Diese Arbeit steht im Kontext der Entwicklung von Druckbehältern mit thermoplastischer Matrix nach der sogenannten Darmstädter Bauweise. Konkret thematisiert werden Konstruktionsparameter adhäsiver Laminatstirnverankerungen und Prozessparameter für die Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplast-Rohre aus Bandhalbzeug im Schleuderverfahren.
In eine Bohrung eingeklebte Anker ermöglichen eine punktuelle Krafteinleitung in die Stirnseite von Faser-Kunststoff-Laminaten. Die Untersuchung dieses Krafteinleitungskonzepts ist der Themenschwerpunkt dieser Arbeit. Die grundlegenden Einflüsse auf die Leichtbaueigenschaften werden beschrieben. Das mechanische Verhalten wird numerisch analysiert. Es werden Verfahren für eine zuverlässige Herstellung der Verankerung aufgezeigt. Den Kern der Arbeit stellt die experimentelle Untersuchung zum Einfluss des Laminataufbaus und der Geometrie auf das Tragverhalten einschließlich dem Vergleich zur T-Bolzenverbindung dar. Die Belastbarkeit der Klebschicht wird für verschiedene Adhäsive und Anker untersucht. Abschließend werden die wesentlichen Ergebnisse zu Konstruktionshinweisen zusammengefasst.
Im Schleuderverfahren wird durch die Fliehkraft und das Aufschmelzen der thermoplastischen Matrix das Bandhalbzeug konsolidiert. Dieses Verfahren wird in einer Prozessanalyse untersucht und die Auswirkung der Drehzahl, der Prozesstemperatur und der Heizdauer auf den Porengehalt von CFK- und GFK-Polyamid 6-Rohren diskutiert. Für beide Werkstoffe werden geringe Porengehalte erreicht. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wird darüber hinaus eine Verfahrensvariante mit anionischer in-situ-Polymerisation von Polyamid 6 untersucht.
Aktualisiert: 2023-06-29
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Aktualisiert: 2023-05-11
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Aktualisiert: 2023-05-11
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Diese Arbeit steht im Kontext der Entwicklung von Druckbehältern mit thermoplastischer Matrix nach der sogenannten Darmstädter Bauweise. Konkret thematisiert werden Konstruktionsparameter adhäsiver Laminatstirnverankerungen und Prozessparameter für die Herstellung endlosfaserverstärkter Thermoplast-Rohre aus Bandhalbzeug im Schleuderverfahren.
In eine Bohrung eingeklebte Anker ermöglichen eine punktuelle Krafteinleitung in die Stirnseite von Faser-Kunststoff-Laminaten. Die Untersuchung dieses Krafteinleitungskonzepts ist der Themenschwerpunkt dieser Arbeit. Die grundlegenden Einflüsse auf die Leichtbaueigenschaften werden beschrieben. Das mechanische Verhalten wird numerisch analysiert. Es werden Verfahren für eine zuverlässige Herstellung der Verankerung aufgezeigt. Den Kern der Arbeit stellt die experimentelle Untersuchung zum Einfluss des Laminataufbaus und der Geometrie auf das Tragverhalten einschließlich dem Vergleich zur T-Bolzenverbindung dar. Die Belastbarkeit der Klebschicht wird für verschiedene Adhäsive und Anker untersucht. Abschließend werden die wesentlichen Ergebnisse zu Konstruktionshinweisen zusammengefasst.
Im Schleuderverfahren wird durch die Fliehkraft und das Aufschmelzen der thermoplastischen Matrix das Bandhalbzeug konsolidiert. Dieses Verfahren wird in einer Prozessanalyse untersucht und die Auswirkung der Drehzahl, der Prozesstemperatur und der Heizdauer auf den Porengehalt von CFK- und GFK-Polyamid 6-Rohren diskutiert. Für beide Werkstoffe werden geringe Porengehalte erreicht. Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wird darüber hinaus eine Verfahrensvariante mit anionischer in-situ-Polymerisation von Polyamid 6 untersucht.
Aktualisiert: 2023-03-09
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Im Rahmen dieser Arbeit werden zwei modulare Behälterbauweisen für Faser-Kunststoff-Verbund (FKV) Hochdrucktanks und die hierzu benötigten Verbindungstechniken entwickelt.
Es wird eine reibkraftschlüssige Hybridbauweise untersucht, in der konkave Aluminiumböden mittels dreiteiliger Pressverbände (LPV) mit einen FKV-Zylinder verbunden werden. In einer numerischen Parameterstudie werden die maßgeblichen Einflussfaktoren des Konzepts analysiert und Gestaltungsempfehlungen erarbeitet. Die numerische Untersuchung wird durch die Herstellung eines Prototyps und der Durchführung eines Bersttests validiert, womit die Tauglichkeit des Konzepts experimentell nachgewiesen wurde.
Um die Montagekräfte bei der Fügung des Pressverbands zu senken und die Tragkraft der Verbindung zu steigern, werden zwei Oberflächenstrukturen mit richtungsabhängigen Reibwerten entworfen. Die Reib- und Haftungskoeffizienten der feingezahnten Oberflächen werden experimentell ermittelt und Kennwerte für die Bauteilauslegung erarbeitet.
Neben der Hybridbauweise wird eine weitere Behälterbauweise entwickelt, die auf der stoffschlüssigen Verbindung eines thermoplastischen FKV-Bodens mit Zylinder basiert. Anhand numerischer Untersuchungen werden Gestaltungsempfehlungen für das zweiteilige Bodenkonzept entwickelt. Für die Komponenten des Bodens werden Fertigungskonzepte ausgewählt, Presswerkzeuge hergestellt und erste Bauteile angefertigt.
Zur Umsetzung des stoffschlüssigen Behälterkonzepts wird ein an komplexe Fügeflächen anpassbares Heizelement zum Widerstandsschweißen faserverstärkter Kunststoffe entwickelt. Das Prozessfenster des Heizelements wird in einer experimentellen Untersuchung ermittelt und die erreichbaren Verbindungsfestigkeiten in Abhängigkeit des Feuchtegehalts der FKV-Probekörper ermittelt.
Aktualisiert: 2022-06-09
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Dissertation zur Erlangung eines Doktorgrades der Ingenieurwissenschaften
Aktualisiert: 2021-10-04
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Aktualisiert: 2023-03-14
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Auf Basis der Skalierte-Rand-Finite-Element-Methode (SBFEM) werden effiziente Berechnungsverfahren zur Analyse und Versagensbewertung von Strukturen mit 3D-Spannungssingularitäten vorgeschlagen. Dabei erfolgen die Betrachtungen hauptsächlich am Beispiel erstgeschädigter Faser-Verbund-Laminate. Einerseits wird die SBFEM um eine Anreicherung des verwendeten Separationsansatzes mit den 2D-Nahfeldern der Liniensingularitäten erweitert. Die so angereicherte SBFEM weist verbesserte Konvergenzeigenschaften und Genauigkeit auf. Dadurch erlaubt sie eine Reduktion des Berechnungsaufwands. Zusammen mit einer zugeschnittenen Prozedur zur Spannungsglättung ist ein effizientes Werkzeug zur Spannungsanalyse von 3D-Spannungssingularitäten bereitgestellt. Andererseits wird eine auf der SBFEM basierende asymptotische Methode zur Bestimmung von Energiefreisetzungsraten vorgeschlagen. Diese Methode resultiert in einer semi-analytischen, explizit von der Rissgröße abhängigen Reihendarstellung. Die vorgeschlagenen Verfahren zur Bestimmung von Spannungen und Energiefreisetzungsraten werden schließlich zur Versagensbewertung mittels eines gekoppelten Spannungs- und Energiekriteriums herangezogen.
Aktualisiert: 2021-10-27
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Ein langfristiger Erfolg der Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoffe im Automobilbau wird sich nur einstellen, wenn die Automobilhersteller und deren Zulieferfirmen zielgerichtet weitere innovative Fertigungstechnologien in Verbindung mit der Karosseriebauweise entwickeln. Um solch umfassende Sachverhalte besser bewerten zu können, sind multikriterielle Entscheidungsmethoden erforderlich. Zielsetzung dieser Arbeit ist daher die Entwicklung einer anforderungsgerechten Methode zur Identifikation und Bewertung von potenziellen Fertigungstechnologien für die Herstellung von FKV-Bauteilen der Karosseriestruktur in Großserie. Dazu werden erstmals anwendungsgerechte Bewertungskriterien für FKV-Fertigungstechnologien erarbeitet. Die Methode des Technologiemanagements schafft eine grundlegende Auswahlmöglichkeit an potenziellen Fertigungstechnologien, abhängig von einer vordefinierten Grundstruktur von Bauteilen der Karosseriestruktur. Bezugnehmend auf die Ergebnisse der Technologiebewertung erfolgt anschließend ein neuartiger Bauweisenvergleich von vorausgewählten FKV-Fertigungstechnologien unter Beachtung der fertigungstechnischen Machbarkeit für eine industrielle Fertigung. Um die Bewertungsmethode zu validieren werden unterschiedliche Bauweisen eines generischen Schwellerprofils, basierend auf gleichen funktionalen und geometrischen Anforderungen, miteinander verglichen. Die Gegenüberstellung der Schwellerkonzepte erfolgt sowohl virtuell als auch experimentell anhand eines abgeleiteten Ersatzlastfalls.
Aktualisiert: 2019-12-27
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Leistungsfähige Unternehmenskooperationen zur Entwicklung und Realisierung kundenorientierter Produkte werden heute als ein entscheidender Wachstumsimpuls für die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie angesehen. Infolge massiver Veränderungen politischer Strukturen sowie der globalen Märkte entstehen neuartige dynamische Kooperationen. Sie wirken als Motor von Innovation und wirtschaftlichem Wachstum und spielen damit sowohl in der Konzeptionierungsphase (Produktentwicklung) als auch in der Realisierungsphase (Produktion) eine entscheidende Rolle. Die Bremer Schriften zur integrierten Produkt- und Prozessentwicklung basieren auf den Arbeiten des Forschungsbereichs „Informations- und kommunikationstechnische Anwendungen in der Produktion (IKAP)“ des Bremer Instituts für Produktion und Logistik GmbH (BIBA, www.biba.uni-bremen.de) und den Arbeiten des Instituts für integrierte Produktentwicklung (BIK, www.bik.unibremen. de) der Universität Bremen. Der Forschungsbereich IKAP konzipiert, entwickelt und realisiert Methoden und Werkzeuge zur Unterstützung kooperativer, interorganisatorischer Unternehmensnetzwerke. Die Forschungsarbeiten konzentrieren sich dabei auf die Gestaltung von effizienten und effektiven kollaborativen Informations- und Kommunikationstechnologien. Fokus der Betrachtung sind das kooperative unternehmerische Handeln in verteilten Entwicklungs- und Produktionsprozessen und die dem Produktionsprozess nachgelagerten Phasen des Produktlebenslaufs. Das BIK befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung von Methoden, Werkzeugen und Systemen der integrierten Produktentwicklung (z.B. CAE, CAD, PDM, FEM, FMEA, QFD, Produktmodellierung) sowie der Gestaltung von Informations- und Kommunikationsstrukturen zum effizienten Austausch von Information und Wissen in der Produktentwicklung. Anwendungsdomänen sind hier u. a. sowohl die Entwicklung von Systemen im Leichtbau als auch das „Design for Environment“.
Aktualisiert: 2019-04-02
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