Leichtbau mit Composites

Transkript

1 Leichtbau mit Composites Roland Hinterhölzl, Wolfgang Stadlbauer

2 [Heinz Zak] Leichtbau: die für die Aufgabe benötigten Eigenschaften mit möglichst geringem Werkstoffeinsatz und möglichst geringem Gewicht unter Berücksichtigung der Nachhaltigkeit und der Wirtschaftlichkeit zu erreichen. 2

3 [Heinz Zak] Leichtbau: die für die Aufgabe benötigten Eigenschaften mit möglichst geringem Werkstoffeinsatz und möglichst geringem Gewicht unter Berücksichtigung der Nachhaltigkeit und der Wirtschaftlichkeit zu erreichen. 3

4 Agenda Leichtbau mit Composites Studiengang Leichtbau und Composite-Werkstoffe Forschung an der FH OÖ in diesem Bereich Zusammenfassung - Ausblick 4

5 Leichtbau mit Composites

6 Leichtbaustrategien Fertigungsleichtbau Systemleichtbau (Funktionsintegration etc.) Leichtbaustrategien Werkstoff- Leichtbau Formleichtbau (Struktur-, Gestaltsleichtbau) 6

7 Black Metal Design Sandwich Design B787 Composite Fuselage Raytheon Aircrafts - Hawker Horizon Nütze den Dichteunterschied zwischen CFK und Al Nütze Flächenträgheitsmoment 7

8 Composite vs. Metall am Beispiel Druckschott Abb. 1: Metallisches Druckschott Abb. 2: Composite Druckschott 8

9 Einsatz von Fasverstärkten Thermoplasten Raumfahrt: Ariane Booster Rakete Fig. 2: Composite rocket booster [TUM LCC, MT Aerospace] Fig. 1: Booster Rockets of the Ariane 5 Currently made of metal, but there are ongoing studies to use composite materials see Fig.2 at right side. 9

10 Lastpfadgerechte Faserausrichtung 750 g 10

11 Integrale Bauweise am Beispiel: Redesign A 340 Spoiler Ziele: Gewichtsreduktion: 20% Kostenminimierung durch Umstieg > Dritte auf Einschusstechnik Ebene Erforderliche Neuheiten: Entwicklung eines CFK Beschlags, der in RTM unter Verwendung eines schlagzähen Epoxidharzsystems gefertigt wird. Integration des CFK Beschlags in den Klebekörper A340 CFK Mittelbeschlag [FACC] Installation eines Lagers in ein CFK Auge [FACC] 11

12 Integrale Bauweise Beispiel MAI Multiskelett MAI Multiskelett [MAI Multiskelett] Last Abtragung hauptsächlich über 4 pultrudierte TP PA6 Profile (rote Pfeile) 12

13 Funktionsintegration Beispiel Schallreduktion DUMMY B787 Thrust Reverser [FACC] 13

14 Funktionsintegration Beispiel Strukturelle Batterien -> Forschung [Dan Zenkert, 2014] 14

15 Funktionsintegration Beispiel Strukturelle Batterien -> Forschung [Dan Zenkert, 2014] Jacques et al, Carbon, Vol 59, pp ,

16 Development and Testing of Shape Adaptive CFRP Door Beam Realization of shape adaptive CFRP structure Successful concept and design Successful application of Hybrid-Matrix Approach Promising crash performance Strong increase in stiffness (100%) Strong reduction of deflection (20%) Strong shift of force level Convinced all project partners [Jan Krollmann, TUM-LCC]

17 Concept and Design [Jan Krollmann, TUM-LCC] 17

18 Testing and Performance Static pressurization Static: no failure up to 50 bar Dynamic: fully deployed in 5-10 ms No leakage No structural failure due to change in shape Dynamic pressurization 0ms 5ms 10ms [Jan Krollmann, TUM-LCC]

19 Neue Einsatzgebiete: CFK im Bauwesen CFK Dach am Apple Theater am Apple Campus 2 in Cupertino, Kalifornien Entwurf Norman Foster, Durchmesser mehr als 42 Meter, ca. 70 Tonnen. 44 Tortensegmente, in Dubai assembliert und getestet, zerlegt und nach Cupertino geschifft Sitzplätze 21

20 Studiengang Leichtbau und Composite- Werkstoffe

21 Leichtbau und Composite-Werkstoffe Bachelorstudium Composite Leichtbau (werkstoffneutral) Leichtbau und Composite- Werkstoffe Projekte, Berufspraktikum Grundlagen, Allgemeine technische Fächer 26

22 1. Jahrgang des Studiengang Leichtbau und Composite Werkstoffe 27

23 Forschung Leichtbau und Composite- Werkstoffe

24 Automatisierung der Fertigung Luftfahrt Automobilbau [BMW] Stunden Minuten SEITE 31

25 Simulation as Built [TUM- LCC] SEITE 33

26 Werkstoff- und Fertigungstechnik ProFVK Industrielle Zweite Produktionsprozesse Ebene für die Verarbeitung von Faserverbundkunststoffen [TCKT] (Sonmez and Akbulut 2007) Automated placement of DP and TP UD Tapes [FH OÖ] UD TP Tape manufacturing [TCKT] Thermoforming SEITE 35

27 Materialmodellierung, Struktursimulation, Test IKARUS Innovative, kosteneffiziente Herstellung und Auslegung von Sandwich- Komponenten mit Gitterstruktur aus Polymerhartschaum FiberWave Einflüsse von out-of-plane Faserwelligkeiten auf die mechanischen Eigenschaften von Composite Materialien F F SEITE 36

28 Simulation as Built Lastpfadgerechte Faserausrichtung 750 g [Michael Thor, FH Wels, TCKT] 37

29 K-Projektidee: Composite-Metall- Hybridbauweise Bauteilverbunde [BMW] [TU München - LCC] Patches [BMW] Hybride Werkstoffe [TU Braunschweig] 38

30 Zusammenfassung - Ausblick

31 Leichtbau mit Composites Textmasterformate 3 Hebel: durch Klicken bearbeiten Dichteunterschied zu Metallen -> Black Metal Design Ausrichtung der Fasern entsprechend dem Lastpfad Integrale Bauweise (bis hin zur Funktionsintegration) Robustes Design durch fertigungsgerechtes Design und Simulation as Built 40

32 Danke für die Aufmerksamkeit! 41