Bauweisenentwicklung und Technologiesynthese zur Fertigung zellularer Kunststoffhybridstrukturen für den Einsatz in Schalldämpfern

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Niels Modler
• Fachliche Zuordnung: Leichtbau, Textiltechnik ; Kunststofftechnik ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416814415

Mit zunehmendem Verkehrsaufkommen besteht die Forderung nach einer deutlichen Reduktion der abgestrahlten Schallleistung. So werden im Mobilitätssektor Helmholtz-Resonatoren (HR) als Schalldämpfer, etwa in Form von Sandwichkonstruktionen, sogenannte HR-Liner, eingesetzt. Diese Schalldämpfer bestehen aus einer Grundschicht, einer perforierten Deckschicht und einer dazwischen liegenden Hohlraumstruktur. Aufgrund ihres physikalischen Wirkprinzips beschränkt sich die Dämpfungswirkung derartiger Resonatoren jedoch nur auf einen schmalen Frequenzbereich. Daher können sie nicht zur effizienten Dämpfung breitbandiger Geräusche eingesetzt werden. Ein erfolgversprechender Ansatz zur Verbreiterung und Erhöhung der Absorptionscharakteristik solcher HR-Liner ist die Verwendung von Wabenkernen mit partiell nachgiebigen Zellwänden, die infolge luftschallbedingter Druckänderungen zu gedämpften Schwingungen angeregt werden und so dem Schallfeld zusätzlich Energie entziehen. Aufgrund ihrer geringen Dichte und Dicke sowie ihrer hohen Materialdämpfung eignen sich insbesondere biegeweiche thermoplastische Kunststofffolien für diese nachgiebigen Zellwandbereiche. Durch die Bereitstellung einer zellularen Kunststoffhybridstruktur, die neben nachgiebigen Zellwänden auch druck- und schubsteife Zellwände beinhaltet, soll die Dämpfungswirkung verbessert und gleichzeitig die Tragfähigkeit des Sandwichaufbaus in Dickenrichtung sichergestellt werden. Als zielführendes Bauweisenkonzept bietet sich die Kombination von thermoplastischen Folien mit partiell applizierten, unidirektional verstärkten Thermoplasttapes an. Die konzeptionell vorgesehene Prozessstrecke zur fertigungstechnischen Realisierung dieser Strukturen beinhaltet neben der Tapeapplikation die Prozessschritte partielles Zuschneiden bzw. Schlitzen, Konturgebung mittels Walzprofilieren und Falten.Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens werden erstmalig Bauweisenkonzepte für zellulare Kunststoffhybridstrukturen mit nachgiebigen und tragenden Zellwandbereichen für neuartige HR-Liner erarbeitet und strukturmechanisch analysiert. Für diese Strukturen sollen die konzeptionelle Entwicklung einer Prozesskette durch Technologiesynthese und die kinetostatische Analysen der einzelnen Teilprozesse zur Vorauslegung erfolgen. Dazu werden geeignete Werkstoffe bzw. Halbzeuge für die verstärkten und unverstärkten Zellwandbereiche ausgewählt und charakterisiert. Darauf aufbauend werden Applikations-, Schneid-, Profilierungs- und Falttechnologien zur Fertigung und Weiterverarbeitung von faserverstärkten Tapes auf Thermoplastfolien erarbeitet und erprobt. Abschließend werden die erarbeiten HR-Liner-Demonstratoren nach geometrischen und strukturmechanischen Gesichtspunkten bewertet. Die fertigungstechnologischen Untersuchungen sind Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung eines großserienfähigen Prozesses zur Herstellung von Kunststoffhybridstrukturen für den Einsatz in Schalldämpfern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Martin Dannemann