Hybrids for Re-Manufacturing – Design, Verarbeitung und Eigenschaften (ReHyb)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Christoph Lohr; Professor Dr.-Ing. Nils Meyer
• Fachliche Zuordnung: Polymere und biogene Werkstoffe und darauf basierende Verbundwerkstoffe ; Konstruktion, Maschinenelemente, Produktentwicklung ; Kunststofftechnik ; Leichtbau, Textiltechnik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 549797608

Die Entwicklung hybrider Werkstoffe zielte in den vergangenen Jahren maßgeblich auf die bestmögliche Bauteilleistungsfähigkeit ab. Der Nachteil, dass die Kombination artfremder Werkstoffe in Bauteilen werkstofftechnisch aufwändig ist, wurde maßgeblich durch die in-situ-Hybridsierung fertigungstechnisch kompensiert – letztlich auch, um Produktionsschritte und damit Kosten einzusparen. Jedoch bedeutet die zunehmende Hybridisierung von Bauteilen auch, dass der entstehende Materialmix eine größer werdende Herausforderung für die Kreislaufführung darstellt. Das Ziel, während der Nutzungsphase bestmögliche Bauteilleistungsfähigkeit zu erreichen steht einer einfachen Entfertigung insbesondere bei der intrinsischen Fertigung diametral entgegen. Darüber hinaus stellt ein “Design for Re-Manufacturing” im Falle der in-situ-Hybridisierung eine besondere Randbedingung dar, da per se eigentlich eine unlösbare Verbindung entsteht. Ein “Design for Re-Manufacturing" erfordert daher das Einbringen einer “abschaltbaren” Fügestelle, was bei der Bauteilauslegung eine wichtige Randbedingung darstellt – insbesondere dann, wenn eine mehrfache Nutzung struktureller Teilkomponenten vorgesehen ist, die dann vorausschauend schon für mehrere Lastfälle auszulegen sind. Dieses Projekt soll sich der Fragestellung grundlegend und branchenunabhängig mit Hilfe eines generischen Demonstratorbauteils nähern. Dieses umfasst eine doppelt gekrümmte Schale aus einem endlosfaserverstärkten Duromer zur Wiederverwendung, eine niedrigschmelzende thermoplastischen Folie als schaltbare Grenzfläche und eine angespritzte thermoplastische Rippenstruktur, die in einer zweiten Generation als neue Rippenstruktur vollständig wieder verarbeitet wird. Das zugrundeliegende Konzept einer Schalenkomponente und einer angespritzten Rippenstruktur zur Lasteinleitung bzw. zur Adaption an definierte Lastfälle ist bewährt und kommt in vielen Anwendungen heute schon zum Einsatz. Konkrete Beispiele für ein zukünftiges Re-Manufacturing solcher Strukturen können Türen und Serviceklappen sein, deren langlebige Schale die zusätzlichen Anforderungen der angespritzten Struktur aufgrund geänderter Einsatzszenarien oder neuer Anbaukomponenten überlebt. Hier könnte die Schalenstruktur dank schaltbarer Grenzfläche zurückgewonnen und der angespritzte kreislauffähige Thermoplast vollständig für einen neuen Lastfall wiederverwendet werden. Im Vorhaben wird nicht nur die mechanische Performance zwischen den Generationen verglichen, sondern auch untersucht, inwiefern die Entfertigung die Konstituenten und die als „abschaltbare“ Fügefläche dienende Folie schädigt. In einem konzertierten numerischen und experimentellen Ansatz wird die werkstoffliche Kreislauffähigkeit des Ansatzes validiert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Kay A. Weidenmann