Bionische Wölbstrukturen für effektive Leichtbauprodukte
Bionische Wölbstrukturen für effektive Leichtbauprodukte
Bionische Wölbstrukturen für effektive Leichtbauprodukte
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Dr. Mirtsch GmbH<br />
Prof. Dr. Frank Mirtsch<br />
„<strong>Bionische</strong> <strong>Wölbstrukturen</strong> <strong>für</strong> <strong>effektive</strong><br />
<strong>Leichtbauprodukte</strong>“
Das Unternehmen<br />
• Gegründet 1993<br />
• Industrielle Fertigung seit 1998<br />
• Zertifiziert nach ISO9001 seit 2002<br />
• Beschäftigte 9<br />
Leistungen<br />
• Dr. Mirtsch GmbH entwickelt und produziert<br />
wölbstrukturierte Halbzeuge<br />
• Entwicklung wölbstrukturgerechter Weiterverarbeitung<br />
• Für innovative Produkte bietet die Dr. Mirtsch GmbH<br />
eine gemeinsame Entwicklung von der Idee zum<br />
fertigen Produkt an<br />
• Wölbstrukturierungstechnik und Weiterverarbeitung<br />
geschützt durch ~30 nationale / internationale Patente<br />
Referenzen<br />
Dr. Mirtsch GmbH<br />
• Daimler, Miele, Siteco Beleuchtungstechnik
Von der Natur lernen – Vorteil bionischer Produkte<br />
Ressourceneinsatz <strong>für</strong> Produkte:<br />
Lösungen der Technik und Natur<br />
Technik<br />
Vincent et al. (2006) RSJ Interface 3<br />
Natur<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Konventionelle Techniken zur Strukturbildung weisen<br />
Nachteile auf<br />
Konventionelle Technik<br />
Walzen Prägen Hydroforming<br />
Wasser<br />
• Hohe Plastifizierungsgrade<br />
� geringe Reserven <strong>für</strong><br />
sekundäre Umformung<br />
oder Crash<br />
• Beeinträchtigung der<br />
Oberflächengüte<br />
• Teure, komplizierte<br />
Formwerkzeuge und<br />
Maschinen<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Von der Natur lernen – Materialeffizienz durch<br />
„intelligente“ Strukturen<br />
Von der Natur<br />
lernen<br />
Übertragen in die<br />
industrielle Technik<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Bei der Wölbstukturierungstechnik bilden sich auf Basis der<br />
Selbstorganisation Strukturen mit minimaler Plastifizierung<br />
Grundphänomen der Wölbstrukturierungstechnik:<br />
Als Stützwerkzeug wird eine<br />
Spirale verwendet<br />
Die Spirale wird in dem<br />
dünnwandigen Zylinder platziert<br />
Der Zylinder wird abgedichtet<br />
und in einer Kammer mit<br />
Druck beaufschlagt<br />
Es bilden sich selbstorganisiert<br />
versetzt-viereckige Strukturen<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Die <strong>Wölbstrukturen</strong> wurden <strong>für</strong> den optimalen Einsatz in<br />
der Praxis kontinuierlich weiterentwickelt<br />
Weiterentwicklungen der <strong>Wölbstrukturen</strong><br />
Viereck<br />
Hexagon Wappen<br />
WaveHex ® MiCubix ®<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Durch das schonende Verfahren ist die<br />
Wölbstrukturierungstechnik vielseitig einsetzbar<br />
Materialvielfalt<br />
Metalle Kunststoffe Pappe / Papier<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Von der Einzelfertigung zur Serienproduktion:<br />
Jährliche Produktionskapazität bis zu 300.000 m²<br />
Kontinuierliche Wölbstrukturierung<br />
a) von Coil auf Coil oder<br />
b) von Coil auf Platinen mit integriertem Richten<br />
Kontinuierliche<br />
Wölbstrukturierung<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Von der Einzelfertigung zur Serienproduktion:<br />
Standardisierung der Strukturen und Wandstärken<br />
Standard-Strukturen der Dr. Mirtsch GmbH<br />
Standard Strukturweiten (mm):<br />
SW 17; SW 33; SW39; SW 50<br />
Maximale Wandstärken<br />
Stahl: bis 1,0 mm<br />
Aluminium: bis 1,2 mm<br />
Maximale Abmessungen<br />
Tafel: 4.000 mm x 1.200 mm (L x B)<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Von der Einzelfertigung zur Serienproduktion:<br />
Integration in bestehende Fertigungsprozesse<br />
Punktschweißen<br />
auf glatten Rahmen<br />
Fügen<br />
Feinstrukturen<br />
am Rand<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Von der Einzelfertigung zur Serienproduktion:<br />
Integration in bestehende Fertigungsprozesse<br />
Abkanten<br />
Hohe zusätzliche Versteifung durch strukturierte<br />
Biegekante<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Von der Einzelfertigung zur Serienproduktion:<br />
Integration in bestehende Fertigungsprozesse<br />
Sekundäres Pressen zu<br />
einem Unterboden eines<br />
Concept Cars (Opel)<br />
Komplexere Formen<br />
„Experimental Handling<br />
Vehicle“ TU-München<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Quantifizierung der Gebrauchseigenschaften:<br />
5-fache Steifigkeit im Vergleich zum glatten Material<br />
Kraft [N]<br />
Biegesteifigkeit im Vergleich zu konventionell<br />
geprägten und glatten Blechen<br />
40<br />
35<br />
30<br />
25<br />
20<br />
15<br />
10<br />
5<br />
0<br />
Dreipunkt-Biegeversuch Tiefziehstahl (DC04)<br />
0 5 10 15 20 25 30 35<br />
Durchbiegung [mm]<br />
3-Punktbiege-Versuch<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Quantifizierung der Gebrauchseigenschaften:<br />
Stark reduzierte Plastifizierung im Vergleich zum Prägen<br />
Plastifizierungsgrade der Wölbstruktur und der<br />
geprägten Struktur gleicher Strukturtiefe<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Quantifizierung der Synergien:<br />
Verbesserung der Crasheigenschaften<br />
gesickte<br />
Dose<br />
Wölbstruktur<br />
Dose<br />
nach<br />
Sickenvorgang<br />
nach<br />
Sickenvorgang<br />
5mm axial<br />
gestaucht<br />
5mm axial<br />
gestaucht<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Daimler – Rückwandblech SLK<br />
Serienproduktion der<br />
Platine bei der<br />
Dr. Mirtsch GmbH<br />
Key facts:<br />
� Seit 2003 Produktion der Platinen<br />
� Seit 2010 Produktion der Folgeserie<br />
� Jährliche Stückzahl: ca. 75.000<br />
� Unterlieferant von ThyssenKrupp<br />
(auditiert von Daimler und<br />
ThyssenKrupp)<br />
� Strukturierung durch Dr. Mirtsch GmbH,<br />
Pressen durch ThyssenKrupp<br />
Synergetische Eigenschaften:<br />
� hohe Steifigkeit bei geringem Gewicht<br />
� reduzierter Bauraum<br />
� günstige akustische Eigenschaften<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Sportpalast in Odessa<br />
Produktion bei der<br />
Dr. Mirtsch GmbH<br />
Key facts:<br />
� 2005 Strukturierung der Fassade<br />
� Größe: ca. 600.000 m²<br />
� Strukturierung von vorlackiertem<br />
Alu-Blech: Dr. Mirtsch GmbH<br />
Rollformen: Böhme Haustechnik<br />
Synergetische Eigenschaften:<br />
� Gewichtseinsparung ca. 30 %<br />
� Beschädigungen bei Hagel<br />
nicht wahrnehmbar<br />
� Kein Blenden<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Siteco Hexalleuchte<br />
Produktion bei Siteco<br />
(Lizensierung)<br />
Key facts:<br />
� Seit 1999 Produktion der Leuchten<br />
� Jährliche Stückzahl: ca. 250.000<br />
� Gemeinsame Entwicklung Siteco und<br />
Dr. Mirtsch GmbH<br />
� Wirtschaftliche Herstellung im<br />
kontinuierlichen Wölbstrukturier-<br />
und Rollformprozess<br />
Synergetische Eigenschaften:<br />
� blendfrei (Lichtpunktzerlegung)<br />
� hohe Steifigkeit (Reflektor)<br />
� kein Gehäuse erforderlich<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
DESY Teilchenbeschleuniger<br />
Produktion bei der<br />
Dr. Mirtsch GmbH<br />
Key facts:<br />
� Höchste Anforderungen nach Präzision<br />
<strong>für</strong> die Elementarteilchenforschung<br />
� 12m langes und konisches Aluminium-<br />
rohrsystem<br />
� Störungsfreier Betrieb seit über 10 J.<br />
Synergetische Eigenschaften:<br />
� Formstabile, extrem dünne Rohre bei<br />
Hochvakuumbeanspruchung<br />
� Flexibilität bei thermischer<br />
Ausdehnungsbehinderung<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Emitec – Einhausungen <strong>für</strong> Katalysatoren<br />
In Vorbereitung:<br />
Produktion bei Emitec<br />
(Lizensierung)<br />
IAA 2009<br />
Key facts:<br />
� Diverse Prototypen gemeinsam mit<br />
Emitec hergestellt<br />
� Bei der IAA 2009 vorgestellt<br />
� In der Testphase bei OEMs<br />
Synergetische Eigenschaften:<br />
� Reduzierung des Gewichtes: ca. 40%<br />
� Kompensationsfähigkeit bei starken<br />
Temperaturwechsellasten<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Miele – Waschtrommel<br />
Produktion bei Miele<br />
(Lizensierung)<br />
Key facts:<br />
� Seit 2001 Produktion durch Miele<br />
� Jährliche Stückzahl: ca. 800.000<br />
� Gemeinsame Entwicklung der<br />
Dr. Mirtsch GmbH und Miele<br />
� Integration des Wölbstrukturierung-<br />
verfahrens in Mieles Produktionsablauf<br />
Synergetische Eigenschaften:<br />
� Intensivierung der Strömungen durch<br />
ständige Umlenkungen<br />
� Sanftes Gleiten auf Wölbkuppeln<br />
� Hohe Steifigkeit<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Lochbleche <strong>für</strong> Landmaschinen<br />
�Gemeinsames Forschungsvorhaben (BMBF)<br />
� Untersuchungen:<br />
- Eigenschaften wölbstrukturierter<br />
Lochbleche<br />
- Strukturgerechte Umformung<br />
Synergetische Eigenschaften:<br />
� Geringere Materialstärken bei<br />
gleicher Steifigkeit<br />
� Reduziertes Scheppern<br />
�Attraktives Design<br />
� Hohe sekundäre Umformgrade<br />
darstellbar<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Lochbleche <strong>für</strong> Landmaschinen<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Lochbleche <strong>für</strong> Archîtektur<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Anwendungsbeispiele<br />
Lochbleche <strong>für</strong> Architektur und Lichtanwendungen<br />
Dr. Mirtsch GmbH
Die <strong>Wölbstrukturen</strong> weisen vielfältige synergetische<br />
Eigenschaften auf<br />
Bis zu 40% Material- und<br />
Gewichtseinsparung<br />
Vollständiger Erhalt der<br />
Oberflächengüte<br />
Verbesserte Akustik<br />
Blendarme, diffuse Lichtreflexion<br />
Sehr hohe Umformreserven<br />
Hohe Knickstabilität bei<br />
Temperaturwechsellasten<br />
Dr. Mirtsch GmbH
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