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 30 93053 Regensburg 24.02.2015 Berlin 1
Gliederung 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe 2. Beispielanwendungen 3. Herausforderungen 4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff 2
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe http://flugzeuge-im-bild.startbilder.de/1024/eine-boeing-747-430-lufthansa-mit-99422. jpg http://http://images.airliners.de/nachrichten/2009/12/ana_787_erstflug2_62f28521d93319fd3 b0137ccada88728_470_317.jpg Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 3
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
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
EUROCOPTER DEUTSCHLAND GMBH (Hrsg); Hochschule Regensburg Labor für Faserverbundtechnik: Composite Repair Cours. Donauwörth/Regensburg, 2010 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe 6
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Festigkeit Medienbeständigkeit Steifigkeit integrale Bauweisen geringes Gewicht geringe Wärmedehnung Temperaturbeständigkeit Anisotropie Abriebfestigkeit elektrische Isolation Lebensdauer 7
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Menschliches Glasfaser Kohlenstoffaser Haar 8
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Zugfestigkeit [MPa] Faserdurchmesser d [ m] EHRENSTEIN, G. W..: Faserverbund-Kunststoffe. 1992 Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 9
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 10
2. Beispielanwendungen Außerdem: Wassertanks, Klimarohre, Fensterrahmen, Innenausstattung, Fußbodenplatten, etc. [RAPP, H.: Anwendungsbeispiele von Faserverbundbauweisen, 2003] 11
2. Beispielanwendungen [RAPP, H.: Anwendungsbeispiele von Faserverbundbauweisen, 2003] [RAPP, H.: Anwendungsbeispiele von Faserverbundbauweisen, 2003] Abwassertanks Druckschott A380 12
2. Beispielanwendungen [WWW.KRINGLAN.CH/WHEEL, 24.09.2014] Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 13
3. Herausforderungen Schädigungsverhalten Impactschaden ܬ 6 ܧ Energie: Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 14
3. Herausforderungen Schädigungsverhalten Einfluss der Geometrie [EADS CD-ROM, 2002] http://www.motor-talk.de/news/bmwlegt-den-schalter-um-t4625018.html Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 15
3. Herausforderungen Schädigungsverhalten. Schadensprojektionsfläche in mm² 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 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 2015 16
3. Herausforderungen Schädigungsverhalten Splitterwirkung nach Impact, Crash, Versagen Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 17
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
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
3. Herausforderungen Reparaturverfahren Quelle: Turainsky, Finkbeiner, Ehrlich, 2010 Quelle: Boeing http://www.bct-online.de/produktedienstleistungen/composites/composite-reparatur-und-re-work.html Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 20
3. Herausforderungen Blitzschutz Blitzschlagversuche [http://www.aero-consultants.ch] [http://www.aero-consultants.ch] 21
3. Herausforderungen Brandverhalten [http://marineschepen.nl/nieuws/] [http://www.termaloma.com/images/orkla.jpg] 22
4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Vorlesungen Seminare Kolloquien 23
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
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
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
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
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
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
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 2015 30
Danke für Ihre Aufmerksamkeit. Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 31