Dresdner Wissenschaftler präsentieren Weltneuheiten auf Composites Europe 2016

Auf der Fachmesse für Verbundwerkstoffe, der Composites Europe in Düsseldorf, präsentieren Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden vom 29.11. bis 01.12.2016 gleich zwei Messeneuheiten. Im Forschungsprojekt TEMAG entwickelten sie eine Fahrzeug-Heckklappe, die im Spritzgießverfahren mit Endlosfaserverstärkung und Funktionselementen hergestellt wird.

Für die kosten- und werkstoffeffiziente Auslegung von Leichtbaustrukturen entwickelten die ILK-Forscher zudem eine browserbasierte Software, die erstmals eine Visualisierung von Untersuchungsergebnissen über alle Skalen – vom Filament, über den Roving bis hin zum Mehrschichtverbund – erlaubt. Präsentiert werden die Messeneuheiten in Halle 8b auf dem Gemeinschaftsstand der Wirtschaftsvereinigung Composites Germany (D21_d).

© Martin Pohl

Spritzgießbauteile mit Endlosfaserverstärkung und integrierter Elektronik
Mittels Spritzgießen lassen sich komplex geformte und zugleich preiswerte Leichtbaustrukturen herstellen. Durch Endlosfaserverstärkung können die mechanischen Eigenschaften dieser Strukturen noch erweitert werden. Die zusätzliche Integration von Funktionselementen vergrößert das Eigenschaftsspektrum endlosfaserverstärkter Bauteile nochmals. Allerdings ist die Positionierung der Funktionselemente, der Leitungen für die Energie- und Signalübertragung sowie der Steckkontakte im Spritzgießwerkzeug wegen des großen Drucks und der hohen Temperatur beim Einspritzvorgang derzeit eine große Herausforderung.

Im Forschungsprojekt TEMAG „Thermoplastische endlosfaserverstärkte Multi-Axiale-Gitterstrukturen“ entwickelten Wissenschaftler des ILK und des Instituts für Textilmaschinen und textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) der TU Dresden einen innovativen Herstellungsprozess für endlosfaserverstärkte Spritzgießbauteile mit integrierten elektronischen Funktionselementen. Die Dresdner Wissenschaftler verfolgten einen neuartigen Lösungsansatz. Sie nutzten die textilen Hochleistungsgitter als mechanische Verstärkung der Spritzgießbauteile und entwickelten diese zu Trägern der elektronischen Komponenten weiter. Mit diesem Verfahren ist die effiziente Herstellung fester, leichter und intelligenter Bauteile möglich.

Den entwickelten Fertigungsprozess demonstrieren die Forschungspartner am Beispiel einer Fahrzeug-Heckklappe. Dazu wurde die Gitterverstärkung belastungsgerecht ausgelegt und drapiert sowie mit einem Touch-Sensor ausgestattet, dessen Signal zur Öffnung der Heckklappe dienen kann. Zusätzlich haben die Wissenschaftler eine Bremsleuchte integriert.

Multiskalen-Visualisierung: Schlüssel zu einem besseren Werkstoffverständnis
Für die kosten- und werkstoffeffiziente Auslegung von Leichtbaustrukturen sind rechnergestützte Methoden von großer Bedeutung. Bei der Auslegung von Faserverbundstrukturen muss der hierarchische Aufbau dieser Strukturen berücksichtigt werden: ausgehend von Filament und Matrix, über den Roving, das Verstärkungstextil und die Einzelschicht bis hin zum Mehrschichtverbund. Dieser hierarchische Gedanke setzt sich über das Fügen von Komponenten zu einer Struktur und der Interaktion mehrerer Strukturen in einem System fort. Eine modellübergreifende, durchgängige Visualisierung der einzelnen Berechnungsergebnisse war bisher allerdings nicht möglich.

Im Vorhaben ScaDS Dresden/Leipzig „Competence Center for Scalable Data Services and Solutions“ haben Wissenschaftler des ILK und der Professur für Computergraphik und Visualisierung der TU Dresden eine browserbasierte Software entwickelt, die erstmals eine konsistente Visualisierung der Ergebnisse über alle Skalen hinweg erlaubt. Grundlage sind Simulationsdaten, die bei der Entwicklung einer adaptiven Blattfeder im Sonderforschungsbereich 639 entstanden sind.

Mit der Software kann sich der Nutzer die zuvor berechneten Ergebnisse im 3D-Raum zu einem beliebigen Belastungsschritt anschauen. Durch eine Zoomfunktion kann erstmals kontinuierlich zwischen den Skalen und damit zwischen den separaten Berechnungsdaten gewechselt werden. Sobald ein bestimmter Zoomwert erreicht ist, erfolgt ein automatischer Zoom, bei dem die Ansicht auf die nächste Skala zum selben Berechnungsschritt umschaltet. Die browserbasierte Software ist vollständig plattformunabhängig und muss nicht installiert werden. So können Berechnungsergebnisse schnell präsentiert werden.

Kontakt
Technische Universität Dresden
Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik
Dipl.-Ing. Martin Pohl
Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Projekt TEMAG
Tel.: 0351 / 463 37805
E-Mail:

Dipl.-Ing. Robin Höhne
Wissenschaftlicher Mitarbeiter, Projekt ScaDS Dresden/Leipzig
Tel.: 0351/ 463 38050
E-Mail: