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Leichte und schwingungsdämpfende hybride FVK-Metall-Rohre mit strukturintegrierter Sensorik für BTA-Tiefbohrprozesse

Das BTA-Tief­bohren ist ein Ver­fah­ren zur Erzeugung von Bohrungen mit hohen Länge-zu-Durchmesser-Verhältnissen. Die er­for­der­lichen Werkzeuglängen führen hierbei jedoch zu einer erhöhten Schwingungsneigung des Werk­zeug­systems. Starke Torsionsschwingungen beim Bohren, die vor allem bei der Bearbeitung hochlegierter Werkstoffe ent­ste­hen, führen zu erhöhtem Verschleiß der Schneiden und Führungsleisten sowie zu einer reduzierten Bohrungsgüte. Eine Mög­lich­keit zur Ver­bes­se­rung des dy­na­misch­en Verhaltens ist der Ein­satz von Bohrrohren aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK). Die aus der heterogenen Struk­tur aus Glas- bzw. Kohlenstofffasern und der polymeren Matrix resultierende Schwingungsdämpfung wirkt sich positiv auf das Verschleißverhalten und die Bohrungsqualität aus. Aufgrund der  typischer­weise hohen Bauteilkosten stellt zudem die damit einhergehende Steigerung der Prozesssicherheit einen großen Vorteil dar.

Aufgrund vielversprechender Voruntersuchungen mit ei­nem CFK-Prototypen (s. Abbildung) soll da­her in diesem Ko­ope­ra­ti­ons­pro­jekt des Instituts für Spanende Fertigung (ISF), des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden (IPF) und des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren (IZFP) ein hybrides FVK-Bohrrohr mit strukturintegrierter Sensorik ent­wickelt wer­den. Neben den Er­fah­run­gen aus Grund­lagen­unter­suchungen zum BTA-Tief­bohren und zur Herstellung, zum Ein­satz und zur messtechnischen Überwachung von Metall-CFK-Leichtbaustrukturen ist durch die Ko­ope­ra­ti­on mit den Firmen carbovation, BGTB und Kaiser Ma­schi­nen­bau und Zerspanungstechnik von der Ent­wick­lung über die Konstruktion und Herstellung der Bohrrohre bis zur Einsatzvalidierung die Unter­stüt­zung und der Ein­fluss der Expertise industrieller Partner sichergestellt. Zur Qualifi­zierung für den in­dus­tri­el­len Ein­satz stehen bei der Ent­wick­lung des FVK-Bohrrohrs neben dem direkten Ein­fluss auf den Tiefbohrprozess und damit auf den Werkzeugverschleiß und die Bohrungsgüte zudem die materialspezifischen Ei­gen­schaf­ten von Faserverbundwerkstoffen (Laminataufbau, KSS-Ein­fluss, hybride Verbindungselemente) und die senso­rische Erfassung der im Verbund wirkenden Belastungen im Fokus. Der Ein­satz von FVK für Werkzeugsysteme erfordert Un­ter­su­chun­gen der Wechsel­wirkungen der Matrix und der Fasern mit anderen Maschinenkomponenten, z.B. im Be­reich von Dichtstellen oder Kontaktstellen am Dämpfungssystem, sowie mit KSS und Spänen. Zu­dem muss für den Ein­satz strukturintegrierter Sensorik der Faserwickelprozess hinsichtlich der Anbindung der Sensorfasern bei möglichst geringem Ein­fluss auf den Faserverbund ent­wickelt wer­den.

Es er­fol­gen im Rah­men des Projekts um­fas­sen­de ex­peri­men­telle und simula­tionsgestützte Un­ter­su­chun­gen zur Schwingungsoptimierung und zur Anpas­sung des Laminataufbaus an den Zerspanprozess. Korrosionsvorgänge bei direktem Kontakt zwischen Fasern und Metall ma­chen zur dauerhaften Anbindung von metallischen Komponenten die Ent­wick­lung hybrider Verbindungssysteme er­for­der­lich. Mithilfe einer Datenleitung zu Sensoren im Bohrkopf und Sensoren im Laminat des Bohrrohrs wer­den die prozessparallele Erfassung wich­ti­ger Prozessgrößen und kritischer Belastungsfälle und so ein Condition Monitoring des Werkzeugsystems un­ter­sucht.

© ISF
a) Aufbau FVK-Bohrrohr b) BTA-Tiefbohrmaschine mit Messtechnik c) Reduzierung der Torsionsschwingungen durch den Ein­satz eines CFK-Bohrrohrs

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Anfahrt & Lageplan

Von der A1

Vom Autobahnkreuz Dort­mund/Unna auf die A44 Rich­tung Dort­mund, diese geht in die B1 über. Ausfahrt Dort­mund-Dorstfeld, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Von der A 45

Ausfahrt Dort­mund-Eichlinghofen, Rich­tung Uni­ver­si­tät (weiter siehe Karte).

Alternativ kön­nen Sie sich die Anfahrt auch berechnen lassen: Google Maps.

Anreise mit der Bundesbahn bis Dort­mund oder Bochum Hbf.

Ab Dort­mund Hbf mit der S1 Rich­tung Düsseldorf bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (7 Minuten Fahrzeit).

Ab Bochum Hbf mit der S1 Rich­tung Dort­mund bis zur Haltestelle Dort­mund Uni­ver­si­tät (14 Minuten Fahrzeit).

Die S-Bahn fährt in beide Richtungen regelmäßig alle 20 Minuten. Von der S-Bahn Haltestelle aus mit der H-Bahn (Haltestelle S-Uni­ver­si­tät) bis zur Haltestelle Cam­pus Süd (1 Station, fährt im 10 Minuten-Takt).

Zu den Wahrzeichen der TU Dort­mund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dort­mund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Cam­pus Süd und Dort­mund Uni­ver­si­tät S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Cam­pus Nord und Cam­pus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zu­rück.

Vom Flughafen Dort­mund

Mit dem Taxi zur TU Dort­mund, Cam­pus Süd (min. 20 Min und 30,- EUR) (siehe Karte)

Vom Flughafen Düsseldorf

Mit der S-Bahn Linie S1 Rich­tung Dort­mund bis Haltestelle Dort­mund-Uni­ver­si­tät (ca. 90 Min). Von hier mit der H-Bahn Rich­tung Cam­pus Süd oder Eichlinghofen (fährt alle 10 Min) bis Cam­pus Süd (ca. 3 Min)

Die Ein­rich­tun­gen der Technischen Uni­ver­si­tät Dort­mund verteilen sich auf den größeren Cam­pus Nord und den kleineren Cam­pus Süd. Zu­dem befinden sich einige Bereiche der Hoch­schu­le im angrenzenden Technologiepark. Genauere In­for­ma­ti­onen kön­nen Sie den Lageplänen entnehmen.

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