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Paul Ruhland, M.Sc.

Akad. Mitarbeiter
Bereich: Maschinen, Anlagen und Prozessautomatisierung
Sprechstunden: nach Vereinbarung
Raum: 007, Geb. 50.36
Tel.: +49 1523 9502608
Paul RuhlandOir2∂kit edu

Campus Süd



Paul Ruhland, M.Sc.

Forschungs- und Arbeitsgebiete:
  • Fertigungsverfahren für hybride Faserverbund-Metall-Bauteile
  • Preforming
  • Montage- und Drapierprozesse für technische Textilien
  • Industrie 4.0

 

Projekte:

 

Lebenslauf:

seit 02/2016 Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Produktionstechnik (wbk) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) 
10/2009 - 01/2016 Studium des Maschinenbaus am Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

 

Veröffentlichungen

[ 1 ] Fleischer, J.; Koch, S. & Ruhland, P. (2016), „Rotational Molding of Fiber Reinforced Plastics with Elastic Composite Core“. Resource Efficiency for Global Competitiveness, Hrsg. Dimitrov, D. & Oosthuizen, T., S. 181-186.
Abstract:
The rotational molding with an elastic composite core is an interesting process for the manufacturing of fiber reinforced plastics (FRP) with polygon cross-section. The polygon shape can be used for an in-mould-assembly of FRP and metal structures. On this way a load transmission with combined form-fit and adhesive bonding can be realized. Those hybrid parts are a suitable lightweight solution for shafts, pipes and profiles. The processing via rotational molding with composite core can be carried out as follows: First dry continuous fiber structures and the elastic composite core are assembled and then laid in a closed mold. Subsequently, liquid thermosetting resin is cast and the mold is rotated at high speed. During rotation the composite cores expands and pushes the matrix into the areas that normally, without the composite core, would not be impregnated. The rotation is continued until the fiber structure is fully impregnated and the polymer is cured. Within this paper, the manufacturing of polygon profiles with an elastic composite core is described. An analytic approach is introduced, which enables an ideal design and material choice of the elastic composite core and the achievement of high fiber volume fractions for fiber reinforced plastic hollow structures. Furthermore the manufacturing of elastic cores are depicted.

[ 2 ] Nieschlag, J.; Ruhland, P.; Daubner, S.; Koch, S. & Fleischer, J. (2018), „Finite element optimisation for rotational moulding with a core to manufacture intrinsic hybrid FRP metal pipes“, Production Engineering, Band 12, Nr. 2, S. 239-247. https://doi.org/10.1007/s11740-017-0788-6
Abstract:
Lightweight construction is gaining in importance due to increasing demands for energy efficiency. In drive technology, lightweight shafts can for example be produced in a centrifugal process in which dry, hollow fibre preforms are impregnated with polymer resin and cured under rotation. Furthermore, hybrid FRP-metal lightweight shafts can be produced by intrinsically incorporating additional metal load-introducing elements into the process. Due to the nature of the process, the transition between the materials may be conducted in a form-fitting way. So-called centrifugal cores are used for being able to achieve a higher fibre-volume content or produce polygonal profiles with a form fit. The cores made of a silicone-lead compound expand due to the rotational forces. The resulting pressure leads to a good impregnation of the corner areas. Compared to cylindrical centrifugal cores, polygonal ones have a more complex geometry. Designing with FEM is consequently more appropriate. Therefore, this paper shall portray finite element modelling of a polygonal centrifugal core. The challenge of this endeavour constitutes in developing a centrifugal core, which expansion executes a constant impregnation pressure via the profile onto the impregnated fibre layer. For this purpose, the centrifugal core is modelled as an elastic body in ABAQUS. Subsequently, the centrifugal core’s optimum geometry is derived with an optimisation approach. In conclusion, the calculated centrifugal cores are produced in order to be able to manufacture hybrid shafts.

[ 3 ] Coutandin, S.; Brandt, D.; Heinemann, P.; Ruhland, P. & Fleischer, J. (2018), „Influence of punch sequence and prediction of wrinkling in textile forming with a multi-punch tool“, Production Engineering, S. 1-10. https://doi.org/10.1007/s11740-018-0845-9 [13.08.18].
Abstract:
Liquid composite moulding (LCM) processes show a high potential in automated, large scale production of continuous fibre-reinforced plastics (FRP). One of the most challenging steps is the forming of the two-dimensional textile material into a complex, three-dimensional fibre structure. In this paper, a multi-punch forming process is presented. The upper mould of a generic part geometry is divided into 15 independently controllable punches. Depending on the different punch sequences, draping effects as well as defects related to wrinkling and shearing of the textile material are investigated. It has been shown that the sequence of the punches has a significant influence on the final preform quality. To predict the resulting regions of wrinkling and shearing, a finite-element based simulation model is set up. Forming tests and simulations with different punch-sequences are then performed and evaluated for validation purposes. To make a statement about the global preform quality, different objective functions regarding wrinkling are presented and analysed.

[ 4 ] Nieschlag, J. .; Ruhland, P. .; Coutandin, S. . & Fleischer, J. . (2019), „Herstellung und Auslegung hybrider Hohlstrukturen im Schleuderverfahren“. -, Hrsg. -, S. 0-0.
Abstract:
Leichtbau ist zielführend, um Herausforderungen wie der endlichen Ressourcenverfügbar-keit, den strengen Umweltgrenzwerten oder dem steigenden Mobilitätsaufkommen zu begeg-nen. Durch die Massenreduktion bei Einsatz von Leichtbauwerkstoffen wie Faser-Kunststoff-Verbunden lassen sich Effizienzsteigerungen erzielen oder die Nutzlast erhöhen. Darüber hin-aus können sich zusätzliche Vorteile ergeben, wie beispielsweise höhere biegekritische Dreh-zahlen bei Antriebswellen. Neben den hohen Ausgaben für Faserhalbzeuge sind auch die Pro-duktionsverfahren komplex und kostenintensiv, sodass der Einsatz von Faser-Kunststoff-Verbunden im Vergleich zu metallischen Komponenten nicht immer zielführend ist. Um Produktionskosten zu reduzieren wird am wbk Institut für Produktionstechnik das Schleuderverfahren für intrinsische Hybridverbunde aus Faser-Kunststoff-Verbund-Metall-Komponenten erforscht. Im Schleuderverfahren wird ein trockener, hohler Faser-Preform mit zwei metallischen Lasteinleitungselementen in ein mehrteiliges Außenwerkzeug eingelegt, das anschließend in eine Spindel gespannt wird. Unter Rotation erfolgt die Injektion des polyme-ren Matrixsystems. Aufgrund der entstehenden Zentrifugalkräfte werden die Fasern getränkt und das Bauteil härtet unter Rotation aus. Im Vergleich zu konventionellen Fügeverfahren wie Schrauben, Nieten, Kleben oder Pressverbänden ist kein nachträglicher Prozessschritt nötig, da die Metall und die Faser-Kunststoff-Verbund-Komponente bereits im Prozess durch die intrinsische Hybridisierung gefügt werden. Diese kann auf der adhäsiven Wirkung des einge-setztes Matrixsystems oder einer formschlüssigen Geometrie basieren. Da der nachgeschaltete Fügeprozess entfällt, lässt sich die Produktionszeit verringern, wodurch Kosten reduziert wer-den können. Mit dem Schleuderverfahren lassen sich rotationssymmetrische Bauteile wie Roh-re, Antriebswellen oder Zug-Druck-Komponenten herstellen. Mittels dem entwickelten Tränkungsmodell, das auf dem analytischen Gesetz nach Darcy basiert, kann die Tränkungszeit berechnet werden. Diese ist von großer Bedeutung, da das eingesetzte Matrixsystem nicht vor Erreichen dieser Zeit aushärten darf. Bei einem innenlie-genden Lasteinleitungselement müssen zudem sogenannte Entlüftungsbohrungen vorgesehen werden, damit es zu keiner Porenbildung kommt. Durch eine entwickelte Montage von Flechtpreforms auf den metallischen Lasteinleitungs-elementen lassen sich formschlüssige Preformgeometrien erzeuge und hybride Zugstangen herstellen. In quasistatischen Zugversuchen zeigen diese Komponenten eine gute Energie-absorption nach dem Erstversagen. Mittels der Finiten-Element-Methode lassen sich die expe-rimentellen Ergebnisse numerisch nachmodellieren und bilden so die Grundlage für eine zu-künftige Formoptimierung der entsprechenden Bauteile.

[ 5 ] Nieschlag, J.; Ruhland, P.; Coutandin, S. & Fleischer, J. (2019), „Rotational Molding for the Production of Hybrid FRP Metal Tension and Compression Rods with Form Fit“. Konferenzband WGP, Hrsg. Springer, S. 0-0.
Abstract:
One innovative production process for manufacturing rotationally symmetric FRP-metal components, such as drive shafts or tension and pressure rods, is the rotational molding process. In comparison to common joining processes, such as bonding or screwing, the metallic components and the fiber-reinforced plastic part can be intrinsically joined during the forming process. This saves production time and cost compared to conventional joining processes. In the past, only components with a form fit for radial loads such as polygon shafts have been studied using rotational molding. This paper examines the pro-duction of a hybrid FRP-metal tension and compression rod with an axial form fit. To this end, a production approach will be designed and presented more de-tailedly further below. Furthermore, it is investigated whether the impregnation pressure is sufficient enough to produce hybrid FRP-metal tension and compres-sion rods with good laminate quality and a form fit by rotational molding. To de-termine the quality of the obtained component, computer tomography and micros-copy analyses are conducted.