Grundlagenuntersuchungen intrinsisch gefertigter FVK-/Metall-Verbunde - vom eingebetteten Insert zur lasttragenden Hybridstruktur

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer; Professor Dr.-Ing. Frank Henning; Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Kunststofftechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 255854000

Phase II des Projektes "Grundlagenuntersuchungen intrinsisch gefertigter FVK-/Metall-Verbunde - vom eingebetteten Insert zur lasttragenden Hybridstruktur" beschäftigt sich mit der Herstellung, Charakterisierung und Simulation eines CFK/Stahl-Strukturbauteiles. Das in Phase I des Projektes gewonnene Wissen zu punktuellen und linearen Krafteinleitungselementen wird zunächst auf eine differentielle Bauweise übertragen. Diese beruht auf der Einbettung mehrerer Inserts in eine CFK-Grundplatte, welche nachträglich mit einem metallischen Hutprofil gefügt wird, um ein Hybridbauteil mit einer tragenden, metallischen Komponente zu erhalten. Anhand der an diesem Bauteil gewonnenen Erkenntnisse wird im weiteren Verlauf des Projektes eine integrale Hybridstruktur abgeleitet, deren Hybridisierung intrinsisch erfolgt. Dazu wird ein Stahleinleger in Form eines Hutprofiles faserschonend in das CFK-Laminat eingebettet. Hierdurch soll eine optimale Verteilung der Last zwischen CFK- und Stahl-Komponente erreicht werden, wobei die metallische Komponente nicht mehr nur die Funktion der Lasteinleitung in das FVK-Material erfüllt, sondern selbst lasttragend ist. Durch eine optimale Abstimmung beider Komponenten aufeinander können deren materialspezifische Vorteile ausgenutzt und sowohl die Performance des hybriden Bauteils als auch das Leichtbaupotential gesteigert werden. Mögliche Anwendungsfälle finden sich bspw. im automobilen Karosseriebau in Form von Quer- bzw. Längsträgern.Das wbk - Institut für Produktionstechnik untersucht die Herstellung der differentiellen und integralen Bauweisen. Die intrinsische Herstellung der integralen Struktur beinhaltet hierbei eine systematische Untersuchung der zugehörigen Prozessparameter, um eine reproduzierbare und qualitativ hochwertige Probenqualität zu erreichen und ein umfassendes Prozessverständnis für komplexe hybride Strukturbauteile aufzubauen. Außerdem werden unterschiedliche Einbringungskonzepte und Einbaulagen sowie ein optimales Verhältnis der Anteile von FVK und Metall untersucht.Das Institut für angewandte Materialien (IAM-WK) untersucht die differentiell und integral gefertigten Strukturen unter bauteilnahen Beanspruchungen. Dies schließt eine Untersuchung der Schädigungsentwicklung mit ein, wodurch ein umfangreiches Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehung erhalten wird.Das Institut für Fahrzeugsystemtechnik (FAST) führt Prozesssimulationen zur Vorhersage von Formfüllung, Aushärtung und prozessinduzierten Eigenspannungen durch. Die daraus resultierenden Fertigungseffekte werden auf die Simulation des Versagensverhaltens der hybriden Bauteile unter quasistatischer Biegebeanspruchung übertragen. Die Untersuchung des visko-elastischen Materialverhaltens erfolgt mittels optischer Vollfeld-Messung an thermisch und mechanisch beanspruchten Verzugsproben. Des Weiteren werden die Simulationsmethoden gekoppelt, um eine ganzheitliche Struktur- und Prozessoptimierung zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1712: Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen - Grundlage der Fertigung, Charakterisierung und Auslegung