leichtbau mit faserverstärkten kunststoffen · leichtbau mit faserverstärkten kunststoffen –...
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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
Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 24.02.2015 Berlin
1
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Gliederung
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe
2. Beispielanwendungen
3. Herausforderungen
4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit
dem "neuen" Werkstoff
Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe
jpghttp://flugzeuge-im-bild.startbilder.de/1024/eine-boeing-747-430-lufthansa-mit-99422.
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015
23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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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.
4Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 4
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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
5Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 5
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 66 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe
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1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe
7Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 7
SteifigkeitFestigkeitFestigkeit
Steifigkeit
geringes Gewichtgeringes Gewicht Medienbeständigkeit
integrale Bauweisen
geringe WärmedehnungTemperaturbeständigkeit
Anisotropie
Abriebfestigkeit elektrische Isolation
Lebensdauer
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe
Menschliches Glasfaser Kohlenstoffaser Haar
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015
23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe
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[MPa
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Faserdurchmesser d [m]
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1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe
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23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
1010
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11Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 11
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3]
2. Beispielanwendungen
Außerdem: Wassertanks, Klimarohre, Fensterrahmen, Innenausstattung, Fußbodenplatten, etc.
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 1212 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
2. Beispielanwendungen
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3]
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Abwassertanks
Druckschott A380
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2. Beispielanwendungen
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4]
Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015
23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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1414 Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich
3. Herausforderungen
Schädigungsverhalten
Impactschaden Energie: ܧ ൌ 6 ܬ
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1515 Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich
3. Herausforderungen
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Schädigungsverhalten
Einfluss der Geometrie
[EADS CD-ROM, 2002]
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1616 Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich
3. Herausforderungen
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Überhöhung in mm
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-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
Überhöhung in mm
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-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
Überhöhung in mm
Scha
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proj
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in m
m² . h = 4,10 mm, E = 6,10 J
h = 4,10 mm, E = 7,82 J
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-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
Überhöhung in mm
Scha
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m² . h = 4,10 mm, E = 6,10 J
h = 4,10 mm, E = 7,82 J h = 4,10 mm, E = 9,36 J
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-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
Überhöhung in mm
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in m
m² . h = 4,10 mm, E = 6,10 J
h = 4,10 mm, E = 7,82 J h = 4,10 mm, E = 9,36 J ( h = 4,10 mm, E = 6,10 J )
0
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1400
1600
1800
2000
-2,0 -1,5 -1,0 -0,5 0,0 0,5 1,0
Überhöhung in mm
Scha
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proj
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in m
m² . h = 4,10 mm, E = 6,10 J
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 )
.
Schädigungsverhalten
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m²
h = 4,10 mm, E = 6,10 J 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
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3. Herausforderungen
Schädigungsverhalten
Splitterwirkung nach Impact, Crash, Versagen
Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015
23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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18Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 18
Maintanability
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)
Ultraschall-Untersuchungen
3. Herausforderungen
-
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)
Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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2020 Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich
3. Herausforderungen
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Quelle: Turainsky, Finkbeiner, Ehrlich, 2010 Reparaturverfahren
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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3. Herausforderungen
Blitzschutz
[http://www.aero-consultants.ch]
[http://www.aero-consultants.ch]
BlitzschlagversucheBlitzschlagversuche
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
2222
3. Herausforderungen
Brandverhalten
[http://marineschepen.nl/nieuws/]
[http://www.termaloma.com/images/ORKLA.jpg]
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23Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 23
4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff
• Vorlesungen • Seminare • Kolloquien
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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
24Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 24
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B-GKO2
K
K
Proj
Leich
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•
• B-KOC
• B-KOM
• B-PA
• B-LB
• M-BLS
• MAPR Master Applied Research in Engineering Sciences
Grundlagen der K
ektarbeit
tbau
echnungsverfahren
25Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 25
onstruktion 2
onstruktion/CAD
onstruktion/Methodik
von Leichtbaustrukturen
4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff
Vorlesungen
• B-GKO1 Grundlagen der Konstruktion 1
Lernzielgruppe: • Studierende • Doktoranden • Gasthörer
Lernziele: • Wissen aus dem Bereich Konstruktion, Leichtbau,
Fertigung vermitteln • Fertigkeiten und Fähigkeiten in den oben genannten
Bereichen ausbilden und fördern
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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“
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich 26
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„Herstellun
Seminare mit der Industrie
• „Composite Repair Course“
• gsverfahren für F
Seminare/Lehrveranstaltungen für Bundesbehörden
struktive Auslegung von Flugzeugbauelementen und zeugbaugruppen
bschraubertechnik“
ktur und Bauweisen, Technologietrends
„KonFlug
„Hu
„Stru
•
•
•
aserverbundwerkstoffe“
“
Aeroelastizität, “
4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff
Lernzielgruppe: • Ingenieure (Studierende, Berufseinsteiger, Fachleute) • Manager, Führungspersonal • Techniker, Meister, Facharbeiter • Fachfremde Berufsgruppe einer Organisationseinheit
Lernziele: • Neue Technologien erlernen bzw. kennen lernen• Neue Technologien beurteilen können
(Arbeitsaufwand, wirtschaftliches und technischesPotential)
27Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 27
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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
28Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015 23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
Prof. Dr. Ingo Ehrlich 28
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Bisherige V
project I STRIALISA
twort kennt (nicht) nur ynamik
des L
erbundstrukturen für die L sowie für Industrieanwendungen
BMW INDU
Die AnAerod
Einsatz
Faserv
o
o
o
o
orträge
TION OF THE RTM PROCESS
der Wind.-Entwicklung in der BMW Group
asers im Leichtbau und in der E-Mobility
uft- und Raumfahrt
4. Wege in der Aus- und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff
Kolloquien • Technik-Kolloquium Augsburg Regensburg
Zielgruppe: • Studierende und Alumni• Fachleute und Manager der lokalen Industrie und
des öffentlichen Lebens • Technisch-gesellschaftlich interessierte Personen
Lernziele: • Regelmäßiger Austausch auf akademischem Niveau • Technologietrends aufzeigen • Impulse geben • Kontakte schaffen • Fachliche Kompetenz fördern
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Prof. Dr. Ingo Ehrlich 29
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Zusammenfassung
Forschung
Wissen generieren
Technologische Herausforderungen
Wissen anwenden
Aus- und Weiterbildung
Wissen tradieren
Innovatives Produkt
erschaffen Wirtschaftlicher und ökologischer Erfolg
Indu
strie
Politik
Gesellschaft
Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015
23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit.
Prof. Dr. Ingo Ehrlich Nationale Bildungskonferenz Elektromobilität 2015
23./24.02.2015, Technische Universität Berlin
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Leichtbau mit faserverstärkten Kunststoffen–eine Neuausrichtung mit HerausforderungenGliederung 1. Einführung faserverstärkte Kunststoffe.2. Beispielanwendungen 3. Herausforderungen 4. Wege in der Aus-und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff 4. Wege in der Aus-und Fortbildung im Umgang mit dem "neuen" Werkstoff Zusammenfassung.