Workshop über faserverstärkte Thermoplaste und die Praxis des Laser-Durchstrahlschweißens

07.06.2019
Von: Marco Siegl, Korbinian Schröcker

Großer Andrang aus der deutschen und tschechischen Industrie sowie von Forschenden beim Wissens- und Technologietransfer, der im Rahmen des internationalen Forschungsprojekts „TheCoS – Thermoplastic Composite Structures“ stattfand.

Die Teilnehmenden des bilateralen Workshops rund um faserverstärkte Thermoplaststrukturen im Leichtbau und die Anbindungstechnologie mittels Laser-Durchstrahlschweißen kamen sowohl aus der Industrie als auch aus der Forschung an die OTH Regensburg.

Die Teilnehmenden des bilateralen Workshops rund um faserverstärkte Thermoplaststrukturen im Leichtbau und die Anbindungstechnologie mittels Laser-Durchstrahlschweißen kamen sowohl aus der Industrie als auch aus der Forschung an die OTH Regensburg. Foto: Anna Afanasev

Daniel Kaiser von der TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH beantwortet Fragen zu seinem Vortrag „Lasertransmission Welding of Glass Fiber Reinforced Plastics with Pyrometer Control“, den er am 15. Mai 2019 an der OTH Regensburg hielt.

Daniel Kaiser von der TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH beantwortet Fragen zu seinem Vortrag „Lasertransmission Welding of Glass Fiber Reinforced Plastics with Pyrometer Control“, den er am 15. Mai 2019 an der OTH Regensburg hielt. Foto: Felix Schäfer

Zum Abschluss stellte Prof. Dr.-Ing. Stefan Hierl den Technologiecampus Parsberg-Lupburg vor, der im Herbst 2019 seinen Betrieb aufnimmt. Vor Ort dann auch das Labor Laser-Materialbearbeitung von Prof. Dr. Hierl.

Zum Abschluss stellte Prof. Dr.-Ing. Stefan Hierl den Technologiecampus Parsberg-Lupburg vor, der im Herbst 2019 seinen Betrieb aufnimmt. Vor Ort dann auch das Labor Laser-Materialbearbeitung von Prof. Dr. Hierl. Foto: Felix Schäfer

Am 15. Mai 2019 veranstalteten die Labore Faserverbundtechnik unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Ingo Ehrlich und Laser-Materialbearbeitung unter Leitung von Prof. Dr.-Ing. Stefan Hierl sowie deren Projektpartner vom New Technologies - Research Center (NTC) der Westböhmischen Universität Pilsen (Tschechische Republik) den internationalen Workshop „Reinforced Thermoplastics in Lightweight Structures and their Welding“ an der Ostbayerischen Technischen Hochschule Regensburg (OTH Regensburg).

Die rund 40 Teilnehmerinnen und Teilnehmer überwiegend aus der Industrie sowie der Forschung bekamen einen Einblick in die Forschungsergebnisse aus dem Projekt „TheCoS – Thermoplastic Composite Structures“ zur Herstellung und Materialqualifizierung von faserverstärkten Thermoplaststrukturen sowie dem Laser-Durchstrahlschweißen mit Temperaturüberwachung. Abgerundet wurde der Workshop durch externe Vorträge von Ingenieurinnen beziehungsweise Ingenieuren aus Branchen, die sich mit diesen Technologien beschäftigen und einen Praxiseinblick sowie mögliche Anwendungsfelder darboten.

Wissenstransfer für Stärkung der Wirtschaft im Grenzraum

Neben der Entwicklung neuer Technologien im Grundlagenforschungsbereich und der Vernetzung von Forschungseinrichtungen im bayerisch-tschechischen Grenzraum hat das von der Europäischen Union mit Mitteln aus den Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) seit September 2016 geförderte Projekt den Auftrag, das generierte Wissen an interessierte Unternehmen und Institute durch entsprechende Workshops zu transferieren. 

Ziel eines solchen nachhaltigen Wissenstransfers ist die Erhöhung der Innovationsleistung von Unternehmen im Grenzraum und damit eine Stärkung der Wirtschaft. Vor allem für kleine mittelständische Unternehmen stellen solche Veranstaltungen Möglichkeiten zum Netzwerkaufbau und Zugang zur Forschung dar, wodurch zukünftig gebündelte Kompetenzen zur Entwicklung neuer Produkte beitragen können.

Bilateraler Workshop rund um faserverstärkte Kunststoffe

„Eine Wissensgenerierung hat nur einen Nutzen, wenn das Wissen auch in Wirtschaft und Forschung tradiert wird, um Neuentwicklungen anzustoßen und den Stand der Technik in den spezifischen Forschungsfelder Leichtbau und Laser-Materialbearbeitung auf ein neues Niveau zu heben“, mit diesen Worten eröffnete Prof. Dr.-Ing. Ingo Ehrlich den bilateralen Workshop. Daneben richtete der Dekan der Fakultät Maschinenbau, Prof. Dr.-Ing. Ulrich Briem, einige Begrüßungsworte an das Auditorium. 

Vormittags fokussierte sich der Workshop auf die Herstellung, Materialqualifizierung und Anwendung von faserverstärkten Kunststoffen. Marco Siegl, M.Sc. stellte als zentraler Ansprechpartner das Projekt TheCoS mit der Unterteilung der verschiedenen Arbeitsgebiete der Kooperationspartner kurz vor und startete den fachlichen Teil des Workshops mit dem Vortrag „Impregnation Technology and Winding Process of Fiber-Reinforced Thermoplastics“. 

Diese Präsentation erklärte die Herausforderungen in der Imprägnierung von Verstärkungsfasern mit thermoplastischen Kunststoffen anhand von Berechnungsmethoden und verschiedener Viskositätsmodelle. Die analytische Herangehensweise dient dazu, optimale Parameter zu identifizieren für eine zielgerichtete Auslegung und Konstruktion eines Imprägnierungsmoduls, welches in einer Anlage zur Herstellung von Faserverbundrohren mittels Wickeltechnik integriert ist. 

Im Anschluss an den Vortrag wurde die im Rahmen des Projekts konzipierte Wickelanlage in den Laborräumen besucht. Sven Ladewig, M.Sc. demonstrierte die Funktionsweise der Maschine und ging auf Fragen der Teilnehmerinnen und Teilnehmer ein. 

Vortrag und Publikation über Thermoplaste 

Vom NTC in Pilsen referierte Ing. David Rieger, Ph.D. über die Notwendigkeit und die Ergebnisse von Materialuntersuchungen im Vortrag „Thermomechanical Properties of Fiber-Reinforced Thermoplastics“. Dabei wurden unter anderem auf die Viskositätseigenschaften von Thermoplaste in Abhängigkeit der Temperatur und Scherrate, welche zur Auslegung der Imprägniereinheit relevant sind, sowie das Verhalten von Thermoplasten unter Umwelteinflüssen eingegangen.

Letzteres mündete bereits in einer gemeinsamen Veröffentlichung des Labors Faserverbundtechnik mit dem Department Engineering of Special Materials im Tagungsband der „3. OTH-Clusterkonferenz“ im April 2018; diese wurde von Marco Siegl, M.Sc. als Forschungsassistent des Clusters „KmK - Konstruieren mit Kunststoffen“ am 13.04.2018 in Weiden präsentiert. 

Faserverstärkte Duroplaste im Blick

Zum Abschluss des Workshop-Programms zu Composites erläuterte Matthias Bruland, M.Sc. von der Reinhausen Power Composites GmbH als externer Redner Anwendung und Testverfahren von faserverstärkten Duroplastrohren in der Hochspannungstechnik. Die als Isolatoren eingesetzten Faserverbundrohre müssen dabei umfangreiche mechanische und elektrotechnische Anforderungen erfüllen. 

Die Teilnehmenden erhielten hier einen Einblick, inwieweit gewickelte Faserverbundrohre industriell eingesetzt werden können. Das Wickelverfahren von faserverstärkten Duroplasten findet schon seit langer Zeit Anwendung in der Industrie, da Duroplaste vor der Aushärtung eine relativ geringe Viskosität aufweisen und die Verstärkungsfasern sich ohne größeren Aufwand durchtränken lassen im Gegensatz zu aufgeschmolzenem Thermoplastmaterial als Matrixsystem.

Laser-Durchstrahlschweißen von faserverstärkten Thermoplasten

Den ersten Vortrag der Nachmittagssession hielt Anton Schmailzl, M.Sc. von der OTH Regensburg über „Simulation Based Process Design“. Der Fokus lag auf der virtuellen Prozessentwicklung des Laser-Durchstrahlschweißens, mit deren Hilfe zum Beispiel Prozesseinflussgrößen sehr einfach und schnell analysiert werden können. 

Die Ermittlung der notwendigen Datenbasis für diese Entwicklung wurde im darauffolgenden Vortrag von Doc. Ing. Jirí Martan, Ph.D. des NTC Pilsen, zum Thema „Temperature and Optical Properties Measurement in Laser Welding of Plastics and Composites for Quality Inspection“ vorgestellt. Er berichtete unter anderem über optische Messverfahren, wie zum Beispiel die Transmissions- und Reflexionsmessungen, deren Ergebnisse direkt für die Validierung des oben genannten Simulationsmodells übernommen wurden.

Das Laser-Durchstrahlschweißen in der Praxis

Die Anwendung des Laser-Durchstrahlschweißens war Thema des zweiten Blocks der Nachmittagssession. Den Anfang machte Korbinian Schröcker, M.Eng. der OTH Regensburg, mit einem Vortrag über „Laser Welding of Continuous Reinforced Plastics“. Der Fokus der Präsentation lag auf den gemessenen Temperatursignalen aus dem Schweißprozess verschiedener, faserverstärkter Kunststoffe und den Rückschlüssen aus diesen auf den Prozessverlauf. 

Auch die erreichbaren Schweißnahtfestigkeiten wurden erläutert. Der Brückenschlag zur industriellen Anwendung wurde durch Daniel Kaiser von der Firma TRUMPF Laser- und Systemtechnik GmbH hergestellt. Sein Vortrag „Lasertransmission Welding of Glass Fiber Reinforced Plastics with Pyrometer Control“ fasste die wesentlichen Aspekte zusammen und stellte die zugehörigen, kommerziell erhältlichen Technologien im Bereich der pyrometrischen Temperaturüberwachung und des Laser-Durchstrahlschweißens vor.

Kurz vorgestellt: der Technologiecampus Parsberg-Lupburg

Zum Abschluss dankte Prof. Dr.-Ing. Stefan Hierl den zahlreichen Zuhörerinnen und Zuhörern für ihr Kommen und den Referenten aus Pilsen und Regensburg für die interessanten Vorträge. Im Zuge dessen stellte er auch den Technologiecampus Parsberg-Lupburg, einen kooperativen Forschungsstandort der OTH Regensburg und der Technischen Hochschule Deggendorf, vor, der im Herbst 2019 seinen Betrieb aufnehmen wird und unter anderem das Labor Laser-Materialbearbeitung von Prof. Dr. Hierl beheimatet.

Der erfolgreiche Workshop regte zu zahlreichen Diskussionen an, die in den Pausen und nach den Vorträgen weitergeführt wurden. Die neuen Kontakte könnten perspektivisch zu neuen Kooperationen führen, die nach dem Projektende von TheCoS Ende August 2019 als aussichtsreiche Optionen zur Weiterentwicklung und anwendungsorientierten Forschung der Technologien gesehen werden können.

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