Faserverbundwerkstoffe

Ingenieurwissenschaften und Informatik

Version 11.0 vom 10.08.2022

11B0146

Fiberreinforced Materials

• Kunststofftechnik (B.Sc.)
• Kunststofftechnik im Praxisverbund (B.Sc.)
• Dentaltechnologie (B.Sc.)
• Werkstofftechnik (B.Sc.)
• Fahrzeugtechnik (Bachelor) (B.Sc.)
• Maschinenbau (B.Sc.)
• Maschinenbau im Praxisverbund (B.Sc.)

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Dieses Modul beschäftigt sich mit einem wesentlichen Baustein aus dem Bereich Leichtbau: den Faserverbundwerkstoffen. Diese auch als Composite bezeichnete Materialien sind Mischungen aus mindestens 2 Materialien: Faser und Matrix. Dieser Verbund stellt besondere Herausforderungen an Fertigung und Dimensionierung entsprechender Bauteile. Im Rahmen dieses Moduls wird insbesondere auf die Faserverbundkunststoffe eingegangen. Dabei wird auf die Herstellung und Eigenschaften der Einzelmaterialien sowie auf die Verarbeitungsverfahren zur Herstellung von Faserverbundbauteilen eingegangen. Dies erfolgt an einer Vielzahl von Beispielen aus der Praxis. Schließlich werden auch die Grundlagen zur Berechnung von Faserverbundbauteilen vermittelt.

Im Rahmen des begleitenden Praktikums werden im Handlaminier- und Harzinfusions-Verfahren Platten hergestellt, deren mechanische Eigenschaften berechnet und experimentell bestimmt werden. Für die Berechnungen werden auch die Faservolumengehalte experimentell bestimmt.

Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls besitzen die Studierenden einen fundierten Überblick über die wichtigsten Materialien und Fertigungsverfahren für Faserverbundkunststoffe. Sie sind in der Lage im Rahmen einer Bauteilentwicklung eine Verfahrensvorauswahl zu treffen und die mechanischen Eigenschaften typischer Laminataufbauten zu berechnen.

• LehrinhalteVorlesung:
• Einführung in die Faserverbundwerkstoffe
• Herstellung und Eigenschaften der Matrixmaterialien
• Herstellung, Eigenschaften und Aufmachung der Fasermaterialien
• Halbzeuge (Prepregs) und Verarbeitungsverfahren
• Polyurethane
• Grundlagen zur Auslegung und Dimensionierung von Faserverbundkunststoffen
  
  Praktikum:
• Planung der Herstellung und Berechnung eines Laminataufbaus
• Herstellung verschiedener Laminataufbauten mittels Handlaminier- und Harzinfusionsverfahren
• Experimentelle Bestimmung von Faservolumengehalt und der mechanischen Eigenschaften
• Vergleich der Ergebnisse der Berechnungen mit den gemessen mechanischen Eigenschaften

Wissensverbreiterung
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage,
- die Grundlagen zur Herstellung und zu den Eigenschaften der wichtigsten Faser- und Matrixwerkstoffe zu erläutern
- die wesentlichen Verarbeitungsverfahren für Faserverbundkunststoffe gegeneinander abzugrenzen
- Faserverbundkunststoffe in Theorie und Praxis herzustellen und zu prüfen
Wissensvertiefung
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage,
- auf Basis von Anforderungsprofilen an Faserverbund-Bauteile eine Verfahrensvorauswahl zu treffen.
- Platten und einfache Prototypen-Bauteile im Handlaminier- und Harzinfusions-Verfahren herzustellen.
- die Anzahl von Faserlagen und Rovings bei gegebener Schichtdicke sowie Faservolumengehalte zu berechnen.
- die mechanischen Kennwerte (Ingenieurkonstanten) für Einzelschichten zu berechnen.
Können - instrumentale Kompetenz
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, die gelernten Herstellungsprozesse und Berechnungsmethoden auf Problemstellungen aus der Praxis zu übertragen.
Können - kommunikative Kompetenz
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, sich mit Fachleuten aus dem Bereich Faserverbundkunststoffe auszutauschen und entsprechende Projekte durchzuführen. Die Gruppenarbeit und die Präsentationen der Endergebnisse fördern die Fähigkeit produktives Mitglied eines Teams zu sein und dort auch Verantwortung zu übernehmen.
Können - systemische Kompetenz
Nach erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden grundsätzlich in der Lage, bei bekanntem Anforderungsprofil an ein Bauteil eine Vorauswahl geeigneter Faser/Matrix-Kombinationen und Verarbeitungsverfahren zu treffen. Dabei kann auch zu konkurrierenden Verfahren wie dem Spritzgießen von kurz- und langfaserverstärkten Kunststoffen abgegrenzt werden, die nicht Bestandteil dieses Moduls sind.

Vorlesungen mit angeleiteten Selbstrechenübungen,Praktikum: Laborexperimente mit Bericht

Kenntnisse ausGrundlagen Mathematik, Grundlagen Chemie, Statik, Grundlagen WerkstofftechnikFestigkeitslehre, Werkstoffkunde Polymere

Krumpholz, Thorsten

Krumpholz, Thorsten

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Neitzel, M.; Mitschang, P.: Handbuch Verbundwerkstoffe, Carl Hanser Verlag, München, 2014

Ehrenstein, G.: Faserverbund-Kunststoffe, Carl Hanser Verlag, München, 2006

Lengsfeld, H.; Fabris, F.; Krämer, J.; Lacalle, J.; Altstädt, V.: Faserverbundwerkstoffe – Prepregs und ihre Verarbeitung, Carl Hanser Verlag, München, 2014

Schürmann, H.: Konstruieren mit Faser-Kunststoff-Verbunden, Springer Verlag, Berlin, 2007

Handbuch Faserverbund-Kunststoffe / Composites – Grundlagen, Verarbeitung, Anwendungen, Springer Vieweg Verlag, Berlin, 2013

Klausur 2-stündig

Praxisbericht, schriftlich

In der Klausur wird das erworbene Wissen zu den Materialien und Fertigungsverfahren für Faserverbundkunststoffe abgefragt. Zusätzlich werden Berechnungen zur Auslegung von Laminataufbauten und Einzelschichten durchgeführt.

In der Klausur wird das erworbene Wissen zu den Materialien und Fertigungsverfahren für Faserverbundkunststoffe abgefragt. Zusätzlich werden Berechnungen zur Auslegung von Laminataufbauten und Einzelschichten durchgeführt.

1 Semester

Nur Sommersemester

Deutsch