Ressourceneffizienz und Produktdesign - innovative Anwendungen bei Wölbstrukturen -

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1 Prof. Dr. Frank Mirtsch Ressourceneffizienz und Produktdesign - innovative Anwendungen bei Wölbstrukturen -

2 Das Unternehmen Gegründet 1993 Industrielle Fertigung seit 1998 Zertifiziert nach ISO9001 seit 2002 Leistungen entwickelt und produziert wölbstrukturierte Halbzeuge Entwicklung wölbstrukturgerechter Weiterverarbeitung Für innovative Produkte bietet die eine gemeinsame Entwicklung von der Idee zum fertigen Produkt an Wölbstrukturierungstechnik und Weiterverarbeitung geschützt durch ~30 nationale / internationale Patente Referenzen Daimler, Miele, Siteco Beleuchtungstechnik

3 1. Einleitung Dilemma für nachhaltiges Wachstum Reduzierte Ressourcen im Gegensatz zu Qualität/ Gebrauchseigenschaften

4 1. Einleitung Technik Natur Vincent et al. (2006) RSJ Interface 3

5 1. Einleitung Paul B. Green Transductions to Generate Plant Form and Pattern: An Essay on Cause and Effect, Analsof Botany 78: P. 276, 1996

6 2. Wölbstrukturierung Grundphänomen der Wölbstrukturierung mit starren Stützelementen: Als Stützwerkzeug wird eine Spirale verwendet Die Spirale wird in dem dünnwandigen Zylinder platziert Der Zylinder wird abgedichtet und in einer Kammer mit Druck beaufschlagt Es bilden sich selbstorganisiert versetzt-viereckige Strukturen F. Mirtsch, 1975

7 2. Wölbstrukturierung Grundphänomen der hexagonalen Wölbstrukturierung mit elastischen Stützelementen:

8 2. Wölbstrukturierung Weiterentwicklungen der Strukturen: Problem: viereckige Wölbstrukturen noch nicht optimal. Lösungen: Modifikationen durch Variation der Randbedingungen Viereck Hexagon Wappen WaveHex MiCubix

9 2. Wölbstrukturierung Demonstrator (Forschungsvorhaben WK-Potenzial): wölbstrukturierte Langfaserverbund Platten

10 3. Eigenschaften von Wölbstrukturen Biegesteifigkeiten im Vergleich mit konventionellen Strukturblechen (II) Kraft [N] Dreipunkt-Biegeversuch Hochfester Stahl (DP500) Durchbiegung [mm] Wenig Versteifung beim konventionellen Prägen 3,5-fache Steifigkeit im Vergleich zur konventionellenstrukturierung nur 1/12der Herstellungsenergie!

11 3. Eigenschaften von Wölbstrukturen Biegesteifigkeiten von sechseckig geprägtem und wölbstrukturiertem Edelstahlblech

12 3. Eigenschaften von Wölbstrukturen Plastifizierungsgrade der Wölbstruktur und der geprägten Struktur gleicher Strukturtiefe

13 3. Eigenschaften von Wölbstrukturen Spannungs Dehnungs Diagramm konventionelles Umformen (metallisch) bionisches Wölbstrukturieren (metallisch) natürliche Strukturbildung

14 3. Eigenschaften von Wölbstrukturen 1D Welle Wellblech 90 Symmetrie gerade, mittige Schwerpunktline Ideale Wölbstruktur mehrdimensionale Wellen 60 Symmetrie gekrümmte, außermittige Schwerpunktlinie Nachweis: analytisch und experimentell k k b y m x = C =1 Nachweis: bisher experimentell

15 4. Anwendungen Kraftfahrzeuge: Rückwandblech des SLK Seit 2003 Serienfertigung der Blechplatinen aus Aluminum für SLK Daimler Synergetische Eigenschaften: hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht reduzierter Bauraum günstige akustische Bild: Daimler Eigenschaften

16 4. Anwendungen Architektur: Sportpalast / Odessa 6000 m² Wölbstruktur-Dach Gefügte, rollprofilierte, (vorher)lackierte, wölbstrukturierte Aluminium Bänder Synergetische Eigenschaften: Gewichtseinsparung ca. 30 % Beschädigungen bei Hagel nicht wahrnehmbar Bilder: Böhme Haustechnik GmbH Kein Blenden

17 4. Anwendungen Beleuchtungstechnik: Siteco Hexalleuchte Synergetische Eigenschaften: blendfrei (Lichtpunktzerlegung) Hohe Steifigkeit (Reflektor) >> kein Gehäuse erforderlich Wirtschaftliche Herstellung im kontinuierlichen Wölbstrukturierund Rollformprozess Bilder: Siteco

18 4. Anwendungen Verfahrenstechnik: Spinnereimaschinen Konventioneller Drehteller verunreinigt schnell Synergetische Eigenschaften: Sanftes Gleiten der Fasern auf glatten Wölbkuppeln Bilder: Rieter Pufferzonen für Ablagerungen >> Reduzierung des Reinigungszyklus auf mehrere Tage

19 4. Anwendungen Rohre: Abgastechnik WölbstrukturierteMantelrohre aus Edelstahl für Firma Emitec Synergetische Eigenschaften: Reduzierung des Gewichtes 30% radiale Kompensationsfähigkeit bei Temperaturwechsellasten IAA 2009

20 4. Anwendungen Demonstrator (Forschungsvorhaben KMU-Innovativ): wölbstrukturiertes Lochblech für die Fahrzeugtechnik

21 Diese Arbeiten entstanden durch die Mitwirkung mehrerer wissenschaftlicher Institute und Industriefirmen sowie durch öffentliche Fördermittel des Landes Brandenburg, der EU und des Bundes. Wir danken Ihnen für Ihre Aufmerksamkeit