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Kompetenzfelder


Eigenschaften von forminstabilen bzw. biegeschlaffen Materialien
Für den Leichtbaugedanken, der für uns als Synonym für die Substitution von bewährten Materialien, wie Metallen und Kunststoffen, hin zu Faser-Kunststoff-Verbunden und Materialien aus nachwachsenden Rohstoffen steht, identifizieren wir relevante Einflussgrößen auf die Produkt- und Prozessentwicklung und deren Signifikanz entlang des Produktlebenszyklus. Insbesondere für die Verarbeitung von forminstabilen bzw. biegeschlaffen Materialien, wie technische Textilien, ist das Verhalten des Materials eine bestimmende Größe. Zum einen lassen sich hieraus Strategien für die Produkt- und Prozessentwicklungen selber ableiten, zum anderen muss bekannt sein, welchen Einflüssen das Material durch Prozesse der Fertigung und Verarbeitung ausgesetzt wird. Wichtige Eigenschaften sind bspw. Fallverhalten, Biege-, Schub- und Zugeigenschaften sowie Reibungsverhalten. Dieses Materialverhalten zu erfassen ist zwingend erforderlich, um hieraus eine geeignete Prozessbeschreibung und eine Produktentwicklung ableiten zu können.
  • Geometrieerfassung mit Lichtschnittsensor
  • Festigkeitskennwerte
  • Faserausrichtung und -verläufe
  • Zustands- und Lageerfassung
  • ...

 

Modellierungsansätze in der Produktentwicklung
In unseren Forschungsvorhaben nutzen wir analytische und numerische Modelle für die Beschreibung des Produktentwicklungsprozesses. Hieraus leiten wir Vorhersagen von Produkt- und Materialeigenschaften ab und ermöglichen damit eine frühe Optimierung von Produkten und Fertigungsprozessen.

In Zwischenschritten wird die modellhafte Beschreibung der Realität mittels Prototypen evaluiert und zur Verbesserung der Modelle genutzt. In vielen Fällen kommen bei der Simulation und der Evaluierung Methoden der statistischen Versuchsplanung (Design of Experiment - DoE) zur Anwendung. Die Variation der unterschiedlichen Parameter in Kombination mit Bewertungsverfahren ermöglicht ein zielgerichtetes auffinden von Lösungen für sich gegenseitig beeinflussende Anforderungen in der Produktentwicklung.

 

Methoden der Produktentwicklung
Um Ziele in der Produktentwicklung möglichst effektiv und effizient zu erreichen, setzen wir Methoden der rechnergestützten Konstruktion, verschiedenen Simulationstechniken, strukturierte Versuchsplanung und -durchführung sowie Risiko- und Unsicherheitsanalysen ein. Besonders im Bereich der Ressourcenschonung (Stichworte Materialeffizienz und Recycling) stehen Unsicherheits- , bzw. Risikoanalysen im Vordergrund. Dies ermöglicht eine Einschätzung der eingesetzten Materialien in Bezug auf eine nachhaltige Verwendung. Im gesamten Produktentwicklungsprozess werden so zum Beispiel umweltrelevante Auswirkungen identifiziert und bewertet.

Wir verwenden beispielsweise Methoden im Bereich "Design of Experiments" aus denen wir - mit mit möglichst minimalem Versuchsaufwand - Wechselwirkungen verschiedener Materialparameter, sowie aussagekräftige Eigenschaftsbeschreibungen neu entwickelter Halbzeuge oder Fertigungsverfahren generieren können.

Weiterhin werden Möglichkeiten untersucht, den Aufwand beim Einsatz von CAE-Systemen zu verringern. Z.B. erfordern Kleinstserienprodukte oder Unikate einen verhältnismäßig hohen Entwicklungsaufwand. Aufbauend auf einer Analyse der Produktstruktur können hierbei Baukastensysteme und parametrisierte CAD- und Simulationsmodelle einen Beitrag zur Verringerung des Aufwands leisten.

 

Handhabung von forminstabilen bzw. biegeschlaffen Materialien
Produktentwicklungen und Produktionstechnologien mit bzw. für textile und faserverstärkte Werkstoffe und Sandwichstrukturen stellen jeweils Herausforderungen dar, die untrennbar miteinander verknüpft sind. Herausforderung für die automatisierte Handhabung ist dabei das Werkstoffverhalten der textilen und faserverstärkten Werkstoffe.

Die Automatisierung leistet bei der Handhabung von Faser-Kunstoff-Verbundmaterialien und die damit für mögliche reproduzierbare und dokumentierbare Fertigungsprozesse einen wichtigen Anteil. Beispielhafte Prozessschritte sind die Manipulation von Rollen mit unterschiedlichen Faserorientierungen, der textile Zuschnitt, die Handhabung und die Drapierung sowie die Qualitätskontrolle u. a. mit Hilfe von bildverarbeitenden Prüfmethoden.

 

Messung von Kenngrößen schallabsorbierender Materialien
Die Erfassung und Analyse von Geräuschen rückt immer mehr ins Blickfeld des Interesses. Insbesondere auch im Fahrzeugbau spielen Emissionswerte bei den Außengeräuschen und Komfortanforderungen bei den Innenraumgeräuschen eine wichtige Rolle.

Im Bereich der Akustik hat das BIK ein entsprechendes Labor eingerichtet. Zur Ermittlung der akustischen Absorption von Materialien werden hierbei zwei Methoden angewendet:

  • Messung im Hallraum bei diffusem Schallfeld
  • Messung mit dem Impedanzmessrohr für senkrechten Schalleinfall
Um Messungen nach dem Hallraum-Verfahren mit einem vertretbarem Aufwand durchführten zu können, wird ein Hallraum mit verkleinerten Dimensionen, im Vergleich zum Normhallraum nach ISO 354 bzw. DIN ISO 20354, eingesetzt, die Alpha-Kabine.

Die Alpha-Kabine ist eine Nachbildung des Hallraumes der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Versuchsanstalt (EMPA) in Dübendorf. Das Anwendungsgebiet entspricht in besonderer Weise den Bedürfnissen der Fahrzeugakustik.

Neben der Vermessung von Materialmustern können auch komplette Formteile in der Kabine gemessen werden. Dabei entfällt das Herausschneiden von Proben aus dem Formteil. Wird das Formteil auf dem gleichen Träger wie im realen Einsatzfall montiert, so können auch spätere Einbauverhältnisse mit den auftretenden Luftschichten zwischen den einzelnen Formteilen simuliert werden.

 

Impactbelastung bei Faserverbundwerkstoffen
Stoßartige Belastungen an Bauteilen treten als Betriebs- oder Schadensbelastung ständig auf. Bisher angewendete Abschätzmethoden für die auftretenden Spannungen durch Stoßfaktoren werden der Konstruktion mit komplexen Bauteilen oder Werkstoffen nicht mehr gerecht. Am Institut ist ein Verfahren zur experimentellen Untersuchung von Stoßwellen entwickelt worden. Hiermit können Faserverbundwerkstoffe auf spezifische Impact-Beanspruchungen untersucht werden.

Die Aufnahme und Auswertung der Messungen erfolgt mit einer digitalen Bildverarbeitung. Ziel der Untersuchung ist es, Konstruktionselemente in komplexen Strukturen hinsichtlich ihrer Beanspruchung durch Impact zu optimieren und Richtlinien für zukünftige Konstruktionen zu verfassen.

 

 

 

Integrierte Produktentwicklung
 
Lichtschnittsensor
 
Lichtschnittsensor
 
Scherrahmen
 
Materialprüfung
 
Eigenschaften von CFK-Walzen
 
Aktuatorik
 
Druckverteilung
 
FMEA, Gefahrenanalyse
 
DMU-Modell, Effektor
 
Anlagensteuerung nach dem Open Loop - Prinzip
 
Risiko- und Unsicherheitsanalysen
 
Greifer zur Handhabung biegschlaffer Materialien
 
Abwickler
 
Zuschnitteinheit
 
Greifer zur Handhabung biegschlaffer Materialien
 
Alpha-Kabine
 
Impedanzmessrohr

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