Aktualisiert: 2023-07-02
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Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden
Schlüsselwort: Faserverbundwerkstoffe
Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden
Handbuch Verbundwerkstoffe
Das umfassende Handbuch über Faserverbundwerkstoffe mit polymerer Matrix:
Verbundwerkstoffe und insbesondere die faserverstärkten Polymere haben sich zu einer eigenständigen Werkstoffgruppe entwickelt und die Nische eines exklusiven Hochleistungswerkstoffs verlassen. Neue Anwendungen sind imageprägend und zeigen eine eindeutige Richtung hin zu konsequenten Leichtbautechnologien in größeren Stückzahlen. Dies und einige wichtige Neuentwicklungen zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden machten die Überarbeitung und Aktualisierung dieses Standardwerks erforderlich.
-Neue Prozessentwicklungen wurden insbesondere dann berücksichtigt wenn diese ein hohes Umsetzungspotential aufweisen und eine industrielle Einführung absehbar ist. -Die Schnittstellen der Verarbeitungstechnik zu den eingesetzten Materialien und Bauweisen werden besprochen.-Der Überblick aller modernen Verfahren wird ergänzt durch die physikalisch-chemischen Grundlagen und die Darstellung der Entwicklungstendenzen unter den Aspekten der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit.-Auf die simultane Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und Fertigung in der Entwicklung für eine werkstoffgerechte und wirtschaftliche Produktion wird besonders eingegangen.-Die etablierten Verarbeitungsprozesse, deren werkstoffliche und prozesstechnischen Grundlagen, die Verfahrensbeschreibung und ein starker Praxisbezug stehen im Fokus. -Konzipiert als Handbuch und Nachschlagewerk für den Ingenieur.-Die Herausgeber und Fachautoren verfügen über langjährige Praxiserfahrung und sind auf dem Stand der aktuellsten Forschung.
Aktualisiert: 2023-06-15
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Einflussanalyse maßgeschneiderter Verstärkungselemente aus Endlosfasern zur partiellen Verstärkung von Lasteinleitungsbereichen in kurzfaserverstärkten Thermoplasten
Eine der wesentlichen Herausforderungen beim Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen besteht heute darin, Bauteile mit der geforderten mechanischen Leistungsfähigkeit großserienfähig mit geringen Zykluszeiten und Kosten herzustellen. Ein Ansatz dazu ist es, die vergleichsweise teuren Verstärkungsfasern nur lokal, im Bereich hoher Lasten anzuordnen (maßgeschneiderte Verstärkungseinleger aus Endlosfasern) und diese in großserientaugliche Verarbeitungsverfahren wie dem Spritzgießverfahren zu integrieren. Beispiele für derartige Bauweisen wären die partielle Verstärkung von Befestigungsbohrungen von spritzgegossenen Flanschen oder der Lagersitz in einem spritzgegossenen Getriebegehäuse. Auf diese Weise können Materialeigenschaften wie die Steifigkeit und Festigkeit von kurz- oder langfaserverstärkten Spritzgießbauteilen signifikant gesteigert werden.
Die Autorin beschäftigt sich mit maßgeschneiderten Verstärkungseinlegern aus Endlosfasern, welche in spritzgegossene Platten integriert werden und damit den Lasteinleitungsbereich partiell verstärken. Mit Hilfe experimenteller Untersuchungen werden relevante, prozessbedingte Regelgrößen sowie werkstoffliche Einflussgrößen betrachtet. Die Erkenntnisse bieten ein grundlegendes Verständnis für maßgeschneiderte Verstärkungseinleger, welche in eine Spritzgießumgebung integriert sind. Darüber hinaus liefert diese Arbeit Kenntnisse über die werkstofflichen Eigenschaften und prozessbedingten Zusammenhänge einer derartigen Bauweise.
Aktualisiert: 2023-06-05
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Handbuch Verbundwerkstoffe
Das umfassende Handbuch über Faserverbundwerkstoffe mit polymerer Matrix:
Verbundwerkstoffe und insbesondere die faserverstärkten Polymere haben sich zu einer eigenständigen Werkstoffgruppe entwickelt und die Nische eines exklusiven Hochleistungswerkstoffs verlassen. Neue Anwendungen sind imageprägend und zeigen eine eindeutige Richtung hin zu konsequenten Leichtbautechnologien in größeren Stückzahlen. Dies und einige wichtige Neuentwicklungen zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden machten die Überarbeitung und Aktualisierung dieses Standardwerks erforderlich.
-Neue Prozessentwicklungen wurden insbesondere dann berücksichtigt wenn diese ein hohes Umsetzungspotential aufweisen und eine industrielle Einführung absehbar ist. -Die Schnittstellen der Verarbeitungstechnik zu den eingesetzten Materialien und Bauweisen werden besprochen.-Der Überblick aller modernen Verfahren wird ergänzt durch die physikalisch-chemischen Grundlagen und die Darstellung der Entwicklungstendenzen unter den Aspekten der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit.-Auf die simultane Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und Fertigung in der Entwicklung für eine werkstoffgerechte und wirtschaftliche Produktion wird besonders eingegangen.-Die etablierten Verarbeitungsprozesse, deren werkstoffliche und prozesstechnischen Grundlagen, die Verfahrensbeschreibung und ein starker Praxisbezug stehen im Fokus. -Konzipiert als Handbuch und Nachschlagewerk für den Ingenieur.-Die Herausgeber und Fachautoren verfügen über langjährige Praxiserfahrung und sind auf dem Stand der aktuellsten Forschung.
Aktualisiert: 2023-05-31
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Handbuch Verbundwerkstoffe
Das umfassende Handbuch über Faserverbundwerkstoffe mit polymerer Matrix:
Verbundwerkstoffe und insbesondere die faserverstärkten Polymere haben sich zu einer eigenständigen Werkstoffgruppe entwickelt und die Nische eines exklusiven Hochleistungswerkstoffs verlassen. Neue Anwendungen sind imageprägend und zeigen eine eindeutige Richtung hin zu konsequenten Leichtbautechnologien in größeren Stückzahlen. Dies und einige wichtige Neuentwicklungen zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden machten die Überarbeitung und Aktualisierung dieses Standardwerks erforderlich.
-Neue Prozessentwicklungen wurden insbesondere dann berücksichtigt wenn diese ein hohes Umsetzungspotential aufweisen und eine industrielle Einführung absehbar ist. -Die Schnittstellen der Verarbeitungstechnik zu den eingesetzten Materialien und Bauweisen werden besprochen.-Der Überblick aller modernen Verfahren wird ergänzt durch die physikalisch-chemischen Grundlagen und die Darstellung der Entwicklungstendenzen unter den Aspekten der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit.-Auf die simultane Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und Fertigung in der Entwicklung für eine werkstoffgerechte und wirtschaftliche Produktion wird besonders eingegangen.-Die etablierten Verarbeitungsprozesse, deren werkstoffliche und prozesstechnischen Grundlagen, die Verfahrensbeschreibung und ein starker Praxisbezug stehen im Fokus. -Konzipiert als Handbuch und Nachschlagewerk für den Ingenieur.-Die Herausgeber und Fachautoren verfügen über langjährige Praxiserfahrung und sind auf dem Stand der aktuellsten Forschung.
Aktualisiert: 2023-05-31
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Einflussanalyse maßgeschneiderter Verstärkungselemente aus Endlosfasern zur partiellen Verstärkung von Lasteinleitungsbereichen in kurzfaserverstärkten Thermoplasten
Eine der wesentlichen Herausforderungen beim Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen besteht heute darin, Bauteile mit der geforderten mechanischen Leistungsfähigkeit großserienfähig mit geringen Zykluszeiten und Kosten herzustellen. Ein Ansatz dazu ist es, die vergleichsweise teuren Verstärkungsfasern nur lokal, im Bereich hoher Lasten anzuordnen (maßgeschneiderte Verstärkungseinleger aus Endlosfasern) und diese in großserientaugliche Verarbeitungsverfahren wie dem Spritzgießverfahren zu integrieren. Beispiele für derartige Bauweisen wären die partielle Verstärkung von Befestigungsbohrungen von spritzgegossenen Flanschen oder der Lagersitz in einem spritzgegossenen Getriebegehäuse. Auf diese Weise können Materialeigenschaften wie die Steifigkeit und Festigkeit von kurz- oder langfaserverstärkten Spritzgießbauteilen signifikant gesteigert werden.
Die Autorin beschäftigt sich mit maßgeschneiderten Verstärkungseinlegern aus Endlosfasern, welche in spritzgegossene Platten integriert werden und damit den Lasteinleitungsbereich partiell verstärken. Mit Hilfe experimenteller Untersuchungen werden relevante, prozessbedingte Regelgrößen sowie werkstoffliche Einflussgrößen betrachtet. Die Erkenntnisse bieten ein grundlegendes Verständnis für maßgeschneiderte Verstärkungseinleger, welche in eine Spritzgießumgebung integriert sind. Darüber hinaus liefert diese Arbeit Kenntnisse über die werkstofflichen Eigenschaften und prozessbedingten Zusammenhänge einer derartigen Bauweise.
Aktualisiert: 2023-05-25
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Einflussanalyse maßgeschneiderter Verstärkungselemente aus Endlosfasern zur partiellen Verstärkung von Lasteinleitungsbereichen in kurzfaserverstärkten Thermoplasten
Eine der wesentlichen Herausforderungen beim Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen besteht heute darin, Bauteile mit der geforderten mechanischen Leistungsfähigkeit großserienfähig mit geringen Zykluszeiten und Kosten herzustellen. Ein Ansatz dazu ist es, die vergleichsweise teuren Verstärkungsfasern nur lokal, im Bereich hoher Lasten anzuordnen (maßgeschneiderte Verstärkungseinleger aus Endlosfasern) und diese in großserientaugliche Verarbeitungsverfahren wie dem Spritzgießverfahren zu integrieren. Beispiele für derartige Bauweisen wären die partielle Verstärkung von Befestigungsbohrungen von spritzgegossenen Flanschen oder der Lagersitz in einem spritzgegossenen Getriebegehäuse. Auf diese Weise können Materialeigenschaften wie die Steifigkeit und Festigkeit von kurz- oder langfaserverstärkten Spritzgießbauteilen signifikant gesteigert werden.
Die Autorin beschäftigt sich mit maßgeschneiderten Verstärkungseinlegern aus Endlosfasern, welche in spritzgegossene Platten integriert werden und damit den Lasteinleitungsbereich partiell verstärken. Mit Hilfe experimenteller Untersuchungen werden relevante, prozessbedingte Regelgrößen sowie werkstoffliche Einflussgrößen betrachtet. Die Erkenntnisse bieten ein grundlegendes Verständnis für maßgeschneiderte Verstärkungseinleger, welche in eine Spritzgießumgebung integriert sind. Darüber hinaus liefert diese Arbeit Kenntnisse über die werkstofflichen Eigenschaften und prozessbedingten Zusammenhänge einer derartigen Bauweise.
Aktualisiert: 2023-05-16
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Temperierung von RTM Werkzeugen zur Herstellung integraler Faserverbundstrukturen unter Berücksichtigung des Einsatzes verlorener Kerne
Die thermischen Prozesse bei der Aushärtung polymerer Matrixsysteme zur Herstellung von Faserverbundstrukturen sind in hohem Maße durch die Gestaltung des verwendeten Formwerkzeuges zu beeinflussen. Die Auswirkungen auf die Fertigungsqualität und Wirtschaftlichkeit eines Produktes stehen in direktem Zusammenhang mit der Temperaturführung bei der Herstellung. Die Optionen insbesondere Hohlstrukturen auszuformen sind dabei vielfältig, wodurch sich unterschiedliche Risiken und Möglichkeiten entlang der Fertigungskette ergeben.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Methode zur Beheizung wasserlöslicher Kernmaterialien entwickelt und untersucht, mit der die Temperatursteuerung an den lokalen Bedarf eines Faserverbundbauteils angepasst und gesteuert werden kann. Am Beispiel eines innovativen Fertigungskonzeptes einer integralen Spantstruktur für Luftfahrtanwendungen wurde die integrierte Kernheizung untersucht und entlang der Prozesskette gegenüber der Verwendung metallischer Kernkörper und unbeheizter wasserlöslicher Kernkörper bewertet.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Einflussanalyse maÃgeschneiderter Verstärkungselemente aus Endlosfasern zur partiellen Verstärkung von Lasteinleitungsbereichen in kurzfaserverstärkten Thermoplasten
Eine der wesentlichen Herausforderungen beim Leichtbau mit Faserverbundwerkstoffen besteht heute darin, Bauteile mit der geforderten mechanischen Leistungsfähigkeit großserienfähig mit geringen Zykluszeiten und Kosten herzustellen. Ein Ansatz dazu ist es, die vergleichsweise teuren Verstärkungsfasern nur lokal, im Bereich hoher Lasten anzuordnen (maßgeschneiderte Verstärkungseinleger aus Endlosfasern) und diese in großserientaugliche Verarbeitungsverfahren wie dem Spritzgießverfahren zu integrieren. Beispiele für derartige Bauweisen wären die partielle Verstärkung von Befestigungsbohrungen von spritzgegossenen Flanschen oder der Lagersitz in einem spritzgegossenen Getriebegehäuse. Auf diese Weise können Materialeigenschaften wie die Steifigkeit und Festigkeit von kurz- oder langfaserverstärkten Spritzgießbauteilen signifikant gesteigert werden.
Die Autorin beschäftigt sich mit maßgeschneiderten Verstärkungseinlegern aus Endlosfasern, welche in spritzgegossene Platten integriert werden und damit den Lasteinleitungsbereich partiell verstärken. Mit Hilfe experimenteller Untersuchungen werden relevante, prozessbedingte Regelgrößen sowie werkstoffliche Einflussgrößen betrachtet. Die Erkenntnisse bieten ein grundlegendes Verständnis für maßgeschneiderte Verstärkungseinleger, welche in eine Spritzgießumgebung integriert sind. Darüber hinaus liefert diese Arbeit Kenntnisse über die werkstofflichen Eigenschaften und prozessbedingten Zusammenhänge einer derartigen Bauweise.
Aktualisiert: 2023-05-15
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Numerische Auslegung und Entwicklung von adaptiven Strukturen auf Basis von Formgedächtnislegierungen am Beispiel textilverstärkter Elastomerkomposite
In dieser Arbeit erfolgt die experimentell-numerische Untersuchung und Entwicklung integral fertigbarer adaptiver Strukturen auf Basis faserverstärkter Elastomerverbunde.
Dafür werden aktive Bewegungsmechanismen auf Basis eines aktiv verformbaren Biegebalkens analysiert und umsetzbare Funktionsmuster konzipiert. Unter Verwendung der Mehrlagenflachstricktechnik werden textile Verstärkungshalbzeuge mit gradienten Eigenschaften und integrierten Formgedächtnislegierungen entwickelt und hergestellt, die mittels Vakuuminfiltrationstechnik mit Silikon infiltriert und zu Elastomerverbunden konsolidiert werden. Nach der experimentellen Untersuchung der aktiven Verformungsmechanismen erfolgt die Modellierung auf Basis der Finite-Elemente-Methode, sowie die Gegenüberstellung mit den experimentellen Ergebnissen. Schließlich werden Parameterstudien zu den Bewegungsmechanismen durchgeführt und Gestaltungsempfehlungen formuliert.
Diese Dissertation entstand im Rahmen des Graduiertenkollegs 2430 "Interaktive Faserelastomerverbunde" am Institut für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik der TU Dresden.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Konzepte zur Steigerung des Leichtbaupotentials geflochtener Hohlprofile
Beim Einsatz von Faserverbundwerkstoffen im Fahrzeugbau hat sich die Herstellung von Hohlprofilbauteilen mittels des Umflechtverfahrens als zielführend erwiesen. Zur weiteren Steigerung von Leichtbau- und Kostenpotential beschäftigt sich diese Arbeit mit Entwicklungsansätzen des Umflechtverfahrens durch welche die Möglichkeiten zur belastungsgerechten Bauteilgestaltung erweitert werden. Nach methodischer Gestaltung eines erweiterten Umflechtprozesses folgen eine Prozess- und Materialanalyse sowie der Übertrag auf einen praxisnahen Anwendungsfall.
Aktualisiert: 2022-12-30
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Rheologie- und Prozessmodelle zur Herstellung hochviskoser nanopartikulärer Suspension
Die Modellierung verfahrenstechnischer Prozesse hat zum Ziel, diese mathematisch
beschreibbar zu machen und dadurch den experimentellen Aufwand bei der Etablierung
von Prozessen zu verringern und höhere Prozesskontrolle zu erreichen. Eine
zentrale Voraussetzung hierfür ist ein tiefgreifendes Prozessverständnis. Im Falle
der Dispergierung von Nanopartikeln in laminarer Scherströmung ist bekannt, dass
eine wechselseitige Abhängigkeit von Partikeleigenschaften (z.B. Größe und Festigkeit),
Beanspruchungsbedingungen und Formulierungseigenschaften besteht. Während
diese grundlegenden Zusammenhänge für einzelne Aspekte bereits beschrieben
sind, ist eine umfassende modellhafte Beschreibung des Herstellungsprozesses hochviskoser
nanopartikulärer Suspensionen in laminarer Scherströmung bisher nicht erfolgt.
Die Ursache hierfür liegt vor allem in der bis dato unzureichenden Modellierbarkeit
der Viskosität nanopartikulärer Suspensionen. Sie ist von hoher Wichtigkeit bei
der Beanspruchung von Partikeln in laminarer Scherströmung, ist aber aufgrund der
Änderung der Partikelgrößenverteilung und der damit einhergehenden Veränderung
der Partikelwechselwirkungen während der Dispergierung ihrerseits einer fortwährenden
Änderung unterworfen.
In dieser Arbeit wurde daher zunächst ein weitgehend mechanistisches Viskositätsmodell
für nanopartikuläre Suspensionen entwickelt, um das rheologische Verhalten
während des Prozesses beschreiben zu können. Zur Modellentwicklung und
Parametrisierung wurde ein genetischer Algorithmus entwickelt und angewendet.
Das Modell erlaubt die Beschreibung der Viskosität in Abhängigkeit von Partikelanteil,
Partikelgröße, Temperatur und Scherrate. Auch eine Extrapolation über den
kalibrierten Bereich hinaus ist möglich.
Auf Basis bekannter Zusammenhänge zur Beanspruchung von Partikeln in zäher
Scherströmung wurde in dieser Arbeit ein Beanspruchungsmodell für die Dispergierung
in laminarer Scherströmung entwickelt. Schlüsselelement ist die Differenzierung
zwischen effektiver und nicht effektiver Beanspruchung, abhängig davon, ob die auf
das Partikel wirkende Schubspannung ausreicht, einen Partikelbruch herbeizuführen.
Zur Parametrisierung des Beanspruchungsmodells wurde ein Prozessmodell entwickelt
und in Form einer Populationsbilanz angewendet.
Die kombinierte Nutzung des Beanspruchungsmodells und des Prozessmodells
hat das Potential, für die Entwicklung und die Maßstabsübertragung von Knetprozessen
herangezogen zu werden. Auch eine Übertragung des Modells auf weitere
Dispergiergeräte erscheint möglich.
Aktualisiert: 2022-08-02
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Matrixhybride – Werkstoff- und Technologieentwicklung zur form- und stoffschlüssigen Kopplung thermoplastischer und duroplastischer FVK-Laminate
Für Faserverbundkunststoffe (FVK) werden als Matrixmaterialien entweder Thermoplaste oder Duroplaste verwendet. Beide Matrixsysteme besitzen teilweise sehr verschiedene Eigenschaften, weswegen sich sowohl die Verarbeitung als auch die späteren Bauteileigenschaften stark voneinander unterscheiden. Das Gesamtziel des Forschungsprojektes Matrixhybride war eine Kombination dieser beiden Matrices in einem Verbundwerkstoff, um duroplastische FVK-Bauteile über Schweißverfahren fügen zu können.
Die Kopplung beider Matrixsysteme erfolgt über die Kombination der Verbindungstechniken Form- und Stoffschluss. Der Formschluss wird durch ein textiles Halbzeug erzeugt. Hierfür werden vorrangig Gewebe eingesetzt, deren Kett- und Schussfäden alternierend die Matrixseite wechseln. Der Stoffschluss musste über den Nachweis adhäsiver Bindungen an der Grenzfläche zwischen duroplastischer und thermoplastischer Matrix erreicht werden.
Nach der Herstellung und Prüfung hybrider Laminate, vorwiegend auf Basis Luftfahrt-zugelassener Epoxidharze und PEI als Thermoplast, wurden erfolgreich Schweißversuche auf Demonstrator-Bauteilen durchgeführt.
Die neue Werkstoff- und Technologieentwicklung schließt eine bisher vorhandene gravierende Verfahrenslücke bei Fügeprozessen im Compositebereich.
Die Fertigung hybrider Laminate erfolgt in zwei Technologiestufen, der thermoplastischen Teilkonsolidierung von Geweben und anschließend dem weiteren duroplastischen Laminataufbau auf endgültige Bauteilwandstärke.
Partner am Gesamtprojekt waren neben Projektkoordinator Cotesa GmbH, Mittweida: Sächsisches Textilforschungs-institut e. V., Cetex gGmbH, Rucks Maschinenbau GmbH, Eichler & Meurers Industrietechnik GmbH und Faserinstitut Bremen e. V.
Aktualisiert: 2022-04-30
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Ressourceneffizientes und recyclinggerechtes Design von Faserverbundwerkstoffen im Bauwesen
Faserverbundwerkstoffe sind die zentralen Werkstoffe des Leichtbaus. Durch diese wird eine Reduktion des Gewichts bei gleichzeitig hohen Festigkeiten sowie einer langen Lebensdauer ermöglicht. Das Recycling gestaltet sich jedoch aufgrund der Komplexität dieser Multimaterialverbünde als herausfordernd. In der Dissertation werden für die Faserverbundwerkstoffe „Textilbeton“, „Faserbeton“ und „carbonfaserverstärkte Kunststoffe“ drei Ansätze untersucht, um diese ressourceneffizient und recyclinggerecht zu gestalten. Durch die Entwicklung einer Methode zur Analyse, Anpassung und Umsetzung einer ressourceneffizienten Produktion wird eine Reduktion der Abfälle um 50 % realisiert.
Das Recyclingverhalten von Textilbetonbauteilen an deren Lebensende ist weitgehend unbekannt. Die Entsorgung von Textilbeton erfolgt momentan entweder durch Verfüllung im Straßenbau oder durch Deponierung. Aus Untersuchungen zu den Einflussfaktoren auf die Trennbarkeit von Textilbeton wird ein recycling-gerechtes Design abgeleitet.
Für carbonfaserverstärkte Kunststoffe, zu denen auch Bewehrungen aus Carbonfasern in Textilbeton zählen, existiert bislang kein Verwertungskonzept, das in einem Massenmarkt durchgesetzt werden konnte. Durch die Entwicklung eines kurzfaserbewehrten Betons mit recycelten Carbonfasern können Abfälle von carbonfaserverstärkten Kunststoffen im Massenmarkt von Faserbeton hochwertig recycelt werden. Kurzfaserbewehrter Beton mit recycelten Carbonfasern zeigt in den durchgeführten Versuche bei gleichem Volumengehalt höhere Festigkeiten als konventionelle Fasern, wie Stahl und AR-Glas, und ist außerdem chemisch beständig. Ein Volumengehalt zwischen 0,5 und 1,5 Vol. % an recycelten Carbonfasern wird empfohlen.
Aktualisiert: 2021-04-15
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Energieeffiziente, flexible und wirtschaftliche Fertigungssysteme für Faserverbundwerkstoffe
Faserverstärkte Kunststoffe, gelten als ein Hochleistungswerkstoff der Gegenwart und Zukunft.
Insbesondere in der Luftfahrtindustrie und im Automobilbau werden diese Werkstoffe vermehrt eingesetzt.
Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen erfordern nach den ersten Fertigungsschritten eine spanende
Bearbeitung, um Funktionsflächen sowie Form- und Lagetoleranzen herzustellen. Hierbei müssen
insbesondere Freiformflächen an überwiegend großen Bauteilen spanend bearbeitet werden. Aufgrund der
hohen Flexibilität, des großen Arbeitsraums und der geringen Investitionskosten bieten sich Industrieroboter
für diese Bearbeitungsaufgabe an. Allerdings sind bestehende Industrieroboter für eine produktive,
spanende Bearbeitung aktuell nicht geeignet, da ihre Genauigkeit und Steifigkeit zu gering sind.
Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten
Forschungsprojektes EFFECTIVE wurde daher eine neuartige Werkzeugmaschine für die spanende
Bearbeitung von faserverstärkten Kunststoffen entwickelt. Diese vereint die Vorteile konventioneller
Industrieroboter mit denen spanender Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung. Mit Komponenten
aus klassischen Werkzeugmaschinen wurde die Genauigkeit und die Steifigkeit einer seriellen Armkinematik
deutlich erhöht und somit die Produktivität der Maschine gesteigert. Die Forschungs- und
Entwicklungsarbeiten werden in diesem Buch vorgestellt.
Aktualisiert: 2021-06-24
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Flexible Positionierungswerkzeuge für das Fräsen von Faserverbund-Materialien
Das Fräsen von Faserverbundwerkstoffen auf flexiblen Werkzeugen mit wenigen Einspannstellen lässt im Fräsprozess größere Verformungen durch prozessinduzierte Eigenspannungen zu als das Fräsen auf konventionellen Spannvorrichtungen. Ziel des Faserinstituts Bremen e.V. im Rahmen des Projektes Flexomat war die Entwicklung einer Simulationsmethode zur Betrachtung des makroskopischen Einflusses von prozessinduzierten Spannungen im Fräsprozess.
Die Simulation baut auf die zuvor am Faserinstitut entwickelte virtuelle Prozesskette für die Vorhersage der prozessinduzierten Eigenspannungen auf. Das Modell mit berechneten Eigenspannungen wird durch Model-Change-Schritte modifiziert, die den Materialabtrag darstellen. Für eine größere Bauteile mit komplexen Bearbeitungsprozessen wird die Anzahl der benötigten Simulationsschritte schnell dreistellig, daher ist eine automatisierte Modellerstellung notwendig. Diese erlaubt es auch, nur einzelne Schichten des Laminats abzutragen, Kräfte an der Eingriffsstelle zu Berücksichtigen und die Eigenfrequenzen des Bauteils im jeweils aktuellen Zustand auszuwerten. Somit werden eine wissensbasierte Betrachtung und Optimierung des Bearbeitungsprozesses ermöglicht.
Die Simulationsmethodik lässt sich für die Betrachtung des makroskopischen Einflusses von prozessinduzierten Eigenspannungen in Bearbeitungsprozessen hinsichtlich Verformungen, Lagerkräfte sowie Eigenfrequenzen betrachten. Die Betrachtung ist dabei nicht auf flexible Spannwerkzeuge beschränkt. Darüber hinaus kann nicht nur der Fräsprozess, sondern auch weiter Bearbeitungsprozesse, z.B. das Wasserstrahlschneiden betrachtet werden. Darüber hinaus lässt sich die Methodik prinzipiell auch auf andere Materialien übertragen.
Dar Projekt wurde im Verbund mit den Partnern cbproces GmbH & Co.KG und der Josef Weicher GmbH & Co.KG bearbeitet.
Aktualisiert: 2022-04-14
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Oberflächenmodifizierung von cellulosebasierten Fasern für den Einsatz in Verbundwerkstoffen
Die optimale Faser-Matrix-Haftung führt zu den höchsten mechanischen Eigenschaften eines faserverstärkten Kunststoffs mit den vorgegebenen Faser- und Matrixkomponenten. Das Ziel dieser Arbeit ist es, die Faser-Matrix-Haftung in cellulosefaserverstärkten Kunststoffen durch eine nasschemische Oberflächenmodifizierung zu optimieren. Für die Versuche werden drei Faserverbundwerkstoffsysteme eingesetzt: ein flachs-, viskose- und flachs-/carbonfaserver-stäktes biobasiertes Epoxidharz. Es werden zwei Ansätze zur Oberflächenmodifizierung von Cellulosefasern untersucht: Entfernung der prozesstechnischen und natürlichen Kontaminationen durch eine nasschemische Reinigung in organischem Lösemittel und eine Polyethylenimin-Beschichtung.
Die Ergebnisse zeigen, dass der Einfluss der Polyethylenimin-Beschichtung auf die morphologischen Eigenschaften und auf das Adsorptionsverhalten von Flachs- und Viskosefasern ähnlich ist. Laut den Ergebnissen der interlaminaren Scherfestigkeit und Digitalmikroskop-Aufnahmen wird die Faser-Matrix-Haftung nach der Beschichtung verbessert. Allerdings ist der Einfluss auf die physikalischen Eigenschaften und Biegeeigenschaften von den resultierenden Faserverbundwerkstoffen aufgrund verschiedener, sich überlagernder Effekte, nicht eindeutig.
Aktualisiert: 2020-12-26
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Handbuch Verbundwerkstoffe
Das umfassende Handbuch über Faserverbundwerkstoffe mit polymerer Matrix:
Verbundwerkstoffe und insbesondere die faserverstärkten Polymere haben sich zu einer eigenständigen Werkstoffgruppe entwickelt und die Nische eines exklusiven Hochleistungswerkstoffs verlassen. Neue Anwendungen sind imageprägend und zeigen eine eindeutige Richtung hin zu konsequenten Leichtbautechnologien in größeren Stückzahlen. Dies und einige wichtige Neuentwicklungen zur Herstellung von Faser-Kunststoff-Verbunden machten die Überarbeitung und Aktualisierung dieses Standardwerks erforderlich.
-Neue Prozessentwicklungen wurden insbesondere dann berücksichtigt wenn diese ein hohes Umsetzungspotential aufweisen und eine industrielle Einführung absehbar ist.
-Die Schnittstellen der Verarbeitungstechnik zu den eingesetzten Materialien und Bauweisen werden besprochen.
-Der Überblick aller modernen Verfahren wird ergänzt durch die physikalisch-chemischen Grundlagen und die Darstellung der Entwicklungstendenzen unter den Aspekten der Wirtschaftlichkeit und Nachhaltigkeit.
-Auf die simultane Zusammenarbeit zwischen Konstruktion und Fertigung in der Entwicklung für eine werkstoffgerechte und wirtschaftliche Produktion wird besonders eingegangen.
-Die etablierten Verarbeitungsprozesse, deren werkstoffliche und prozesstechnischen Grundlagen, die Verfahrensbeschreibung und ein starker Praxisbezug stehen im Fokus.
-Konzipiert als Handbuch und Nachschlagewerk für den Ingenieur.
-Die Herausgeber und Fachautoren verfügen über langjährige Praxiserfahrung und sind auf dem Stand der aktuellsten Forschung.
Aktualisiert: 2022-10-11
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Ertüchtigung von nicht tragendem Mauerwerk gegen seismische Einwirkungen mittels aufgeklebter Textilien
Bestandsaufnahmen belegen die oftmals zerstörerische Wirkung von Erdbeben auf Mauerwerk. Dies gilt insbesondere für biegebelastete Wände(out-of-plane). In dieser Arbeit wird ein für diesen Anwendungsfall entwickeltes Ertüchtigungssystem untersucht (auf Wandoberfläche geklebtes Glasfasergewebe). Als Klebstoff wird ein sehr weiches Material auf Polyurethanbasis verwendet. Es wird ein Quantifizierungskonzept für die Verstärkungswirkung des Systems erarbeitet. Structural assessment after seismic events has often shown severe damage or collapse of masonry walls. This especially accounts for out-of-plane loaded masonry walls. A Glass Fiber Reinforced Polymer (GFRP) retrofitting system for masonry designed for this application case will be discussed in this work. The glue being used for this system is very soft. A guideline for the quantification of the reinforcing effect of the GFRP system is presented.
Aktualisiert: 2021-02-11
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Bücher zum Thema Faserverbundwerkstoffe
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