurde die komplexe Fertigung des Gesamtsystems mit diversen Lieferanten für den Kunden koordiniert und verantwortet.

3D-gedruckter Cockpitträger für Motherson Innovation

Cockpitträger aus carbonfaserverstärkten 3D-Druck

Challenge

Motherson Innovation wollte die Gestaltungsmöglichkeiten der additiven Fertigung anhand eines Cockpitträgers erproben und auf der Elektronikleitmesse CES in Las Vegas dem Fachpublikum demonstrieren. Hier bestand Bedarf an Leichtbauexpertise im 3D-Druck.

Hybrid-Leichtbau von CIKONI

CIKONI führte eine Topologieoptimierung des Bauteils (u.a. für Crash-Lastfälle) durch und sorgte für Funktionsintegration indem die Luftströmungskanäle direkt in strukturelle Komponenten integriert wurden. Das Bauteil wurde realisiert und gewann den SPE Innovation Award 2018 in der Kategorie Strukturbauteile.

Drapiersimulation von CFK-Spezialgeweben für Automotive-Teile

Drapiersimulation von Carbonfaser und Kohlefasergeweben

Challenge

Composite-Bauteile im RTM Verfahren erfordern einen Preformingschritt. Für die Umformung der textilen Halbzeuge werden kostenintensive Werkzeuge benötigt. Im Rahmen eines Projekts wurden für einen Automotive OEM Drapiermethoden entwickelt und implementiert.

Halbzeugspezifische Drapiersimulation

Die im Projekt eingesetzten Halbzeuge wurden durch lastpfadgerecht applizierte Rovings verstärkt. Diese galt es in einer Mesoskalensimulation abzubilden und in die Struktursimulation zu überführen. CIKONI entwickelte hierfür erfolgreich die notwendigen Methoden.

Leichtbau Dachträger im Roboterwickelverfahren für Audi

Challenge

Für Fahrzeuge in Kleinstserien, Prototypen und Vorserienfahrzeuge benötigte Audi eine Möglichkeit strukturell belastbare Komponenten effizienz und in größere Abmaßen zu produzieren als sie mit aktuellen additiven Verfahren möglich sind.

Leichtbauinnovation von CIKONI

Durch die Kombination von additiver Fertigung und der lokalen Verstärkung der Lastpfade durch die roboterapplizierten Kohlefasern konnte ein hocheffizientes und leichtbaugerechtes Verfahren demonstriert werden. Das Bauteil hatte dabei eine Länge von etwa einem Meter und sorgte für eine hohe Torsions- und Längssteifigkeit.

Temperaturstabile Messaufnehmer für die Schwingungsmessung

Challenge

Ein Kunde aus dem Bereich der großflächigen Elektronik konnte aufgrund der thermischen Ausdehnung seiner Aufnahmen im Messfeld keine verlässlichen Schwingungsmessungen über große Temperaturbereiche realisieren.

CFK-Lösung von CIKONI

CIKONI konzipierte, konstruierte und optimierte über FEM-Simulation thermisch stabile Messaufnahmen, die über einen weiten Temperaturbereich eingesetzt werden können. Mit der Koordinierung der Fertigung entstand eine Gesamtlösung vom Konzept bis zur Validierung im Messfeld.

Leichtbau-Greifer aus CFK für Automobil-Rohbau

Challenge

Das steigende Karosseriegewicht im Rohbau brachte bei einem Automotive OEM sogar schwerste Roboterklassen an ihre Grenzen, so dass das Gewicht am Greifer maßgeblich zu reduzieren war, ohne Steifigkeits- und Präzisionsanforderungen zu verletzten.

Hybridlösung von CIKONI

CIKONI entwickelte einen Multi-Material Greifer, bei dem der richtige Werkstoff an der richtigen Stelle eingesetzt wird und somit ein Kosten- und Gewichtsoptimales Ergebnis entstand. Zudem wurde die Fertigung verantworte, koordiniert und überwacht. Der Hybrid-Greifer mit Kohlefasereinsatz war final 47% leichter als der Referenzgreifer.

Tiefsee Druckbehälter für die Speicherung von Öl und Gas

Challenge

Zur Zwischenspeicherung von Öl und Gas bei der Tiefseeförderung werden Drucktanks von 12m Länge benötigt, die den Einflüssen von Salzwasser und Außendruck standhalten können. Stahltanks sind hierfür nicht nutzbar.

Faserverbundlösung von CIKONI

CIKONI brachte im Projekt Kompetenzen im Bereich der Werkstoffauswahl, Materialcharakterisierung und Prozessdefinition in das Projekt ein. Gemeinsam mit dem Kunden wurde eine faserverbundgerechte Entwicklung durchgeführt und bezüglich der Chancen und Risiken ausführlich bewertet.

Entwicklung einer faserverstärkten Hochleistungszentrifuge

Challenge

Von einem Ausrüster im Bereich der Zentrifugentechnologie wurde zur Erhöhung der möglichen Zentrifugengröße und Drehzahl eine neue Konstruktion in Faserverbundbauweise gefordert, die sich kosteneffizient umsetzen lässt.

Faserverbundlösung von CIKONI

CIKONI begann die konzeptionelle Arbeit mit tiefgehenden strukturellen FEM-Simulationen und führte nach erfolgter Konzeptdefinition das Ergebnis in eine faserverbundgerechte Konstruktion über. Die Realisierung der Zentrifuge erfolgte in Partnerschaft mit dem Lieferantennetzwerk von CIKONI.

Konzeption und Fertigungsplanung für ein CFK-Surfboard

Challenge

Für ein Surfboard, welches durch eine elektrische Turbine angetrieben wird, war eine CFK-Hülle und ein Fertigungskonzepts für höhere Stückzahlen zu entwickeln, die nicht mehr im Autoclave-Prepregverfahren realisiert werden konnten.

Beratung zu CFK von CIKONI

Im Rahmen einer Technologieberatung wurde das Bauteil analysiert, Optimierugen an der Konstruktion im Sinne der Fertigbarkeit vorgeschlagen und Fertigungsszenarien bezüglich Kosten, Qualität und Skalierbarkeit verglichen.

Entwicklung einer Fertigungsstrategie für Spengle CFK-Laufräder

Challenge

Spengle stand vor der Herausforderung komplex geformte CFK-Laufräder in großer Serie zu fertigen. Dabei sollten Limitationen der Autoclav-Prepreg Fertigung überwunden werden und das Laufrad optimiert werden.

Strategieberatung im Leichtbau

CIKONI analysierte die Geometrie und leitete Fertigungsverfahren ab, die ein hohes Skalierungspotenzial aufweisen. Zudem wurde ein Maßnahmenkatalog für die Umsetzung in der Fertigung entwickelt und das Laufrad simulativ optimiert.

Fertigungsplanung und Optimierung für ein E-Bike von TZMann

Challenge

Um Fahrräder auf die Bedürfnisse der Kunden maßzuschneidern müssen die Abmaße des Rahmens ohne Werkzeugmodifikationen flexibel änderbar sein. Gleichzeitig ermöglichen additive Verfahren nicht die notwendige Stabilität.

Leichtbaulösung von CIKONI

CIKONI konnte durch eine Bedarfsanalyse und Technologieberatung mit TZMann eine neuartige Bauweise für E-Bikes ableiten, die kostengünstig umsetzbar, aber auch flexibel in den Rahmenabmaßen ist.

FEM Simulation und Optimierung eines VTOL Carbon-Rotors

Herausforderung

Ein Startup im Bereich des Vertikalstarts von Lufttaxis entwickelt ein einzigartiges Auftriebskonzept mit Hochleistungsrotoren. Für die Antriebsaggregate war aufgrund der hohen Belastungen ein Festigkeitsnachweis zu führen und Optimierungspotenzial aufzuzeigen.

Gewichtsoptimierung

CIKONI überführte den Laminataufbau des Prototypen aus den Plybooks in ein FEM-Modell, führte umfangreiche Simulationen durch und analysierte die Composite-Strukturen. Auf Basis der Ergebnisse und durchgeführter Optimierungen konnten Gewichtseinsparungen von 12% erreicht werden.

Simulation und Optimierung von CFK-Flugzeugsitzen

Herausforderung

Unser Kunde fertigt hochmoderne Leichtbausitze für die zivile Luftfahrt. Dabei wird ein innovatives Verfahren zur Herstellung der faserverstärkten Sitze eingesetzt, welches material- und verfahrensspezifische FEM-Simulationsmethoden erforderten.

Luftfahrtgerechte Simulation

CIKONI analysierte das Fertigungsverfahren und leitete für die Simulation notwendige Materialcharakterisierungsversuche ab. Auf Basis der Versuchsergebnisse konnte ein leistungsfähiges Simulationsmodell abgeleitet werden, welches erfolgreich validiert und für simulative Optimierungen eingesetzt wurde.

Numerische Optimierung einer faserverstärkten Türkomponente

Herausforderung

Zur Reduzierung des Gewichts an einer Türkomponente eines zivilen Flugzeugs erprobt unser Kunde den Einsatz von Faserverbundwerkstoffen. Die komplexen Lastfälle erfordern sowohl die Entwicklung geegineter Methoden als auch die Durchführung der Simulationen.

Ganzheitliche Simulation

CIKONI erarbeitete mit dem Kunden aussagekräftige Belastungsszenarien und führte auf Basis dieser Lastkollektive umfangreiche Simulationen durch, anhand deren das Bauteil konstruktiv und verfahrensgerecht optimiert werden konnte. Auch verfahrensspezifische Optimierungen des Laminats wurden durchgeführt.

Crashberechnung von H2 Drucktanks
(Type 4)

Crashbelastung unter Druck

Wasserstoffdruckbehälter sind in Fahrzeugen Belastungen ausgesetzt, die normierte Prüfverfahren nicht abbilden. Für einen Nutzfahrzeuge-OEM sollte eine Simulationsmethoden entwickelt werden, die eine Crashberechnung von Drucktanks unter verschiedenen Betriebszuständen erlaubt.

Prozess- und Struktursimulation

CIKONI überführte die Fertigungsdokumente des Drucktanksherstellers in eine Wickelsimulation und erzeugte somit ein Ausgangsmodell für die explizite Crashsimulation in der FEM. Das Modell ermöglichte die Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren (Drucklevel, Impact-Winkel, Geschwindigkeit etc.) auf das Crashverhalten des Druckbehälters. Die Simulationen konnte zur konstruktiven Optimierung der Aufhängung und der Positionierung genutzt werden.

Bauraumadaptive CFK-Drucktanks für Wasserstoff

Ineffiziente Bauraumausnutzung

Wasserstoffdrucktanks haben in der Regel zylindrische Formen, die für die Wasserstoff-Druckspeicherung ideal sind, jedoch nicht optimal zur Nutzung verfügbarer Bauräume eingesetzt werden können. Es galt Alternativen zu finden, die den Bauraum von batterieelektrischen Fahrzeugen für die Speicherung von Wasserstoff nutzbar machen.

Innovation in Design und Prozess

Nach umfangreichen Konzeptarbeiten, Patentrecherchen und Literaturstudien konnte durch die Modifikation eines bestehenden Composite-Fertigungsverfahrens ein neuartiger Ansatz zur Wasserstoffspeicherung gefunden und simulativ validiert werden. Dieser ermöglicht die Nutzung des Bauraums von BEVs zur Speicherung von Wasserstoff unter 700bar.

Hocheffiziente Automatisierung für Helmschalen

Ineffiziente Fertigung

Für Wabenstrukturen, die in Leichtbau-Helmen verwendet werden, suchte unser Kunde nach einer automatisierten Lösung, die eine doppeltgekrümmte Wabenstruktur ermöglicht. Zudem sollte internes Wissen zu Fertigungsparametern entwickelt werden, so dass die Deutungshoheit über den Prozess beim Kunden liegt.

Vom Labor in die Automatisierung

CIKONI führte frühzeitige Experimente auf Labormaßstab durch, um verschiedene Ansätze bezüglich ihrer Eignung zur Automatisierung zu untersuchen. Das Vorzugskonzept wurde in eine Vollautomatisierung umgesetzt. Die Speicherung, Handling, Umformung und Entladung wurde patentiert. CIKONI baute drei Maschinen für den Kunden auf und ermöglichte ein Near-Shoring der Fertigung in den Niederlanden.

Unsere Referenzen: Die besten
Technologie-Unternehmen

Vom Start-Up bis zum Fortune 500 Konzern – von Brasilien bis nach Japan: CIKONI ist vertrauensvoller Partner von führenden Technologiekonzernen.

Neugikeiten im Bereich Leichtbau

Der Markt der Composites wächst mit durchschnittlich 8% im Jahr. Neue Leichtbauanwendungen, innovative Verfahren und neue Entwicklungen im Bereich der Werkstoffentwicklung gehören hier fast zur Tagesordnung.

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