DFG SFB/Transregio 39 PT-PIESA
TP B04

Robuste Fertigungstechnologien für faserverstärkte Thermoplastverbundkomponenten mit integrierten Piezokeramik-Modulen

N. Modler
  1. Ziele
  2. Ergebnisse
  3. Methoden
  4. Publikationen
  5. Kontakt

Ziele

Großserienfähige Technologie zur Herstellung von aktiven Thermoplastverbundstrukturen mit materialhomogen integrierten thermoplastverbundkompatiblen Piezokeramikmodulen (TPM)

 
  • Erarbeitung technologischer Grundlagen und systematische Untersuchungen zur heißpresstechnischen Integration von TPM in kohlenstofffaserverstärkte Hochleistungskunststoffe (PA6, PPS)
  • Entwicklung und technologische Umsetzung eines geeigneten Temperier-Transfersystems
  • Prozessimmanente Elektronikintegration
  • Realisierung des generischen Demonstrators „Aktiver Rotor
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Ergebnisse

Entwicklung ePreforming

  • Automatisierte Bestückung von Thermoplastträgerfolien mit TPM und Leiterbahnen
  • Leiterbahnen: Thermische Fixierung
  • TPM: Fixierung mittels Ultraschall
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Handlingsystem ePreforming – Umformen-Konsolidieren

  • Automatisierte Bestückung des ePreform-Fixierrahmens mit ePreforms
  • Foliensauggreifer für ePreform-Transfer
  • Automatisiertes Öffnen und Schließen der Klemmrollenhalterung
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Umfassendes Prozesskettenmodell

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Werkzeugkonzept Umformen-Konsolidieren mit Online-Polarisation

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Multi-Kontur-Struktur-Werkzeug mit Online-Polarisationseinheit
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Online-Polarisationseinheit - Messdatenerfassung
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Schaltplan Online-Polarisationseinheit
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Online-Polarisation ausgewählte Ergebnisse

Funktionstest aktive Strukturen

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Laservibrometrie Multi-Kontur-Struktur
Anregung TPM: Spannung 0 V - 360 V, Frequenz 0 Hz bis 200 Hz)
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Demonstratorstruktur
Herstellung und Funktionstest mittels optischer Messtechnik (pontos)
 

Systematische Zusammenführung von erarbeiteten Gestaltungsregeln

  • Erstellung eines Gestaltungskataloges
  • Berücksichtigung geometrischer, werkstofflicher und fertigungstechnischer Faktoren
  • Beschreibung von Varianten und Parameterklassen der Gestaltungselemente sowie deren strukturelle, funktionelle und verarbeitungstechnische Eigenschaften
  • Erarbeitung einer Methodik zur Piezomodul-positionierung
 

Methoden

Parameterstudien
  • Systematische Pressversuche zur Integration von TPM und Elektronikkom-ponenten in kohlen-stofffaserverstärkte Thermoplastverbunde

Schematischer Temperaturverlauf		 b04
Temperier-Transfersystem
  • Temperierung der Faserverbund-strukturlage beim Transfer zum Presswerkzeug
  • Gewährleistung Temperatur-Prozess-fenster

Schematische Darstellung eines Temperierkonzeptes
 
Prozessketten-simulation
  • Beschreibung und Verkettung der Pro-zesszusammenhänge
  • Rückführung fertigungswirksamer Einflüsse

Prozesskettenmodellierung und Parametersensitivität

Funktionstests
  • Optische Verschie-bungsmessung, Laservibrometrie
  • Röntgen, CT, insitu-CT
  • Schliffbildanalyse

Schliffbild und Röntgenaufnahme
Generischer Demonstrator
  • Verifizierung des Ver-arbeitungs- und Integra-tionskonzeptes anhand ausgewählter Demon-stratorstrukturen

Schematische Darstellung Demonstratorstrukturen

Publikationen

Arbeiten mit wissenschaftlicher Qualitätssicherung

 
[Huf14] Hufenbach W, Modler N, Winkler A, Ilg J, Rupitsch S (2014)
Fibre reinforced composite structures based on thermoplastic matrices with embedded piezoceramic modules. Smart Mater Struct 23(2):025011(10pp)
[Huf13a] Hufenbach W, Modler N, Winkler A (2013)
Experimentelle Studien zur Entwicklung einer neuartigen e-preforming-Technologie für die großseriengerechte Fertigung aktiver Thermoplastverbundstrukturen. In: 19. Symp Verbundwerkst Werkstoffverb. Karlsruhe, Deutschland, S 413-421
[Huf13b] Hufenbach W, Gude M, Modler N, Heber T, Winkler A, Weber T (2013)
Process chain modelling and analysis for the high-volume production of thermoplastic composites with embedded piezoceramic modules. Smart Mater Res 2013:201631, doi:10.1155/2013/201631
[Huf13c] Hufenbach W, Modler N, Winkler A (2013)
Sensitivity analysis for the manufacturing of thermoplastic e-preforms for active textile reinforced thermoplastic composites. Proc Mater Sci 2:1-9
[Huf10] Hufenbach W, Gude M, Modler N, Heber T, Tyczynski T (2010)
Sensitivity analysis for the process integrated online polarization of piezoceramic modules in thermoplastic composites. Smart Mater Struct 19:105022(6pp)
[Huf11] Hufenbach W, Gude M, Modler N, Heber T, Tyczynski T, Winkler A (2011)
Studien zur prozessimmanenten Online-Polarisation heißpresstechnisch integrierter piezokeramischer Aktuatoren in Thermoplastverbundstrukturen. In: 18. Symp Verbundwerkst Werkstoffverb. Chemnitz, S 289-295

Andere Veröffentlichungen

 
[Win13] Winkler A, Marschner U, Starke E, Modler N, Fischer W-J, Hufenbach W (2013)
Linear tow-port model of an active thermoplastic composite structure. In: Proc ASME SMASIS: Snowbird, USA
[Huf13e] Hufenbach W, Modler N, Winkler A (2013)
Integration of thermoplastic compatible piezoceramic modules into fibre reinforced components. In: Proc CRC/Transregio 39. Nuremberg, Germany, pp 63-66

Kontakte

Leiter:

Prof. Dr.-Ing. Niels Modler
Technische Universität Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Professur Funktionsintegrativer Leichtbau
Holbeinstraße 3
01307 Dresden

Telephon: +49 351 463-38156

E-Mail:

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