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Projekt
FOR 524: Herstellung, Eigenschaftsanalyse und Simulation geschweißter Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden
Fachliche Zuordnung
Materialwissenschaft und Werkstofftechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Maschinenbau und Produktionstechnik
Förderung
Förderung von 2004 bis 2011
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 5470581
Die Forschergruppe zielt auf die integrale Behandlung der Herstellung, der Eigenschaftsanalyse und der Simulation von geschweißten Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden.
Im Zuge der technologischen Entwicklung kommen zunehmend Leichtbaustrukturen, insbesondere auch aus hybriden Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden, zum Einsatz, die in vielen unterschiedlichen Industriezweigen neue Möglichkeiten für innovative Produktentwicklungen erlauben. Typische Leichtbauwerkstoffe in diesem Zusammenhang sind dabei Leichtmetalle sowie Faser-Kunststoff-Verbunde. Die konsequente Verwendung von Leichtbauwerkstoffen leistet einen zentralen Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften und ist generell dort interessant, wo aufgrund der Gewichtsreduzierung des Materials Energieeinsparungen, Kraftreduktionen oder eine höhere Beschleunigung bei bewegten Massen erzielt werden.
Die in der Forschergruppe betrachteten hybriden Leichtbaustrukturen bestehen dabei auf der metallischen Seite aus dem Leichtmetall Aluminium (Al und Al-Legierungen) sowie Stahl. Auf der Seite der Faser-Kunststoff-Verbunde werden zunächst kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkte Thermoplaste (CFK) betrachtet. Der Fokus der Forschergruppe liegt insbesondere auf der Fügetechnik sowie der Charakterisierung und der Modellierung der Fügezonen zwischen den hybriden Verbundpartnern.
Im Rahmen der Herstellung konzentriert sich die Forschergruppe aus der Bandbreite möglicher Fügetechniken auf die für thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde innovativen Schweißtechniken. Aufgrund bereits bestehender Kompetenzen wurden hierzu das Induktionsschweißen (IS), das Wärmeimpulsschweißen (WS) sowie das Ultraschallschweißen (US) ausgewählt.
Ein weiterer Fokus der Forschergruppe ist die Eigenschaftsanalyse der so gefertigten hybriden Verbundstrukturen unter besonderer Berücksichtigung der Vorgänge in der Fügezone. Hierbei besteht ein Schwerpunkt in der Anwendung gleichartiger Prüfmethoden auf die verschiedenen Verbunde unter Verwendung innovativer experimenteller Techniken.
Schließlich werden die so gewonnenen Erkenntnisse zur Modellierung sowie insbesondere zu der darauf aufbauenden numerischen Simulation von hybriden Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet. Die zuverlässige numerische Simulation von Leichtbaustrukturen soll langfristig ermöglichen, umfangreiche zerstörende Prototypprüfungen zu vermeiden.
Im Zuge der technologischen Entwicklung kommen zunehmend Leichtbaustrukturen, insbesondere auch aus hybriden Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden, zum Einsatz, die in vielen unterschiedlichen Industriezweigen neue Möglichkeiten für innovative Produktentwicklungen erlauben. Typische Leichtbauwerkstoffe in diesem Zusammenhang sind dabei Leichtmetalle sowie Faser-Kunststoff-Verbunde. Die konsequente Verwendung von Leichtbauwerkstoffen leistet einen zentralen Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften und ist generell dort interessant, wo aufgrund der Gewichtsreduzierung des Materials Energieeinsparungen, Kraftreduktionen oder eine höhere Beschleunigung bei bewegten Massen erzielt werden.
Die in der Forschergruppe betrachteten hybriden Leichtbaustrukturen bestehen dabei auf der metallischen Seite aus dem Leichtmetall Aluminium (Al und Al-Legierungen) sowie Stahl. Auf der Seite der Faser-Kunststoff-Verbunde werden zunächst kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkte Thermoplaste (CFK) betrachtet. Der Fokus der Forschergruppe liegt insbesondere auf der Fügetechnik sowie der Charakterisierung und der Modellierung der Fügezonen zwischen den hybriden Verbundpartnern.
Im Rahmen der Herstellung konzentriert sich die Forschergruppe aus der Bandbreite möglicher Fügetechniken auf die für thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde innovativen Schweißtechniken. Aufgrund bereits bestehender Kompetenzen wurden hierzu das Induktionsschweißen (IS), das Wärmeimpulsschweißen (WS) sowie das Ultraschallschweißen (US) ausgewählt.
Ein weiterer Fokus der Forschergruppe ist die Eigenschaftsanalyse der so gefertigten hybriden Verbundstrukturen unter besonderer Berücksichtigung der Vorgänge in der Fügezone. Hierbei besteht ein Schwerpunkt in der Anwendung gleichartiger Prüfmethoden auf die verschiedenen Verbunde unter Verwendung innovativer experimenteller Techniken.
Schließlich werden die so gewonnenen Erkenntnisse zur Modellierung sowie insbesondere zu der darauf aufbauenden numerischen Simulation von hybriden Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet. Die zuverlässige numerische Simulation von Leichtbaustrukturen soll langfristig ermöglichen, umfangreiche zerstörende Prototypprüfungen zu vermeiden.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
Projekte
- Diskontinuierliches Induktionsschweißen von Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden (Antragsteller Mitschang, Peter )
- Eigenschaftsanalyse mit berührungslosen optischen und thermischen Messverfahren (Antragsteller Renz, Rainer )
- Eigenschaftsanalyse von geschweißten Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden mit Verfahren der Oberflächen- und Schichtanalytik (Antragsteller Kopnarski, Michael )
- Experimentelle und simulative Erforschung von CFK-Metall-Hybrid-Punktschweißungen auf Bauteilebene (Antragsteller Maier, Martin )
- Fügen von Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden durch Metall-Ultraschallschweißverfahren (Antragsteller Eifler, Dietmar )
- Herstellung, Simulation und Eigenschaftsanalyse geschweißter Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden (Antragsteller Barth, Franz Josef )
- Herstellung und mechanische / tribologische Charakterisierung von wärmeimpulsgeschweissten Metall / Faser-Kunststoff-Verbunden (Antragsteller Schlarb, Alois K. )
- Koordination der Forschungsgruppe 524 (Antragsteller Eifler, Dietmar )
Sprecher
Professor Dr.-Ing. Dietmar Eifler
