Entwicklung eines innovativen, kostengünstigen CFK-Baukastensystems zur modularen Fertigung von preiswerten Rahmenkonstruktion aus CFK-Halbzeug mithilfe modernisierten, automatisierten Konstruktionssimulationen für gewichtbezogene Stabilitätserhöhungen von mehr als 20 %

Third Party Funds Group - Overall project


Project Details

Project leader:
Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack


Contributing FAU Organisations:
Lehrstuhl für Konstruktionstechnik

Funding source: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
Acronym: CFK-Baukasten
Start date: 01/04/2018
End date: 31/01/2021


Abstract (technical / expert description):

Das Ziel dieses Vorhabens ist es somit, eine Möglichkeit zu entwickeln, CFK-Hohlprofile modular zu einem komplizierten Rahmensystem verbinden zu können, um auf diese Weise Rahmen aus vorgefertigten CFK-Hohlprofilen modular, kostengünstig, anpassbar und robust fertigen zu können. Durch die Produktion in einem standardisierten Wicklungsverfahren können CFK-Hohlprofile und Verbindungselemente mit einem zu Aluminium konkurrenzfähigen Preis hergestellt werden. Dabei kann das Gewicht um mindestens 20% bei gleichbleibender Steifigkeit realisiert werden, was sich unmittelbar auf Leistungswerte und damit verbunden auch Emissionswerte auswirkt. Durch die deutlich erhöhte Beständigkeit gegenüber Korrosion und Verschleiß sind produzierte Systeme zudem nachhaltiger und kostengünstiger in der Wartung.

Eine solche Entwicklung soll grundlegend in zwei innovativen Arbeitsschritten erfolgen: Die HA-CO Carbon GmbH wird sich mit der Entwicklung der Komponenten eines modularen Systems – also der Produktion von standardisierten, gewickelten CFK-Hohlprofilen und anpassbaren, gewickelten Verbindungselementen – sowie der Entwicklung einer Technologie zur Verbindung solcher Halbzeuge – als weltweit erstes Vorhaben dieser Art – beschäftigen. Um die Anwendbarkeit und das schnelle Vordringen in viele Marktsektoren zu garantieren wird die Arbeitsgruppe des Lehrstuhls für Konstruktionstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg um Prof. Dr.-Ing. Sandro Wartzack eine Methode entwickeln, Rahmenaufbauten aus CFK-Halbzeugen statisch simulieren und automatisiert konstruieren zu können. Eine solche Simulation stellt aufgrund des komplexen Aufbaus von CFK – mit anisotropen Materialeigenschaften durch die anpassbare Faserausrichtung – eine große Herausforderung dar. Angestrebt wird hierbei die Leichtbaukonstruktionen aus CFK auf einen Stand der Anwendbarkeit zu bringen, der für herkömmliche Konstruktionsmaterialien, wie Aluminium oder Stahl – längst zum Standard gehört.

Ein konkretes Ziel des Vorhabens ist mit dieser innovativen Technologie als ersten Demonstrator einen Motorradrahmen zu konstruieren. Dieser wurde in ersten Vorversuchen an der FAU bereits in einer virtuellen Konstruktionsstudie simuliert und bildet die zielweisende Idee des angestrebten Vorhabens. Ein anderes Beispiel für die Auswirkung einer solchen Entwicklung wäre ein Fahrradrahmen aus CFK, wie er bereits jetzt schon sehr verbreitet im Radsport ist. Während ein Stahlrahmen für ein Rennrad für etwa 100 € verfügbar ist, kostet ein gleichwertiger Rahmen aus CFK in etwa 1000 €, da jeder Rahmen in Handarbeit durch schichtweises Laminieren hergestellt wird. Durch die hier vorgeschlagene Entwicklung eines Baukastensystems könnte ein solcher Rahmen für etwa 300 € hergestellt werden und dabei bessere Materialparameter aufweisen, da alle Bauteile automatisiert gewickelt und nicht händisch laminiert oder gepresst wurden.


Publications

Rathert, T., Witzgall, C., & Wartzack, S. (2018). Modular rapid design of multi-material lightweight truss structures – A novel approach. In Ermanni, Paolo; Meboldt, Mirko; Wartzack, Sandro; Krause, Dieter; Zogg, Markus (Eds.), Book of Abstracts. Symposium Lightweight Design in Product Development, Zurich (pp. 21-23). Zürich, CH.

Last updated on 2019-17-06 at 14:07