EO

Bamboewikkeltechniek voor lichte constructies

23 april 2020 om 15:06 uur

Door een met zesassige robots geautomatiseerd wikkelproces kunnen holle vezelversterkte composietprofielen met koolstofvezel met elkaar worden verbonden.

Bamboepalen worden in Azië al eeuwenlang gebruikt voor het maken van lichte draagconstructies, door ze met touw met elkaar te verbinden. Door het kruisen en wikkelen van touwen rond de knooppunten, worden de bamboepalen met elkaar verbonden. Het ‘wbk Institut für Produkiontechnik‘ van het ‘Karlsruher Institut für Technologie’ (KIT) past een gelijksoortige techniek toe. In een sterk geautomatiseerde wikkelproces worden holle vezelversterkte composietprofielen met koolstofvezel met elkaar verbonden, gebaseerd op een compleet virtuele procesketen.

 

Met vakwerkconstructies van holle profielen of draagconstructies (frameconstructies) van hybride, vezelversterkte kunststoffen zijn lichte constructies te maken. Tegelijkertijd beschikken dergelijke constructies over prima mechanische eigenschappen. Maar de verbindingstechniek voor twee profielen die onder een hoek samenkomen, is nog steeds een grote uitdaging. Geen van de bekende verbindingstechnieken is in staat de profielen veilig en zonder beperkingen met elkaar te verbinden.
Geïnspireerd op de oude bamboeverbindingstechnieken is bij het Instituut voor Productietechniek van het KIT een variant van deze techniek ontwikkeld. Hierbij wordt gebruikgemaakt van zesassige robots om koolstofvezels om holle profielen van vezelversterkte composieten te wikkelen. Dit sterk geautomatiseerde wikkelproces maakt het mogelijk efficiënt en economisch lichtgewicht vakwerk- en draagconstructies te ontwikkelen - ook voor mobiliteitstoepassingen.

 

CAE-procesketen

Maar niet alleen de verbindingstechniek zelf is bijzonder. Voor het complete proces is een complete CAE-procesketen ontwikkeld. Het wikkelproces kan worden ontworpen, gepland en uitgevoerd via een grafische gebruikersinterface. Het berekenen van het wikkelpatroon, het ontwerpen van de verbindingen volgens FEM en het simuleren van de bewegingen van de wikkelrobot zijn allemaal in de virtuele keten opgenomen. "De productie-eenheid is een complex, uitgebreid technisch systeem dat door de eindgebruikers als geheel kan worden gebruikt voor de assemblage van profielen. Door de modulaire opbouw kan het systeem flexibel worden aangepast aan de betreffende taak", zegt Marius Dackweiler, onderzoeker bij het wbk-instituut van het KIT.


Naast de complete CAE-keten is in de afgelopen jaren een modelmatige methode ontwikkeld voor het synchroniseren van de robotbeweging en de rotatie van de wikkelringen. Dit zorgt ervoor dat de eigenlijke wikkelbewegingen altijd overeenkomen met de gemodelleerde bewegingen of dat, in geval van afwijkingen, de beoogde bewegingen snel worden hersteld. Daarnaast is het vezelspansysteem uitgebreid met een op druksensoren gebaseerde regel eenheid om een gelijkmatigere verdeling van de spanning mogelijk te maken.

 

cae Met de ontwikkelde virtuele CAE-procesketen kunnen de verbindingen en het wikkelpatroon worden berekend evenals de bewegingen van de wikkelrobot en de rotatie van de wikkelringen. 

 

Zuinig

"Bovendien is het proces bijzonder zuinig met grondstoffen, omdat de vezels kunnen worden afgezet in overeenstemming met de belastingsrichting, zodat er een bijzonder kleine hoeveelheid materiaal wordt verbruikt", aldus Dackweiler, die dit als belangrijk voordeel van de nieuwe technologie beschrijft. In dit geval betekent het feit dat de vezels optimaal zijn ontworpen voor een bepaalde belastingsweg, dat ze tijdens het verbinden alleen daar worden afgezet waar ze nodig zijn voor de belastbaarheid van het hele systeem. En een echt alternatief bestaat volgens Dackweiler eigenlijk niet: "Traditionele verbindingstechnieken zoals lijmen, lassen of schroeven presteren ofwel slechter, vernietigen de vezelstructuren of kunnen niet worden gebruikt voor duromere vezelcomposietprofielen".

 

robot Een functioneel prototype bestaat al en er wordt gezocht naar een partner voor de industriële implementatie. 

 

Veel mogelijke toepassingen

Als je kijkt naar belastbaarheid hebben vakwerkconstructies over het algemeen een laag nettogewicht in vergelijking met andere gangbare constructiemethoden. Met de verbindingstechniek kan je dus bijzonder lichte, stijve en tegelijkertijd kostenefficiënte vakwerk- of trussconstructies maken voor de bouw en de kraanindustrie. Kraanbomen bijvoorbeeld worden meestal gemaakt met metalen profielen of ingewikkelde, metalen knoopelementen. Die elementen kan je vervangen vezels die in het verlengde van de belastingsweg worden gewikkeld. Het resultaat is een constructie van lichte profielen met een aanzienlijk lagere massa.

 

Partner gezocht

Verdere toepassingen zijn denkbaar in de automobiel- en tweewielerconstructie. In deze markten worden ‘spaceframes' voor chassis gebruikt als zogenaamde roosterframes. "De charme van dit verbindingsproces ligt in het feit dat er tijdens het verbinden geen schade wordt toegebracht aan de geavanceerde vezelcomposietprofielen, zoals bij het lassen of schroeven het geval zou zijn", legt Dackweiler uit. Door de vooruitgang die de afgelopen twee jaar is geboekt, is volledige automatisering voor potentiële klanten nu mogelijk. Dit is een belangrijke stap op de weg naar serieproductie. Een functioneel prototype bestaat al en daarom zoekt het instituut op dit moment naar een partner voor de industriële implementatie.

 

Video's

Engineering Big Ideas: Manufacturing

Engineering Big Ideas: Manufacturing

In de videoserie Engineering Big Ideas onderzoeken een aantal grote bedrijven, waaronder Mouser en…

Hoe verandert technologie je gedrag?

Hoe verandert technologie je gedrag?

Professor Interactief Design Geke Ludden van de Universiteit Twente in deze video van de…

Gigantische robot Gundam zet eerste stapjes

Gigantische robot Gundam zet eerste stapjes

De Japanse megarobot Gundam heeft onlangs zzijn eerste stapjes gezet. De 18 meter hoge, 25 ton…

Kogelvisdrone maakt zich groot bij gevaar

Kogelvisdrone maakt zich groot bij gevaar

Ingenieurs van de University of Colorado Boulder en de University of Calgary hebben een drone…

MIT ontwikkelt Corona-robot voor contactloze patiëntcomminucatie

MIT ontwikkelt Corona-robot voor contactloze patiëntcommunicatie

Om zorgmedewerkers te beschermen tegen blootstelling aan Covid-19, hebben het Massachusetts…

Meer videos »

Laatste nieuws

Nieuw motorconcept kan vliegtuiguitstoot met 20 tot 50% verminderen

Nieuw motorconcept kan vliegtuiguitstoot met 20 tot 50% verminderen

Onderzoekers van de TU Delft gaan - samen met partners Safran Group, Airbus en Rotterdam The Hague Innovation Airport ] - werken aan een geavanceerde ‘Advanced Propulsion and Power Unit’ (Appu) voor vliegtuigen van…

Nieuwe stap in ontwikkeling goedkope, printbare sensoren

Nieuwe stap in ontwikkeling goedkope, printbare sensoren

Onderzoekers van UHasselt, Swansea University en de Universiteit van Dresden hebben stappen gezet in de ontwikkeling van infraroodsensoren uit goedkope, printbare elektronica. “Onze sensoren bestaan uit organische…

'Corona dwingt tot versneld digitaliseren en draagt bij aan fundamentele herziening arbeidsmarkt'

'Corona dwingt tot versneld digitaliseren en draagt bij aan fundamentele herziening arbeidsmarkt'

De coronapandemie dwingt bedrijven tot versneld digitaliseren. De pandemie leidt tot toenemende onzekerheid op de arbeidsmarkt en draagt, in combinatie met toenemende automatisering, bij aan een fundamentele herziening…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Product van de maand

RSS
Veilige Laserscanner PSENscan | Nu ook verticaal te gebruiken

De veiligheids- laserscanner PSENscan is nu ook geschikt voor het beveiligen van de gebieden die verticale toepassingen...

Agenda

2 november 2020, online

Hoppenbrouwers 'Leren & Werken event'

Event over de kansen en opleidingsmogelijkheden binnen het technische installatiebedrijf Hoppenbrouwers.

3 november 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

3, 4, 10, 11 november 2020

5 november 2020, online

EMVT Kennisdag

Toepassers en ontwikkelaars op het gebied van vermogenselektronica en elektromagnetisme delen hun kennis...

Meer agendapunten »