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Leichtbau

Das Labor für Faserverbundtechnik (LFT) der Fakultät Maschinenbau an der OTH Regensburg konnte bereits in zahlreichen Forschungs- und Entwicklungsaufträgen, sowie bei Schadensanalysen für die Wirtschaft das Wissen aus der Lehre und Forschung in die Praxis transportieren, um den Unternehmen einen Entwicklungs- und Wettbewerbsvorteil zu bieten. Diese Erfahrung und Praxis wird nun in den Technologie-Campus Neustadt an der Donau eingebracht und erweitert.

Neben der Auslegung klassischer isotroper Werkstoffe und Systeme im Sinne des System- und Strukturleichtbau durch u. a. Topologie-Optimierungen und Funktionsintegrationen widmet sich der Bereich Leichtbau vor allem dem Stoffleichtbau.

Vor allem faserverstärkte Kunststoffe (FVK) zeichnen sich im technischen Bereich durch ihre sehr guten spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten aus. Neben dem meist bekannten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, auch CFK oder umgangssprachlich nur Carbon genannt, sind vor allem Glasfaser-, Aramidfaser- oder auch Basaltfaserverbunde  weitere technisch interessante Beispiele von faserverstärkten Werkstoffen. Nicht nur die Gewichtsoptimierung sondern weitere Materialeigenschaften wie die Einstellbarkeit der elektrischen Eigenschaften, die elastischen Eigenschaften oder die Beständigkeiten gegenüber Medien und Alterung sind einige Punkte für die Anwendung solcher Materialien.

Dem Einsatz gegenüber stehen häufig Unsicherheiten in Bezug auf die Kosten und den Aufwand in der Herstellung und Verwendung solcher Werkstoffe. Auch die wenig verbreitete Kenntnis zum fasergerechten Konstruieren und Fertigen spielt in dieser Hinsicht eine Rolle.

Aufgabenfelder

Vorlesung

Wissen tradieren

Forschung

Wissen generieren

Drittmittel

Wissen erproben

Leistungen

Elliptische Probekörper kurz nach Fertigung im Heißluftautoklav
Elliptische Probekörper kurz nach Fertigung im Heißluftautoklav

Fertigungsverfahren

  • Heißluftautoklavtechnik mit und ohne Prepreg-Systemen
  • Vakuuminfusion- und Handlaminierverfahren mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften
  • Wickelverfahren mit eigenen Anlagen für duroplastische und thermoplastische Matrixsysteme
  • 3D-Druckverfahren auf Basis des FDM- und SLA-Verfahrens mit und ohne Faserverstärkung in Kurz-, Lang- und Endlosform

Technische Entwicklung/Konstruktion

  • Problemanalyse mit Ausarbeitung der Anforderungen
  • Erarbeitung von Prinziplösungen und -ideen
  • Konzepterstellung mit skizzierten Entwürfen
  • Auslegung und Berechnung des Entwurfs
  • Ausarbeitung in CAD-Programmen
  • Zeichnungsableitung und Fertigungsbegleitung

Bauteilversuch

  • Versuchsplanung mit Beachtung der Anforderungen
  • Vorrichtungsbau zur Adaption von Krafteinleitung und Befestigung
  • Auslegung und Anbringung der Messtechnik (DMS, DIC, etc.)
  • Durchführung der Versuche unter Laborbedingungen
  • Aufbereitung und Auswertung der Messdaten

Werkstoff- und Materialanalyse

  • Kennwertermittlungen
  • Festigkeitsprüfungen
  • Zug-, Druck-, Biege- und Schublast
  • Ultraschallprüfung
  • Mikroskopie
  • Faser- und Porenvolumengehaltsbestimmung
  • Frequenz- und Schwingungsverhalten
  • Thermisches Verhalten
Verzerrungsmessung an einem CFK-Rohr in der Universalprüfmaschine
Verzerrungsmessung an einem CFK-Rohr in der Universalprüfmaschine
Simulation eines DCB-Versuches (double cantilever beam)
Simulation eines DCB-Versuches (double cantilever beam)
Praktischer Anteil des Fertigungsseminars zu FVK für Teilnehmer aus der Industrie
Praktischer Anteil des Fertigungsseminars zu FVK für Teilnehmer aus der Industrie

Berechnung und Simulation

  • Auslegung von Baugruppen, Bauteilen und Werkstoffen
  • Festigkeitsnachweis eizelner Bauteile oder Werkstoffe mit Kennwertermittlung
  • Analytische Modelle von Teilsystemen wie Bögen, Rohre oder Platten
  • Klassische Berechnung von FVK anhand von Laminattheorien
  • Numerische Abbildung von FVK in mechanischen Analysen
  • Zyklische Bauteilbelastungen im Sinne von Fatigue und Lebensdauerberechnung

Beratung und Dienstleistung

  • Prozess- und Schadensanalyse
  • Berechnungs- und Fertigungsberatung
  • Fachvorträge in Unternehmen
  • Seminare und Schulungen der Industrie

Materialien und Fragestellungen

Materialien

  • Stahl- und Aluminiumlegierungen aus diversen Herstellungsprozessen
  • Thermoplastische und Duroplastische Kunststoffe
  • Kurz- und Langfaserverstärkte Kunststoffe
  • Endlosfaserverstärkte Kunststoffe mit Fasern aus Glas, Kohlenstoff, Basalt oder Aramid und beliebiger Kunststoffmatrix

Typische Fragen

 

  • Welche Ausgangsmaterialien an Faser- und Kunststoff benötige ich für die vorhandenen Anforderungen?
  • Welche Bauteildimensionen, Faserorientierungen und Lagenaufbauten benötige ich?
  • Wie viel Gewichtsersparnis liefert mir der Werkstoffwechsel in Relation zu den Mehrkosten?
  • Wie kann das Bauteil aus FVK gefertigt werden?
  • Welche Materialeigenschaften liegen in dem FVK-Bauteil vor und wie kann ich diese bestimmen?
  • Unter welchen Lastbedingungen tritt ein Erst- und Endversagen der Struktur auf und wie kann ich dies verhindern bzw. feststellen?
  • Wie simuliere ich Bauteile aus FVK?
  • Wie ist das Langzeitverhalten von FVK?

Branchen

Luft- und Raumfahrttechnik

Verhalten von FVK bei Impactschäden, Hubschraubertechnik

Projekte: BIRD, DampSIM, HIS, IQLeiZ

Baugewerbe

FuE-Projekte an Sonderfahrzeugen

Maschinenbau

Fertigungsanlagen, Automatisierungstechnik

Projekte: AdWinT, FIBER-PRINT, TheCoS

Energietechnik

Verbundhohlisolatoren, Elektrisch-isolierende GFK-Baukästen

 

Automotive

Crash-Simulation, Additive Manufacturing, Impactschäden

Projekte: BIRD, DampSIM, HIS, IQLeiZ

Freizeitartikel

Kinderwagen, Fahrrad, Pedilec, Cargo-Bike

Ressourcen

Projekte

Publikationen

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2012

Schmid, V.; Jungbauer, B.; Romano, M.; Ehrlich, I.; Gebbeken, N.

Diminution of mass of different types of fibre reinforcements due to thermal load. Leichtbau Inproceedings

Mottok, J; Ziemann, O (Hrsg.): Applied Research Conference 2012 – ARC 2012, S. 231–235, Shaker-Verlag, 2012, ISBN: 978-3-8440-1093-0.

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Schmid, V.; Jungbauer, B.; Romano, M.; Ehrlich, I.; Gebbeken, N.

The influence of different types of fabrics on the fibre volume content and porosity in basalt fibre reinforced plastics. Leichtbau Inproceedings

Mottok, J; Ziemann, O (Hrsg.): Applied Research Conference 2012 – ARC 2012, S. 162–165, Shaker-Verlag, 2012, ISBN: 978-3-8440-1093-0.

Abstract | BibTeX

Ottawa, P.; Romano, M.; Ehrlich, I.; Wagner, M.; Gebbeken, N.

The influence of ondulation in fabric reinforced composites on dynamic properties in a mesoscopic scale. Leichtbau Inproceedings

11. LS-DYNA Forum, Ulm, 2012.

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2004

Ehrlich, I.

Impactverhalten schwach gekrümmter Strukturen aus faserverstärkten Kunststoffen Leichtbau Promotionsarbeit

Universität der Bundeswehr München, 2004.

Links | BibTeX

1997

Bode, J.; Ehrlich, I.

Entwicklung eines finiten Elements für Sandwichanwendungen. Leichtbau Artikel

Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik (ZAMM), Journal of Applied Mathematics and Mechanics, 77 (1), S. 41-42, 1997.

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