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Marius_Dackweiler

Marius Dackweiler, M.Sc.

Akad. Mitarbeiter
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 131, Geb. 50.36
Tel.: +49 1523 9502569
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 Campus Süd



Marius Dackweiler, M.Sc.

Forschungs- und Arbeitsgebiete:

  • Automatisierte Leichtbaufertigung im Bereich Faserverbundkunststoffe
  • Faserwickeln als Fügeverfahren
  • Produktionstechnik für das Faserblasen (FIM)

 

Allgemeine Aufgaben:

  • ATM – Arbeitstechniken im Maschinenbau (Lehrveranstaltung)

 

Projekte:

  • IP3D - Industrielle Produktion von 3D-Faserformteilen mit lokalen Endlosfaserverstärkungen zur Steigerung der Materialeffizienz
  • ROBOTOP - Modulare, offene und internetbasierte Plattform für Roboter-Anwendungen in Industrie und Service

 

Versuchsstände:

Veröffentlichungen

[ 1 ] Koch, S.; Dackweiler, M.; Pottmeyer, F. & Fleischer, J. (2015), „Intrinsische Hybridisierung im Schleuderverfahren“, Lightweight Design, Band 4, S. 12-18.
Abstract:
Unter dem Schleuderverfahren für Faserverbund-Metall-Wellen oder -profile wird ein Fertigungsprozess verstanden, bei dem spanend bearbeitete, metallische Elemente mit einer trockenen Endlosfaserstruktur (Preform) vormontiert und in eine geschlossene Werkzeugform eingelegt werden. Anschließend wird flüssige Matrix eingegossen und das Werkzeug solange unter hoher Drehzahl rotiert, bis die Faserstruktur vollständig imprägniert und die Matrix ausgehärtet ist. Die intrinsische Hybridisierung ermöglicht eine formschlüssige Kraftübertragung mit Hinterschneidungen zwischen Metall und Faserverbund, die normalerweise nicht montierbar sind. Dadurch sollen besonders hohe Lasten übertragen werden können. Dieses Verfahren bietet, aufgrund der vergleichsweise kurzen Fließwege, die Möglichkeit kurze Taktzeiten von wenigen Minuten zu realisieren.

[ 2 ] Dackweiler, M. & Fleischer, J. (2015), „Herstellung intrinsisch hybrider Bauteile - Herausforderungen zukünftiger Fertigungsprozesse am Beispiel des Faserblasverfahrens“. Serienfertigung mit unreifen Prozessen - Tagungsband zur wbk-Herbsttagung 2015, Hrsg. Prof. Dr.-Ing. Jürgen Fleischer, Shaker Verlag, S. 79-94.
Abstract:
Herausforderungen und Ansätze am Beispiel des Faserblasverfahrens und Steigerung der Materialeffizienz durch Endlosfaserverstärkung sowie Einbringung von Inserts in Faserblaspreforms.

[ 3 ] Fleischer, J.; Förster, F. & Dackweiler, M. (2015), „Materialeffiziente hybride Preforms aus Lang- und Endlosfasern“, Lightweight Design, Band 6, S. 14-19.
Abstract:
Unter dem Faserblasverfahren wird ein Preformingprozess verstanden, bei dem trockene Langfasern vermischt mit einem thermoplastischen Binder in eine spezielle Form eingeblasen und anschließend mit Hilfe von Heißluft und hohem Druck zu einem dreidimensionalen Preform verpresst werden. Durch die Erweiterung des Faserblasverfahrens um einen Prozessschritt zur gezielten Einbringung lokaler Endlosfaserverstärkungen können die mechanischen Eigenschaften des Bauteils zusätzlich verbessert und die Materialeffizienz des bereits verschnittarmen Faserblasverfahrens weiter gesteigert werden.

[ 4 ] Fleischer, J.; Dackweiler, M. & Ballier, F. (2016), „Fiber-Injection-Moulding – Herausforderungen und Chancen“, VDI-Z, S. 64-66.
Abstract:
Hohe Energiekosten und ein zunehmendes Umweltbewusstsein sowie die immer strengere Gesetzgebung forcieren den Einsatz leichter Werkstoffe zur Energie- und Ressourceneinsparung. Vor diesem Hintergrund gewinnen faserverstärkte Kunststoffe durch das besonders gute Verhältnis von Dichte zu mechanischen Eigenschaften an großer Bedeutung. Ausgangsbasis zur Herstellung dieser verstärkten Werkstoffe sind Faserpreforms*, die in einem nachfolgenden Prozessschritt mit einem Harz-Härter-Gemisch getränkt werden und zum Endbauteil aushärten. Ein vielversprechendes neues Verfahren zum verschnittfreien Endkontur-Preforming ist das Fiber-Injection-Moulding (FIM).

[ 5 ] Dackweiler, M. & Fleischer, J. (2017), „Automated local reinforcing of glass fiber-injection molded preforms with carbon fiber tapes“. 15th Japan International SAMPE Symposium and Exhibition, Hrsg. SAMPE Japan.
Abstract:
This paper presents a new approach of a manufacturing technique to produce locally reinforced glass-fiber-preforms in a completely automated process. The core-part of the preform is manufactured from omnidirectional glass fibers via the fiber-injection-molding process. The glass fibers are 50mm in length and combined with 10% of thermoplastic fibers to hold the preform in shape after pressing under increased temperature. These preforms infiltrated with resin can already be used in applications with low stresses. To improve the mechanical properties of the subsequent composite part this preform can be additionally reinforced with 10mm wide continuous carbon fiber tapes according to the results of a realized topology optimization in a further step. The continuous tapes are integrated with a newly developed process by blowing the continuous fibers into shaped channels and lay down the so created fiber-net afterwards onto the preform via a vacuum assisted handling operation. The results produced with the first realization of the prototype show opportunities and limits of the developed automated process chain. The preforms manufactured with this technique present a high potential for improvement through the reinforcement with a small amount of additional weight which leads to a high degree of resource saving compared to other manufacturing techniques for composite parts.

[ 6 ] Dackweiler, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Filament winding for automated joining of lightweight profiles“, JEC Magazine, S. 25-26.
Abstract:
Hollow profiles made of fibre-reinforced composites are ideally suited for the production of highly rigid lightweight lattice structures. Due to their excellent mechanical properties, these structures follow the current trend of resource-efficient and thus environmentally friendly construction. Compared to the flat structures, however, there are still major challenges in the joining process of such profiles. Today, these are often circumvented by the use of additional metallic elements such as screws or node elements. However, the consequence of these joining techniques is usually damage to the fiber composite struc-ture and thus a weakening of the overall structure. For this reason, the wbk Institute of Production Engi-neering at the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) has developed an innovative method of joining in order to be able to produce such lattice structures flexibly and with a high load-bearing capacity. With the aid of a kinematic system attached to a vertical articulated arm robot, consisting of a stator and a rotor rotating inside, individual rovings and towpregs can be applied to the joining zone of the profiles to be joined in a load-fair and non-destructive manner and thus generate both a load-bearing form and ad-hesive bond.

[ 7 ] Dackweiler, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2018), „Fügewickeln - flexible Herstellung von Leichtbauverbindungen mit Hohlprofilen“, VDI-Z, S. 70-72.
Abstract:
Hohlprofile aus Faserverbundwerkstoffen eignen sich ideal zur Herstellung hochsteifer und gleichzeitig leichter Fachwerkstrukturen. Durch die hervorragenden mechanischen Eigenschaften folgen diese Strukturen dem aktuellen Trend ressourceneffizientem und somit umweltschonendem Bauen. Im Vergleich zu den flächigen Strukturen bestehen im Fügeprozess solcher Profile allerdings noch große Herausforderungen. Diese werden heute häufig durch den Einsatz zusätzlicher metallischer Elemente wie Schrauben oder Knotenelemente umgangen. Die Folge dieser Verbindungstechniken ist in der Regel allerdings eine Beschädigung die Faserverbundstruktur und somit einhergehend eine Schwächung der Gesamtstruktur. Aus diesem Grund wurde am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mit dem Fügewickeln ein innovatives Verfahren entwickelt, um solche Fachwerkstrukturen flexibel und mit hoher Tragfähigkeit herstellen zu können. Mit Hilfe einer an einem Vertikal-Knickarm-Roboter angebrachten Kinematik, bestehend aus einem Stator und einem darin drehenden Rotor, können hierbei einzelne Rovings und Towpregs lastgerecht und zerstörungsfrei an der Fügezone der zu verbindenden Profile aufgebracht werden und somit sowohl einen tragfähigen Form- als auch Stoffschluss erzeugen.

[ 8 ] Dackweiler, M.; Mayer, T.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2019), „Modeling and optimization of winding paths to join lightweight profiles with continuous carbon fibers“, Production Engineering, Nr. 2, S. 207-217. 10.1007/s11740-019-00914-2
Abstract:
A major challenge in composite manufacturing is to connect several fiber composite or hybrid profiles to a closed structure, since the conventional, metallic joining methods are often not applicable. An approach for joining such profiles is represented by the filament winding process, where the profiles are wrapped with carbon fibers. In order to achieve a flexibility in the joining process and a high reproducibility in deposition, a model for describing the winding paths was derived. An analytical model of the geometry of a T-joint is introduced in terms of a mathematical parametrization of areas. For the modeling of the winding paths itself, a differential-geometric approach combined with an algorithm to calculate geodesic and non-geodesic curves was used taking into account the relevant influencing parameters during winding. This model makes it possible to map different winding patterns of the profiles, which should serve as a starting basis for a kinematic simulation of the movements.

[ 9 ] Dackweiler, M.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2019), „Prozessmodellierung des Faserwickelns als Fügeverfahren“. Lightweight Plaza, Hrsg. Hannover Messe, S. 1-17.
Abstract:
Zunehmende Ressourcenknappheit und wachsendes Umweltbewusstsein in der Bevölkerung zwingen die Industrie, ihre Produktions- und Fertigungsprozesse ressourceneffizienter zu gestalten und bei der Bauteilauslegung auf Leichtbaulösungen, insbesondere in Form von Faserverbundwerkstoff-Hybriden, zurückzugreifen. Neben großflächigen Schalenbauteilen steckt hierbei vor allem im Bereich von Hohlprofilen großes Einsparpotential durch den gezielten Einsatz von Verstärkungsfasern. Als problematisch erweist sich allerdings häufig die Verbindung mehrerer solcher Faserverbund- oder Metallprofile miteinander zu einer Gesamtstruktur. Vor diesem Hintergrund wurde am wbk Institut für Produktionstechnik mit dem Fügewickeln ein Verfahren entwickelt, um Hohlprofile lastgerecht und unter geringem Zusatzgewicht miteinander zu fügen. Basis des Fügewickelverfahrens bildet eine Vorrichtung mit einem offenen, c-förmigen Stator, in dem sich ein c-förmiger Rotor dreht. Die offene Bauform ermöglicht es, kollisionsfrei auch geschlossene Hohlprofilstrukturen zu fügen. An dem Rotor sind sowohl eine Spule mit Fasern, als auch eine Faservorspannvorrichtung sowie ein Fadenauge zur Führung angebracht. Die gesamte Vorrichtung wird mit Hilfe eines Vertikal-Knickarm-Roboters im freien Raum geführt. Der Wickelprozess kann sowohl mit trockenen, als auch mit nassimprägnierten sowie mit vorimprägnierten Fasern durchgeführt werden und ist werkstoffunabhängig, sodass auch Hybridverbindungen ermöglicht werden können. Wie beim klassischen Faserwickeln mit rotierendem Wickeldorn zur Bauteilgenerierung, müssen auch beim Fügewickeln stets die Bedingungen für die Wickelbarkeit erfüllt sein, um eine genaue Ablage und hohe Reproduzierbarkeit zu gewährleisten. Grundlage hierfür bildet eine digitale Prozesskette. Ausgehend von den mechanischen Anforderungen an die Verbindung, wird zunächst die Geometrie der einzelnen Profile inklusive der Fügezone geometrisch modelliert, um anschließend, unter Berücksichtigung der Reibeigenschaften der Fasern, die Wickelpfade mathematisch zu beschreiben und modellieren. In einer iterativen FEM Optimierung wird die Wicklungsanzahl den Belastungen entsprechend optimiert jeweils unter Einhaltung der Bedingungen für die Wickelbarkeit. Auf Basis der Wickelpfade wird ein Bewegungsmodell des Wickelrings zusammen mit dem Vertikal-Knickarm-Roboter abgeleitet. Dieses Modell berücksichtigt Algorithmen zur Kollisionsvermeidung während des Wickelns und ermöglicht die direkte Ableitung von maschinenlesbaren Befehlen für den Roboter und die SPS des Wickelrings, sodass ein realer Wickelprozess gestartet werden kann. Mit Hilfe dieser digitalen Prozesskette ist es nicht nur möglich schon frühzeitig im Entwicklungsprozess Informationen über die benötigte Materialmenge und Fertigungszeit zu erhalten, sondern auch die Qualität der Verbindung durch Sicherstellung der Bedingungen für die Wickelbarkeit und Optimierung der einzelnen Pfade zu erhöhen.

[ 10 ] Dackweiler, M.; Krause, M.; Coutandin, S.; Klee, B. & Fleischer, J. (2019), „Konfiguration von Robotiklösungen“, VDI-Z, Band 161, S. 62-65.
Abstract:
Die Produktion von heute sieht sich mit der Herausforderung einer großen Individualität und Variantenvielfalt bei gleichzeitig hoher Produktivität konfrontiert. Häufig können manuelle Tätigkeiten diese Anforderungen allerdings nicht mehr erfüllen und werden durch teil- oder vollautomatisierte Lösungen ersetzt. Eine hohe Flexibilität verspricht der Einsatz von Industrierobotern, welche durch ihre Kinematiken viele Bewegungsfreiheitsgrade bieten. Deren Einsatz – inklusive zugehöriger Peripherie – erfordert jedoch umfassendes Expertenwissen bei der Planung und Zusammenstellung neuer Produktionslinien, welches in vielen KMU bisher nicht oder nur eingeschränkt vorhanden ist.