Entwurf und Fertigung faserverstärkter Strukturen mit werkstoffintegrierten Aktor-Sensor-Arrays für messtechnische Applikationen
N. Modler, M. Dannemann
Ziele
Das wesentliche Forschungsziel dieses Transferprojektes besteht in der Überführung der im DFG-SFB/TR 39 erarbeiteten Ergebnisse von faserverstärkten Thermoplastverbundkomponenten mit integrierten Piezokeramik-Modulen in industriell anwendbare und wirtschaftlich herstellbare faserverstärkte Strukturen mit werkstoffintegrierten Aktor-Sensor-Arrays. Dies betrifft insbesondere die dazugehörigen Fertigungstechnologien und Auslegungsmethoden, die unter Berücksichtigung der industriellen Anforderungen wie etwa an Positioniergenauigkeiten, Funktionalitäten und Taktzeiten zu modifizieren sind.
ePreform (TP B04) mit Aktor-Sensor-Array
Methoden
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Prüfaufbau zur Bestimmung der elektrischem Impedanz eines thermoplastverbundkompatiblen Piezokeramikmoduls ( TPM) TP A05
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| Berechnungsmodelle | |
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 Simulation der Ausbreitung mechanischer Wellen, die durch ein werkstoffintegriertes Aktorarray erzeugt wurden
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| Fertigungsstudien | |
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Exemplarische Prozessroute zur Herstellung funktionalisierter Bauteile
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| Zerstörungsfreie Prüfung und Funktionstests | |
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Experimentelle Modalanalyse an einer mittels TPM angeregten Versuchsstruktur
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Publikationen
Arbeiten mit wissenschaftlicher Qualitätssicherung
| [Dan12a] | Dannemann M (2012) Zur vibroakustischen Auslegung von Faserverbund-Leichtbaustrukturen. Dissertation, Technische Universität Dresden |
| [Huf10a] | 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) |
| [Huf11b] | 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 |
| [Huf14] | 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, S 413-421 |
| [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, S 413-421 |
| [Huf13b] | Hufenbach W, Gude M, Modler N, Heber Th, 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:Article ID 201631 (13pp) |
| [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 |
| [Mak13] | Makarenko V, Hufenbach W, Modler N, Dannemann M, Tokarev V (2013) Feedforward semi-active model-based control of a plate carrying concentrated masses. Proc Nat Aviation Univ 56(N3):79-90 |
| [Dan12b] | Dannemann M, Hufenbach W, Friedrich J, Friebe S, Kolbe F (2012) Damping performance of composite structures with integrated viscoelastic layers – Simulation and experimental investigations. In: ICSV 19. Vilnius, Lithuania, pp 101-102 |
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Winkler A, Dannemann M, Starke E, Holeczek K, Modler N:
Manufacturing and characterisation of fibre-reinforced thermoplastic composite structures with embedded piezoelectric sensor-actor-arrays for ultrasonic applications. In proceedings of 6th ETNDT (Emerging Technologies in NonDestructive Testing 6) (27.-29.05.2015), Brussels, Belgium
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Holeczek, K.; Dannemann, M..; Modler, N.:
Auslegung reflexionsfreier Dämpfungsmaßnahmen für mechanische Festkörperwellen. VDI-Berichte, 3. VDI-Fachtagung Schwingungsdämpfung 2015, Tagung, Leonberg, 22.-23.09.2015, VDI-Verlag, Düsseldorf 2015
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Holeczek, K.; Starke, E.; Dannemann, M.; Modler, N.; Winkler, A.:
Active fibre-reinforced thermoplastic composite components with embedded sensor-actuator arrays. Proceedings of, 5th Scientific Symposium of the Collaborative Research Center/Transregio 39 PT-PIESA, Dresden, Germany, 14-16.06, 2015.
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Holeczek, K.; Starke, E.; Winkler, A.; Dannemann, M.; Modler, N.:
Numerical and experimental characterisation of fibre-reinforced thermoplastic composite structures with embedded piezoelectric sensor-actuator-arrays for ultrasonic applications. Applied sciences, 6 (2016) 1.
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Andere Veröffentlichungen
| [Huf11d] | Hufenbach W, Dannemann M, Friedrich J (2011) Berechnung modaler Verlustfaktoren von Faserverbundstrukturen mit partiellen viskoelastischen Dämpfungsschichten. In: Schwingungsdämpfung 2011. VDI-Verlag, Düsseldorf, S 35-43 |
| [Dan11] | Dannemann M, Hufenbach W, Friedrich J, Paul A (2011) Angepasstes numerisches Simulationskonzept zur vibroakustischen Optimierung von Faserverbundpropellern mit integrierten viskoelastischen Zwischenlagen In: 37. DAGA. Düsseldorf, Deutschland, S 543-544 |
| [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 Conf SMASIS, Snowbird, USA, PaperID SMASIS2013-3310 |
| Starke E, Dannemann M, Winkler A, Modler N, Holeczek K: Herstellung und Charakterisierung von Faserverbundstrukturen mit integrierten piezoelektrischen Wandlerarrays für die gerichtete Abstrahlung von Ultraschall (DAGA 2015) |
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| Kostka, P.; Holeczek, K.; Dannemann, M.: Strain-based design strategy for the optimal placement of piezoelectric elements for multi-modal vibration control. V ECCOMAS Thematic Conference on the Mechanical Response of Composites COMPOSITES 2015, S.R. Hallett and J.J.C. Remmers (Editors) |
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| Winkler, A.; Dannemann, M.; Holeczek, K.; Modler, N.; Weiß, M.; Rupitsch, S.: Directional radiation of acoustic waves using piezoelectric sensor-actuator-arrays embedded into textile-reinforced thermoplastics. Proceedings of, European Conference for Composite Materials (ECCM17), Munich,Germany, 26.-30.06, 2016. |
Patente
| [Mod13] | Leichtbau-Zentrum Sachsen GmbH. Anordnung und Verfahren zur direkten Erzeugung eines sensorisch- aktorischen Elements in adaptiven Bauteilstrukturen. Patentanmeldung DE102011010313A1. 2010-02-03 |
| [Sch11] | Technische Universität Dresden, Volkswagen AG. Kraftfahrzeug-Beleuchtungsvorrichtung. Patentanmeldung DE102011121252A1. 2011-12-15 |
| Winkler, A., Holeczek, K., Modler, N., “Verfahren zur Herstellung von mechanisch-elektrischen Fügeverbindungen zwischen mindestens zwei elektrische leitenden Verbunden eines Verbundsystems und multifunktionales Verbundsystem,” October 23, 2015. |
Anwendungspartner
thyssenkrupp AG Tech Center Carbon Composites (TCCC)
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Die ThyssenKrupp AG hat im April 2012 das TechCenter Carbon Composites (TCCC) in Dresden gegründet. Das TCCC bündelt die Kompetenzen des Konzerns im Bereich der Faserverbundwerkstoffe (FVK), führt laufende FVK-Projekte zusammen und unterstützt die Konzernunternehmen im Bereich der Materialauswahl bis hin zur serienreifen Produktion. |
Qantos GmbH (QANTOS)
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Die Kernkompetenz der Firma Qantos GmbH liegt in der Be- und Verarbeitung von faserverstärkten Kunststoffen sowie in der Herstellung komplexer Systembaugruppen. QANTOS ist Systemlieferant für Kunden aus dem Bereichen Schienenfahrzeuge, Personen- und Nutzfahrzeuge und Industrie. Das Angebotsspektrum reicht von der Entwicklung, Konstruktion bis hin zur Fertigung kompletter Interieur- und Exterieur Lösungen. |
SPEKTRA Schwingungstechnik und Akustik GmbH Dresden (SPEKTRA)
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Die SPEKTRA Schwingungstechnik und Akustik GmbH Dresden gehört zu den führenden Herstellern von Messgeräten für die Schall- und Schwingungstechnik. Aufbauend auf den Jahrzehnte langen Erfahrungen im Fachgebiet „elektrisches Messen mechanischer Größen“ hat sich mit SPEKTRA in den zurückliegenden Jahren ein stabiles mittelständisches Unternehmen geformt. 2008 übernahm die SPEKTRA mit der Fa. APS Dynamics einen führenden Entwickler und Hersteller von Schwingerregern und Systemen für Modalanalyse, Tiefstfrequenzkalibrierung und Komponenten. |
Polytec GmbH (POLYTEC)
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Polytec entwickelt, produziert und vertreibt seit über 40 Jahren laserbasierte Messtechnik für Industrie und Forschung. Mit unseren berührungslosen optischen Messsystemen helfen wir unseren Kunden, mechanische Schwingungen zu analysieren, Länge und Geschwindigkeit prozesstauglich zu erfassen sowie Oberflächen- und spektrale Materialeigenschaften zu bestimmen. Polytec ist außerdem Partner führender internationaler Hersteller für Vertrieb, Applikation und Service von Produkten aus dem Bereich der Photonik und optischen Lösungen. Schwerpunkte hier sind die industrielle Bildverarbeitung, optische Telekommunikation, spektrale Messtechnik, optische Strahlungsmesstechnik sowie Laser und elektro-optische Testsysteme. Polytec wurde 1967 in Waldbronn bei Karlsruhe gegründet und hat heute weltweit über 350 Mitarbeiter und unterhält Niederlassungen in Europa, Nordamerika und Asien. |
Smart Material GmbH (SMG)
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Die Smart Material GmbH konzentriert sich auf die Herstellung, den Vertrieb und die Entwicklung neuartiger Piezokomposit-Bauelemente. Zudem bietet Sie als Produkte und Dienstleistungen Software für die Durchführung und das Testen von Piezo Verbundwerkstoffen an. |
Carbon Composites e.V., Regionalabteilung CC Ost (CCO)
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Die Regionalabteilung CC Ost des Carbon Composites e.V. stärkt und bündelt ausgehend vom Leichtbau-Campus Dresden die Faserverbund-Kompetenzen leistungsstarker Unternehmen und Forschungseinrichtungen im ostdeutschen Raum. Der Einzugsbereich der Regionalabteilung reicht zur Zeit von Sachsen über Thüringen und Sachsen-Anhalt bis Brandenburg und Berlin. Durch den Zusammenschluss soll die noch junge Hochleistungs-Faserverbundtechnologie als Spitzentechnologie etabliert werden, womit eine nachhaltige Quelle für Wachstum und Hightech-Arbeitsplätze erschlossen wird. |
Kontakte
Leiter:Prof. Dr.-Ing. Niels Modler
Technische Universität Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Holbeinstr. 3
01307 Dresden
Telephon: +49 351 463-38156
E-Mail: niels.modler@…
Dr.-Ing. Martin Dannemann
Technische Universität Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Holbeinstr. 3
01307 Dresden
Telephon: +49 351 463-38134
E-Mail: martin.dannemann@…
