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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

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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

Thomas.Hipke@iwu.fraunhofer.de

www.iwu.fraunhofer.de/pultrusion