Innovative Kunststoffverarbeitung für Leichtbauanwendungen

11M2220

Master

Deutsch

5.0

nur Wintersemester

1 Semester

Das Thema Leichtbau spielt insbesondere bei der Luft- und Raumfahrt, in Maschinenbau, Fahrzeugtechnik und Mobilität sowie in den Bereichen Sport und Freizeit eine entscheidende Rolle. Dabei besteht das Ziel darin, durch eine geeignete Kombination von Leichtbau-Strategien, Leichtbau-Bauweisen und Leichtbau-Werkstoffen möglichst hohe gewichtsspezifische Bauteileigenschaften zu erreichen. Aufgrund seiner geringen Dichte ist der Werkstoff Kunststoff ideal, um Leichtbauziele zu erreichen. 
In diesem Modul wird daher zunächst ein Überblick zum Thema Leichtbau gegeben. Im Bereich der Materialien werden dann die Leichtbauwerkstoffe auf Basis von Kunststoffen vertieft. Ein Fokus wird hier auf den endlosfaserverstärkten Kunststoffen liegen. Dazu werden sowohl die Faser- und Matrixmaterialien näher beleuchtet. Insbesondere wird zwischen den Duromeren und Thermoplasten unterschieden. 
Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Vertiefung der verarbeitungstechnischen Grundlagen thermoplastischer Werkstoffe. Aufbauend auf den Grundlagenvorlesungen im Bachelorstudiengang werden kunststoffspezifische Verarbeitungstechniken und Ursachen-Wirkungszusammenhänge in diesem Modul weiter vertieft und es wird auf die wesentlichen Sonderverfahren der Kunststoffverarbeitung im Sinne des Fertigungsleichtbaus eingegangen. Ferner werden die Bereiche "Digitalisierung in der Kunststoffverarbeitung" und innovativer Formenbau (Werkzeugtechnik) behandelt.
In der Vorlesung werden die Grundlagen des Leichtbaus, des Werkstoffs Kunststoff (inkl. Verstärkungsmaterialien) und die relevanten Kunststoffverarbeitungsverfahren sowie Digitalisierung in der Kunststoffverarbeitung und innovative Werkzeugtechnik vermittelt. Im Laborpraktikum lernen die Studierenden dann ausgewählte Verarbeitungsverfahren kennen, indem sie mit diesen Verfahren Bauteile mit einfachen Geometrien praktisch herstellen.

Vorlesung:

• Vermittlung der Grundbegriffe und -zusammenhänge des Leichtbaus (Leichtbaustrategien, Leichtbauweisen, Leichtbauprinzipien)
• Überblick der Faser-Materialien zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe (Stoffleichtbau) – Glas-, Kohle, Kunststoff-, Naturfasern
• Überblick der Matrix-Materialien zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe (Stoffleichtbau) – Duromere, Thermoplaste
• Überblick innovativer Verarbeitungsverfahren zur Herstellung von Faserhalbzeugen und Prepreg-Materialien
• Überblick innovativer Kunststoffverarbeitungsverfahren mit Blick auf Fertigungsleichtbau zur Bauteilherstellung (WIT, GIT, PIT, TSG, Hinterspritzen von Organoblechen, Schmelzkerntechnik (alle Thermoplaste) / wesentliche Prozesse zur Herstellung faserverstärkter Kunststoffe (Duromere))
• Vermittlung einer Vorgehensweise zur anwendungsgerechten Auswahl geeigneter Materialien und Fertigungsverfahren

Labor-Praktikum

• Praktisches Kennenlernen verschiedener Verfahren zur Herstellung von (faserverstärkten) Kunststoffbauteilen für Leichtbauanwendungen
• Erlernen der Auswirkung wesentlicher Prozessparameter auf die Bauteileigenschaften
• Labor für Kunststoffverarbeitung: Herstellung einfacher THERMOPLAST-Bauteilgeometrien mittels Gasinjektionstechnik (GIT), Thermoplastschaumspritzgießen (TSG) und Hinterspritzen umgeformter Organobleche
• Labor für Faserverbundkunststoffe: Herstellung einfacher DUROPLAST-Bauteilgeometrien mittels Light-Resin Transfer Molding (RTM) und Prepreg-Technologie

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

• Klausur oder
• mündliche Prüfung

• experimentelle Arbeit

Die Wahl der Prüfungsart aus den vorgegebenen Optionen obliegt den jeweils Prüfenden. 
Die Wahl der Prüfungsart wird den Studierenden zu Semesterbeginn mitgeteilt.

Benotete Prüfungsleistung:
- Klausur: siehe jeweils gültige Studienordnung
- Mündliche Prüfung: siehe jeweils gültigen Allgemeinen Teil der Prüfungsordnung

Unbenotete Prüfungsleistung:
- Experimentelle Arbeit: ca. 5-10 Versuche inkl. Praktikumsprotokolle

Für dieses Modul sollten Vorkenntnisse im Bereich Kunststofftechnik vorhanden sein. Dazu gehören die Bereiche Werkstoffkunde der Kunststoffe, Kunststoffverarbeitung mit Fokus Spritzgießen sowie Faserverbundkunststoffe.

Die Studierenden lernen weitere leichtbaurelevante Verarbeitungsverfahren zur Herstellung verstärkter und unverstärkter Thermoplast- und Duromer-Bauteile kennen. Dazu verstehen sie zunächst die Grundlagen des Leichtbaus und später bisher nicht vermittelte Fertigungsverfahren in der Kunststoffverarbeitung, sowie spezifische Themen zur Digitalisierung in der Kunststofftechnik und zum innovativen Werkzeugbau.

Die Studierenden können alle leichtbaurelevanten Verarbeitungsverfahren zur Herstellung verstärkter und unverstärkter Thermoplast- und Duromer-Bauteile in Beziehung erklären und den einzelnen Bereichen des Leichtbaus zuordnen.

Die Studierenden, die dieses Modul erfolgreich absolviert haben, verfügen über eine detaillierte Kompetenz in den gängigen Verfahren der industriellen Kunststoffverarbeitung, inkl. relevanter Sonderverfahren.

Die Studierenden sind in der Lage bei einer Produktentwicklung für Kunststoff-Bauteile sowohl eine optimale Material- als auch Verfahrensauswahl zu treffen. Dazu gehört es auch die nötige Werkzeugtechnik, Prozessführung und Digitalisierung mit ihren Grenzen und Möglichkeiten einzuschätzen und nutzbar zu machen.

Die Studierenden wenden das erlernte Wissen im Rahmen des Praktikums an ausgewählten Verfahren und Material(kombinationen) und Bauteilbeispielen an. Das Praktikum wird in Gruppen durchgeführt und ein Bericht ist zu verfassen.

Die Studierenden wenden der erlernte im Rahmen eines Praktikums an. Das Praktikum wird in Gruppen durchgeführt und ein Bericht ist zu verfassen.

• Krumpholz, Thorsten

• Krumpholz, Thorsten
• Schröder, Cathrin

Ralf Schwegmann