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

ASML wint Semi Americas Award voor EUV-lithografie

ASML wint Semi Americas Award voor EUV-lithografie

ASML heeft de Semi Americas Award gekregen voor de inspanningen van het bedrijf op het gebied van…

Twee mega-bliksemschichten verbreken wereldrecords

Twee mega-bliksemschichten verbreken wereldrecords

De in Genève gevestigde Wereld Meteorologische Organisatie (WMO) heeft twee ‘megaflash…

Slimme bezorg-drones pakken de bus (video)

Een slimme bezorg-drone pakt de bus (video)

Het vervoer van pakketjes door de lucht kan helpen om het aantal verkeersopstoppingen in…

Een robot die groeit als een plant

Een robot die groeit als een plant

De ingenieurs van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben een robot ontwikkeld die…

MX3D 3D-print robotarm naar digital twin

MX3D 3D-print robotarm naar digital twin

MX3D en Altair hebben samen een industriële robotarm ontworpen en 3D-geprint voor een ABB-robot…

Meer videos »

Laatste nieuws

Virgin Galactic onthult ontwerp hogesnelheidsvliegtuig

Virgin Galactic onthult ontwerp hogesnelheidsvliegtuig

Virgin Galactic heeft het eerste stadium van het ontwerp voor de bouw van zijn hogesnelheidsvliegtuigontwerp aangekondigd. Ook ondertekende het bedrijf een niet-bindend Memorandum of Understanding (MOU) met Rolls-Royce…

Reuzenrad 2.0 (video)

Reuzenrad 2.0 (video)

Ontwerpbureau NorthernLight, ingenieursbureau KCI The Engineers, technologiebedrijf Bosch Rexroth en staalconstructiebedrijf Hillebrand hebben samen een nieuw soort reuzenrad ontworpen.

Zelfhelende 'huid' voor robots (video)

Zelfhelende 'huid' voor robots (video)

Hoe handig zou het zijn als een scheur in onze broek zich net zo gemakkelijk zou herstellen als een snee in ons been? Het lijkt misschien een ver-van-mijn-bed-show, maar het is wellicht dichterbij dan we denken.…

Meer nieuws »

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Gratis nieuwsbrief

safety update
 

Agenda

11 augustus 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

11, 12 , 18, 19 augustus 2020

19 augustus 2020, Vianen

Machineveiligheid in een dag

22 september 2020, Vianen

Masterclass Machineveiligheid XL

22, 23, 29, 30 september 202

Meer agendapunten »