Pressbearbeitung von funktionalisierten Flach- und Bandunterkonstruktionen mit Flanschprofil (DediGrad)
In der modernen Technik wird zunehmend auf leichte und dennoch hochfeste Materialien gesetzt, insbesondere auf faserverstärkte Verbundwerkstoffe. Thermoplastische Verbundwerkstoffe gelten dabei als besonders vielversprechend, da sie effizient hergestellt werden können und so eine schnellere sowie nachhaltigere Produktion ermöglichen. Eine weitere Steigerung von Festigkeit und Steifigkeit kann erreicht werden, wenn langfaserige Thermoplast-Pressmasse (TBM) mit kontinuierlich faserverstärkten Thermoplasten (CFRTP) kombiniert werden. Beim Fügen dieser Materialien entstehen jedoch häufig Spannungen an den Grenzflächen aufgrund unterschiedlicher Steifigkeiten, was die Struktur schwächen kann.
In diesem Projekt wird eine Lösung entwickelt, indem eine Übergangszone eingeführt wird, die die Steifigkeit zwischen den beiden Materialien schrittweise ausgleicht. Speziell geflochtene thermoplastische Faserbänder werden eingesetzt, um diese Übergangszone zu bilden und die Festigkeit sowie Zuverlässigkeit von Verbundbauteilen zu verbessern.
Zur Umsetzung dieses Ziels werden zwei Ansätze untersucht:
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Inline-Graduierung: Lokale Änderungen der Faserorientierung und -dichte werden bereits während des Flechtprozesses eingeführt. Dies wird durch Anpassung der Bewegungen und der Geometrie der Flechtwerkzeuge erreicht, sodass Steifigkeitsübergänge direkt bei der Herstellung entstehen.
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Offline-Graduierung: Die geflochtenen Bänder werden nach der Herstellung mittels präziser Laserbearbeitung modifiziert. Einzelne Fasern können gezielt geschnitten oder umgeformt werden, und die Bandoberflächen können angepasst werden, um die Steifigkeit fein abzustimmen.
Zudem wird ein neuartiger Press-Through-Prozess (PTP) erprobt, bei dem die Thermoplast-Pressmasse durch das kontinuierlich faserverstärkte Laminat gepresst wird. Dadurch werden die geflochtenen Bänder effektiver integriert und die Übergangszone weiter verbessert.
Fortschrittliche Fertigungsmethoden, mechanische Prüfungen und bildgebende Verfahren werden eingesetzt, um den Einfluss der graduierten Bänder auf die Materialgrenzfläche zu bewerten. Die gewonnenen Erkenntnisse werden in ein empirisches Modell einfließen, das für die Entwicklung leichterer, stärkerer und langlebigerer Strukturbauteile genutzt wird.
Durch dieses Forschungsvorhaben wird wertvolles Wissen für die nächste Generation der Verbundwerkstofffertigung geschaffen. Es wird erwartet, dass die Ergebnisse breitere Anwendungen thermoplastischer Verbundwerkstoffe im Leichtbau ermöglichen – von der Automobil- und Luftfahrtindustrie bis hin zu nachhaltigen Produktdesigns.
Betreut von: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
Projektpartner: RWTH Aachen, TU Chemnitz, TU Wien, Fraunhofer IWU
Laufzeit: 5/2025 – 11/2028
Kontakt:
© Daniel Haschock
Herr Daniel Haschock
Dipl.-Ing.
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