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PULTRUSION – NEUESTE ENTWICKLUNGEN AM FRAUNHOFER IWU
6. Fachtagung thermoPre® „Innovative Strategiekonzepte im Leichtbau“ Prof. Dr.-Ing. Welf-Guntram Drossel, Dr.-Ing. Thomas Hipke, Dipl.-Ing. Carsten Lies, Dipl.-Ing. David Löpitz
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Gründung am 1. Juli 1991
Aktuell ca. 530 MitarbeiterInnen
Ca. 40 Mio Euro Forschungsvolumen
Standorte: Chemnitz (Hauptsitz)
Dresden, Zittau, Wolfsburg, Leipzig
3 Wissenschaftsbereiche:
Das Fraunhofer IWU im Profil Forschung unter dem Leitthema »Ressourceneffiziente Produktion«
Mechatronik und
Funktionsleichtbau
Werkzeugmaschinen, Produktionssysteme und Zerspanungstechnik
Umformtechnik
Mechatronik und Funktionsleichtbau
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Das Fraunhofer IWU im Profil Kompetenzen von A bis Z
Leichtbau
Automatisierung
Werkzeug- und Formenbau
Virtuelle und Erweiterte Realität
Generative Fertigungsverfahren
Thermisches und mechanisches Fügen
Mikro- und Präzisionsfertigung
Produktionsmanagement
Werkzeugmaschine
Technische Akustik
Mechatronik und Adaptronik
Blechumformung Industrie 4.0
Simulation
Medizintechnik
Massivumformung
Prozessketten Spanen und Abtragen
Kennwertermittlung und Werkstoffcharakterisierung
Montagetechnik und Robotik
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Metallschaum Pultrusion
„Funktionsintegrierter Leichtbau“
Leichtbaukompetenz am Fraunhofer IWU
Hybridbauweisen
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Herstellung von Leichtbauprofilen mittels Pultrusion
Leichtbau ein Hybridbauweisen
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Pultrusion: Das Strangziehverfahren ist ein wirtschaftliches und kontinuierliches Herstellungsverfahren zur Fertigung von faserverstärkten Kunststoffprofilen.
Einsatz von verschiedenen
Verstärkungsmaterialien (Kohlenstoff-, Glasfasern, verschiedene textile Halbzeuge etc.)
Kunststoffen (UP-, VE-, EP-, PU Harz etc.)
Verfahrensschritte:
Abzug der Verstärkungsfasern von einem Spulengatter
Tränken der Fasern mit Harz
Profilaushärtung in einem beheizten Werkzeug
Abzug des ausgehärteten Profils mit zwei alternierenden Greifern
Abkühlen und Sägen der fertigen Profile
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Pultrusion – Was ist das? Herstellung gerader Profile
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Modifizierte Verfahrensschritte:
Startposition
Schließen des Greifers und Bewegen des Werkzeugs über die nassen Fasern
die Gelzone bewegt sich in die entgegen-gesetzte Richtung zum Ende des Werkzeugs
das ausgehärtete Profil verlässt das Werkzeug
Endposition
Öffnen des Greifers und gleichzeitige Werkzeugbewegung zur Startposition
Pultrusion – Was ist das? Herstellung konstant gekrümmter Profile
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Faserspulen
Fasern Werkzeug Gelzone
offener Greifer ausgehärtetes Profil geschlossener Greifer
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Anlagenbau
Sportgeräteindustrie
Architektur / Bauindustrie
erneuerbare Energien
Transportindustrie
Pultrusion – Anwendungen Potential gekrümmter Profile
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• Profilrealisierung auf Großserienanlage
• Herstellung von geraden und gekrümmten Profilen
• Imprägnierung mittels Harzbad und Direktinjektion
• Abzugskräfte bis zu 80 kN
• Max. Profilabmessungen bis zu 300 x 150 mm²
• Materialtest und Verfahrensweiterentwicklungen
Anlagentechnik und Forschungsziele Möglichkeiten am Fraunhofer IWU
• Strukturberechnung und Profilauslegung
• Prozesssimulation
• Werkzeugkonstruktion (inkl. Injektionsbox)
• Werkzeugfertigung
• Prüfung von Funktionsmustern
• Mechanische Prüfung (Zug-, Biegeprüfung etc.)
• Mikroskopische und chemische Analyse
• CT-Erstellung
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Variabel gekrümmte Profile
• Realisierung von Übergängen zwischen gerade und gekrümmten Abschnitten
Querschnitts-veränderliche Profile
• Änderung des Querschnitts über die Profillänge
Hybride Profile
• Integration weiterer Materialien (Kombination GFK/CFK, Metalle, Elastomere etc.)
Smarte Profile
• Integration von Sensoren und/oder Aktoren
Unsere Forschungsziele Forschungsaufgaben/-ziele
Faser-/Matrixsysteme
• Verarbeitung und Entwicklung verschiedener Faser-/Matrixsysteme (Glas-, Kohlenstoff-, Basaltfaser etc. / UP-, EP-, PU-Harze sowie Thermoplaste etc.)
Virtuelle Prozesskette
• Simulation von Faserführung, Temperaturverteilung und Aushärtung im Werkzeug, Verzug etc.
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Aktuelle Forschungsthemen Leichtbau und Funktionsintegration
• Profilabmessungen von 58 x 26,8 mm²
• PU-Profil mit Direktinjektion
• Abzug mit bis zu 300 mm/min
• Funktionsintegration von Lichtleitfasern
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Aktuelle Forschungsergebnisse Hybrid-Pultrusion
• Reduzierung der Prozesskettenlänge
• Ausnutzung der jeweiligen Materialvorteile
• Erhöhung der Crash-performance
• Fügemechanismus zwischen den beteiligten Materialien
• Technische Umsetzung im Pultrusionsprozess
Quelle: BMW Quelle: Daimler Quelle: FeBa
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Aktuelle Forschungsergebnisse Hybrid-Pultrusion
• Höchste Steifigkeit und Festigkeit
• Leicht
• Hohe Energieabsorption
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• Preisgünstig
• Etablierter Werkstoff für
die Großserie
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Leichtbau in Multi-Material-Design ist ein wesentlicher Schlüssel für die Realisierung zukunftsträchtiger, ressourceneffizienter Mobilitätslösungen.
Thomas Drescher (VW) „Nach Schätzung des VDI ist es möglich, durch Einsatz derartiger Strukturen eine Gewichtsersparnis von bis zu 40 Prozent zu erzielen.“
Prof. Dr. Niels Modler
(TU Dresden)
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Aktuelle Forschungsergebnisse Sicherheit für Leichtbau-Fortbewegungsmittel – SmartFrame+
Bereitstellung Geodaten
Geschwindigkeit Beschleunigung
Schwingung
Stabilisierung Lenkausschlag Lösung Fußfixierung Steuerung Bremskraft
Verhütung von Verletzungen
Orientierung Handlungsanweisung
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Aktuelle Forschungsergebnisse Sicherheit für Leichtbau-Fortbewegungsmittel – SmartFrame+
Ausgangs-Querschnitt
Ziel-Querschnitt
Aufzeichnung des Trainings
Realistischeres Fahrvergnügen
Mehr Bodenfreiheit
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Aktuelle Forschungsthemen Sicherheit für Leichtbau-Fortbewegungsmittel – SmartFrame+
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Kundennutzen
Deutliche Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit
Wirtschaftliche Verarbeitung von Thermoplasten
Eröffnung bzw. Erweiterung neuer Märkte
Reduzierung von pultrusionstypischen Gefahrstoffen (z. B. Styrol)
Realisierung von komplexen Profilgeometrien und Laminataufbauten
Pultrusions – Quo vadis? Thermoplast-Pultrusion gekrümmter Profile Kurzbeschreibung
Ausgangsmaterial:
Hybrid-Rovings
Tapes
Direktimprägnierung im Werkzeug (In-Situ-Verfahren oder Einspritzen)
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Pultrusions – Quo vadis? Integration von Dehnungssensoren (FGL)
Kurzbeschreibung
Sensortechnologie für große Dehnungen
Sehr hohe Sensitivität
Hohe Dauerfestigkeit auch bei hohen Dehnungen
Technologien zur Integration in FKV-/Kunststoffbauteile
Drahtlose Übertragung der Messwerte
Kundennutzen
Funktionserweiterung durch Sensorintegration
Verlängerung der Standzeit durch Echtzeit-Lebensdauerprognose basierend auf Bauteil- überwachung
Gewichtseinsparung durch Reduzierung von Sicherheitsreserven
Produkthaftung – Nachweis von Überlastung durch Fehlbedienung
Windpark bei Münchberg, März 2017
Blattfeder (Benteler-SGL)
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Netzwerk „PulNet“ Netzwerk für pultrudierte Leichtbaustrukturen
Übersicht der aktuellen Partner entlang der Wertschöpfungskette
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Pultrusion
Vernetzung
For-schung
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VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
Thomas Hipke Dr.-Ing.
Abteilungsleiter Funktionsintegrierter Leichtbau Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU
Reichenhainer Straße 88 09126 Chemnitz
Telefon: +49 371 5397-1456
E-Fax: +49 371 5397-61456
www.iwu.fraunhofer.de/pultrusion
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