Vorgespannte, hybride Stegblechstrukturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Groche
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275326014

Das beantragte Forschungsvorhaben zielt auf die Erzeugung flächiger und rohrförmiger Strukturen ab, deren Steifigkeit durch Stege und insbesondere durch eine umformtechnisch erzeugte Vorspannung dieser Stege optimiert wird. Dazu werden Stegblechstrukturen mit Faserwerkstoffen kombiniert. Die gewünschte Vorspannung wird durch Umformung und gezielte Ausnutzung der unterschiedlichen Elastizitätsmoduln der Werkstoffe erreicht.Bisher sind keine Verfahrensstrategien bekannt, welche das individuelle Umformverhalten sowie die Verbunderzeugung beider Werkstoffarten berücksichtigen. Ferner sind die Grenzen der gemeinsamen Formgebung, die sich einstellenden Fehlerbilder sowie der effektiv erreichbare Grad an Vorspannung unbekannt. Diese Lücken werden durch das beantragte Vorhaben geschlossen.Das Forschungsprojekt zielt auf die technologischen Grundlagen für gespannte hybride Stegblechstrukturen ab, die während der Formgebung eine die spätere Belastung antizipierende Vorspannung erfahren. Die Form und der Verbund der Strukturen werden in wirkmedienbasierten Umformprozessen erzeugt. Vorgespannte Stegblechstrukturen sind wegen des zu Grunde liegenden strukturellen Leichtbaupotentials prädestiniert für einen späteren Einsatz im Transport- und Automobilsektor, in der Luftfahrtindustrie und in der Architektur. Das Vorhaben ist durch die Hypothese geleitet, dass es durch die Gestaltung der Metall-Faser-Koppelstelle gelingt, einerseits die gewünschten Vorspannungszustände zu erreichen und gleichzeitig die Inkompatibilität der Werkstoffkombination hinsichtlich plastischem und thermischen Verhalten aufzulösen.Die Zielsetzung umfasst einerseits konstruktive Gestaltungsansätze für den form-, kraft- und stoffschlüssigen Verbund und der Koppelstelle von Steg und Vorspannelement. Ferner werden gemeinsame Verfahrensstrategien entwickelt, die neben der Verbunderzeugung auch der gemeinsamen Formgebung der unterschiedlichen Materialien Rechnung tragen. Dafür sind die Grenzen der gemeinsamen Formänderung mittels numerischer Berechnungsverfahren und experimenteller Untersuchungen zu ermitteln. Darauf aufbauend werden Werkzeuge, die für eine temperierte Umformung geeignet sind, konstruktiv gestaltet. Desweiteren schließt das Ziel auch Methoden zur Ermittlung von Steuerkurven für die Temperatur-, Innendruck- und Zuhaltekraftverläufe ein, die zu versagensfreien Hybridstrukturen mit gewünschten Vorspannungszuständen führen. Weiterer Bestandteil der Zielsetzung ist die Ermittlung und Vorbehandlung erfolgversprechender Materialkombinationen. Die Weiterentwicklung und Validierung der numerischen Berechnungsverfahren zur realitätsnahen Modellierung des Verhaltens der Fügepartner sowie deren Verbindungszonen während der Herstellung und anschließenden Nutzung ist ein wichtiges Projektteilziel. Abschließend werden die erzeugten Strukturen und die entwickelten Methoden hinsichtlich der übergeordneten Zielsetzung, erhöhte Leistung bei geringfügig höherem Gewicht, bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen