Erarbeitung der theoretischen und technologischen Grundlagen für intrinsische Thermoplastverbund-Metall-Hohlstrukturen mit beanspruchungsgerecht ausgeführtem skalenübergreifendem Formschluss

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Maik Gude; Professor Dr.-Ing. Markus Kästner; Dr.-Ing. Roland Müller
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien ; Leichtbau, Textiltechnik ; Mechanik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 256127863

Im Unterschied zu den gängigen klassischen Fügeverfahren wie etwa Kleb- und Niettechnologien bieten die bislang kaum für Faserverbundstrukturen untersuchten Profil- und Konturverbindungen durch ihren werkstoff- und fertigungsgerechten Aufbau eine vielversprechende Ausgangsbasis für neuartige Leichtbaustrukturen in Faserverbund-Metall-Mischbauweise. Diese vor allem formschlüssig wirkenden Verbindungssysteme gestatten die Einleitung höchster Lasten in stab- und rohrförmige Faserverbundstrukturen wie etwa Zugstreben, Druckbehälter, Achsen und Antriebswellen. Besonders zur Übertragung von axial wirkenden Kräften und Torsionsmomenten sind lastangepasste Konturverbindungen geradezu prädestiniert. Für diese vielversprechenden Verbindungssysteme sind bislang konzeptionelle Gestaltungs- und Berechnungsvorschriften zur Vordimensionierung am Beispiel einer generischen Zug-/Druckstrebe erarbeitet worden. Umgesetzt und untersucht wurde eine intrinsische Thermoplastverbund-Metall-Hohlstrebe (s. Abbildung) mit beanspruchungsgerecht ausgeführtem skalenübergreifendem Formschluss im Schlauchblas-Integral-Verfahren.Ziel des Vorhabens ist die Erarbeitung der technologischen Grundlagen zur ressourceneffizienten intrinsischen Fertigung hybrider Thermoplastverbund-Metall-Strukturen sowie die Erweiterung der Auslegungssystematik unter Berücksichtigung bauteilnaher Beanspruchungen. Die Fertigung der intrinsischen Hybridstruktur erfolgt mit isothermer Werkzeugtemperaturführung im Schlauchblas-Integral-Verfahren, in dem zeitgleich die geflochtene Tape-Preform konsolidiert und die Verbindung mit dem strukturierten metallischen Lasteinleitungselement hergestellt wird. Im Fokus der Untersuchungen stehen Modellierungsstrategien zur Abbildung der physikalischen Änderungsvor-gänge im Material für die sehr hohen Abkühlraten des isothermen SBI-Verfahrens sowie strukturmechanische Analysen des phänomenologischen Versagens formschlüssig wirkender Hybridverbindungen. Erweiterte bauteilnahe Gestaltungshinweise für Konturverbindungen zur Aufnahme von Zug-/Drucklasten werden anhand experimenteller Untersuchungen erarbeitet, wobei mediale und kombiniert wirkende thermische sowie statisch und zyklisch mechanische Lasten berücksichtigt werden.

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