eine Neuausrichtung mit Herausforderungen

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1 Leichtbau mit faserverstärkten Kunststoffen eine Neuausrichtung mit Herausforderungen Prof. Dr.-Ing. Ingo Ehrlich Leichtbau mit Schwerpunkt Konstruktion und Berechnung Labor für Faserverbundtechnik Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg Fakultät Maschinenbau Galgenbergstraße Regensburg Berlin 1

2 Gliederung 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe 2. Beispielanwendungen 3. Herausforderungen 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff 2

3 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe jpg b0137ccada88728_470_317.jpg Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

4 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Was ist eigentlich Leichtbau? Gemeinsames Leichtbauprinzip: Verringerung des Gewichts ohne die Forderungen an Festigkeit und Steifigkeit zu schmälern. (Wiedemann) Das geringe Gewicht wird durch die Formgebung der Konstruktion, dem Formleichtbau, und durch V erwendung von Werkstoffen geringer Dichte erreicht. Hieraus leiten sich Gestaltungsprinzipien und Fertigungstechnologien aus. Bei klassischen Konstruktionen aus dem Maschinenbau stehen die Funktionalität und die Festigkeit im Vordergrund. Im Leichtbau gewinnt durch den hohen Ausnutzungsgrad der Werkstoffe und der Konstruktion auch die Steifigkeit an Bedeutung. 4

5 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Was ist eigentlich Leichtbau? Es gibt folgende Unterteilungen des Leichtbaus Zweck-Leichtbau Spar-Leichtbau Öko-Leichtbau Es gibt folgende Arten des Leichtbaus Stoffleichtbau Formleichtbau Kenntnisleichtbau 5

6 EUROCOPTER DEUTSCHLAND GMBH (Hrsg); Hochschule Regensburg Labor für Faserverbundtechnik: Composite Repair Cours. Donauwörth/Regensburg, Einführung faserverstärkte Kunststoffe 6

7 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Festigkeit Medienbeständigkeit Steifigkeit integrale Bauweisen geringes Gewicht geringe Wärmedehnung Temperaturbeständigkeit Anisotropie Abriebfestigkeit elektrische Isolation Lebensdauer 7

8 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Menschliches Glasfaser Kohlenstoffaser Haar 8

9 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Zugfestigkeit [MPa] Faserdurchmesser d [ m] EHRENSTEIN, G. W..: Faserverbund-Kunststoffe Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

10 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

11 2. Beispielanwendungen Außerdem: Wassertanks, Klimarohre, Fensterrahmen, Innenausstattung, Fußbodenplatten, etc. [RAPP, H.: Anwendungsbeispiele von Faserverbundbauweisen, 2003] 11

12 2. Beispielanwendungen [RAPP, H.: Anwendungsbeispiele von Faserverbundbauweisen, 2003] [RAPP, H.: Anwendungsbeispiele von Faserverbundbauweisen, 2003] Abwassertanks Druckschott A380 12

13 2. Beispielanwendungen [ ] Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

14 3. Herausforderungen Schädigungsverhalten Impactschaden ܬ 6 ܧ Energie: Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

15 3. Herausforderungen Schädigungsverhalten Einfluss der Geometrie [EADS CD-ROM, 2002] Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

16 3. Herausforderungen Schädigungsverhalten. Schadensprojektionsfläche in mm² h = 4,10 mm, E = 6,10 J h h = 4,10 mm, E = 7,82 J h = 4,10 mm, E = 9,36 J ( h = 4,10 mm, E = 6,10 J ) ( h = 4,10 mm, E = 7,82 J ) ( h = 4,10 mm, E = 9,36 J ) -2,0-1,5-1,0-0,5 0,0 0,5 1,0 Überhöhung in mm 1,5 2,0 Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

17 3. Herausforderungen Schädigungsverhalten Splitterwirkung nach Impact, Crash, Versagen Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

18 3. Herausforderungen Maintanability Ultraschall-Untersuchungen EHRLICH, I.; DINNEBIER, D.; JOST, C.: Comparison of Impact Delaminations in CFRP Using Ultrasonic Testing, Microfocus Computed X-Ray Tomography and Micrographic Cross- Section. Proceedings of the 15th International Materials Symposium (IMSP 2014) 18

19 3. Herausforderungen Maintanability Mikro-CT-Untersuchungen EHRLICH, I.; DINNEBIER, D.; JOST, C.: Comparison of Impact Delaminations in CFRP Using Ultrasonic Testing, Microfocus Computed X-Ray Tomography and Micrographic Cross- Section. Proceedings of the 15th International Materials Symposium (IMSP 2014) 19

20 3. Herausforderungen Reparaturverfahren Quelle: Turainsky, Finkbeiner, Ehrlich, 2010 Quelle: Boeing Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

21 3. Herausforderungen Blitzschutz Blitzschlagversuche [ [ 21

22 3. Herausforderungen Brandverhalten [ [ 22

23 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Vorlesungen Seminare Kolloquien 23

24 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Vorlesungen B-GKO1 Grundlagen der Konstruktion 1 B-GKO2 Grundlagen der Konstruktion 2 B-KOC Konstruktion/CAD B-KOM Konstruktion/Methodik B-PA P rojektarbeit B-LB Leichtbau M-BLS Berechnungsverfahren von Leichtbaustrukturen MAPR Master Applied Research in Engineering Sciences 24

25 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Vorlesungen B-GKO1 Grundlagen der Konstruktion 1 B-GKO2 Grundlagen der K onstruktion 2 B-KOC K onstruktion/cad B-KOM Konstruktion/Methodik B-PA B-LB Projektarbeit Leichtbau Lernzielgruppe: Studierende Doktoranden Gasthörer Lernziele: Wissen aus dem Bereich Konstruktion, Leichtbau, Fertigung vermitteln Fertigkeiten und Fähigkeiten in den oben genannten Bereichen ausbilden und fördern M-BLS Berechnungsverfahren von Leichtbaustrukturen MAPR Master Applied Research in Engineering Sciences 25

26 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Seminare mit der Industrie Composite Repair Course Herstellungsverfahren für Faserverbundwerkstoffe Seminare/Lehrveranstaltungen für Bundesbehörden Konstruktive Auslegung von Flugzeugbauelementen und Flugzeugbaugruppen Hubschraubertechnik Struktur und Bauweisen, Aeroelastizität, Technologietrends 26

27 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Seminare mit der Industrie Composite Repair Course Herstellungsverfahren für F aserverbundwerkstoffe Seminare/Lehrveranstaltungen für Bundesbehörden Konstruktive Auslegung von Flugzeugbauelementen und Flugzeugbaugruppen Lernziele: Hubschraubertechnik Struktur und Bauweisen, Potential) Technologietrends Lernzielgruppe: Ingenieure (Studierende, Berufseinsteiger, Fachleute) Manager, Führungspersonal Techniker, Meister, Facharbeiter Fachfremde Berufsgruppe einer Organisationseinheit Neue Technologien erlernen bzw. kennen lernen Neue Technologien beurteilen können (Arbeitsaufwand, wirtschaftliches und technisches Aeroelastizität, 27

28 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Kolloquien Technik-Kolloquium Augsburg Regensburg Bisherige Vorträge o BMW project I INDUSTRIALISATION OF THE RTM PROCESS o Die Antwort kennt (nicht) nur der Wind. Aerodynamik-Entwicklung in der BMW Group o Einsatz des Lasers im Leichtbau und in der E-Mobility o Faserverbundstrukturen für die Luft- und Raumfahrt sowie für Industrieanwendungen 28

29 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Kolloquien Technik-Kolloquium Augsburg Regensburg Bisherige V orträge o o o o BMW project I INDUSTRIALISA TION OF THE RTM PROCESS Die Antwort kennt (nicht) nur der Wind. Aerodynamik Lernziele: -Entwicklung in der BMW Group Einsatz Zielgruppe: Studierende und Alumni Fachleute und Manager der lokalen Industrie und des öffentlichen Lebens Technisch-gesellschaftlich interessierte Personen Regelmäßiger Austausch auf akademischem Niveau des Technologietrends L asers im Leichtbau aufzeigen und in der E-Mobility Impulse geben Faserverbundstrukturen Kontakte schaffen für die L uft- und Raumfahrt sowie für Industrieanwendungen Fachliche Kompetenz fördern 29

30 Zusammenfassung Forschung Wissen generieren Politik Aus- und Weiterbildung Wissen tradieren Industrie Technologische Herausforderungen Wissen anwenden Gesellschaft Innovatives Produkt erschaffen Wirtschaftlicher und ökologischer Erfolg Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität

31 Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität