Multilayer-Inserts - Intrinsische Hybridverbunde zur Krafteinleitung in dünnwandige Hochleistungs-CFK-Strukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Berend Denkena; Professor Dr.-Ing. Peter Horst; Professor Dr.-Ing. Dieter Meiners
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren ; Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256060127

Der Einsatz von metallischen Einlegern bei der Krafteinleitung in Leichtbaustrukturen aus Faser-kunststoffverbunden (FKV) stellt in vielen Fällen eine Verbesserung gegenüber reinen Faserverbundlösungen dar. Mit zunehmend höheren Anforderungen an den Leichtbau ergeben sich auch neue Anforderungen an die Krafteinleitung, die gegenwärtig Konstruktion, Werkstoffwissenschaft und Produktionstechnik gleichsam vor große Herausforderungen stellt. Erhältliche Elemente für punktuelle Krafteinleitungen in Laminate sind durch ihre meist einfache geometrische Gestaltung keine belastungsgerechte Lösung für den Einsatz in hochbelasteten FKV. Unzureichende Auslegungsmethoden und fehlende Modelle für eine hinreichend genaue Berechnung entfernen Lösungen weiter von einem anforderungsgerechten Optimum. Die Auswahl geeigneter Werkstoffkombinationen für den jeweiligen Anwendungsfall ist nicht nur aufgrund elektrochemischer Korrosionsvorgänge schwierig, auch für die Vorhersage des Materialverhaltens in der Grenzschicht sind keine ausreichenden Materialmodelle vorhanden. Die Produktionstechnik steht vor der Herausforderung, diese Anbindungen und damit den Prozess der Hybridisierung effizient und prozesssicher in die bestehenden Fertigungsprozesse für FKV zu integrieren.Das Ziel des Vorhabens innerhalb der interdisziplinären Forschungskooperation der drei Institute ist die Erforschung des Einsatzes von Multilayer-Inserts (MLI) für komplexe, dünnwandige und hochbelastete Strukturen unter auslegungs-, werkstoff- und fertigungstechnischen Gesichtspunk-ten. Die prozesstechnischen Auswirkungen gekrümmter Bauteilgeometrien werden anhand von Simulationen und durch Legeversuche mit einem eigens zur Ablage von MLI entwickelten Endeffektor im Automated Fiber Placement untersucht. Der in der Untersuchung angewendete und untersuchte Ansatz zur simulationsgestützten Regelungs- und Prozessüberwachung dient der Erhöhung der Prozesssicherheit. Der Einfluss von Effekten, die durch die Krümmung, Interaktionen benachbarter MLI oder durch die Verbindung mehrerer MLI zu Krafteinleitungsstrukturen hervorgerufen werden, wird detailliert in Simulationen und experimentellen Untersuchungen erhoben. Zur Reduzierung von entstehenden thermischen Spannungen im Hybrid werden Zwischenschichten aus Thermoplast und Klebesystemen grundlegend erforscht. Dabei wird der Übergang von der Zwischenschicht zur Epoxidmatrix, der Auftrag auf dem Metalleinleger und die Methode zur Spannungsreduzierung grundlegend untersucht. Im Rahmen der Zusammenführung und Validierung der in den Einzelbereichen entwickelten Methoden, Versuchsständen und Prototypsystemen wird das Technologiepotenzial für zukünftige, neue Anwendungsbereiche aufgezeigt.

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