TU Chemnitz / IWU Chemnitz: Effiziente Fertigung crashbelasteter Leichtbauteile

09.10.2019

Metallischer Einleger mit aufgerichteten Formschlusselementen. (Foto: TU Chemnitz/Jacob Müller)

Metallischer Einleger mit aufgerichteten Formschlusselementen. (Foto: TU Chemnitz/Jacob Müller)

Auf der K 2019 präsentieren Forscher der TU Chemnitz und des Fraunhofer-Instituts für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz ein neues Konzept zur effizienten Fertigung crashbelasteter Leichtbauteile.

Die Wissenschaftler haben einen sogenannten intrinsischen Hybridverbund für crashbelastete Strukturbauteile konzipiert und in einem seriennahen Fertigungsprozess hergestellt. Ein intrinsischer Hybrid ist ein integrales Bauteil, bei dem die Verbindung verschiedener Materialien bereits im Ur- bzw. Umformprozess erfolgt, so dass kein nachgeschalteter Fügeprozess notwendig ist. Am Stand ist ein Demonstrator-Bauteil zu sehen.

Typischerweise haben Faserverbundwerkstoffe im Crashfall das Defizit einer unzureichenden Energiedissipation, das Verformungsverhalten ist also ungünstig. Diesem wurde im neu entwickelten Konzept entgegengewirkt, indem eine gezielte Verstärkung des eingesetzten faserverstärkten Kunststoffes durch einen metallischen Einleger erfolgt. Mit dem Ziel einer ressourceneffizienten Fertigung wurden bislang sequentiell ablaufende Prozessschritte in einem Prozessschritt zusammengefasst. Im Vorfeld der Fertigung wird der speziell entwickelte metallische Einleger als noch ebene Struktur zwischen die Lagen aus faserverstärktem Kunststoff eingebracht. Während der Erzeugung der makroskopischen Bauteilgeometrie richten sich durch die Wirkung einer Zugkraft Formschlusselemente aus dem Einleger auf und verhaken sich mit dem faserverstärkten Kunststoff. Dadurch kommt es zur Ausbildung eines Formschlusses, der die Kraftübertragung zwischen den Komponenten erheblich verbessert. Zusätzlich wird der metallische Einleger in einem großserientauglichen Sol-Gel-Verfahren beschichtet. Dies verhindert zuverlässig Kontaktkorrosion und verbessert zugleich die adhäsive Anbindung zwischen dem Metall und dem faserverstärkten Kunststoff.

Unterstützt durch Finite-Elemente-Simulationen unter Verwendung neuartiger Materialmodelle wurde dieses Konzept optimiert und bereits im Rahmen der Fertigung des Demonstrator-Bauteils erprobt. Eine umfassende mechanische Prüfung dieses Bauteils bestätigte eine sehr gute Crashperformance bei einem geringen Bauteilgewicht.

www.tu-chemnitz.de

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