Projektbereich B: Textilgerechte Verbindungen
Im Vordergrund der Forschungsarbeiten des Teilprojektes B1 stehen Fragestellungen zur Entwicklung und Erprobung konfektionstechnischer Prozesse für die Fertigung komplexer Abstandsstrukturen (spacer preforms) auf Basis thermoplastischer Hybridstrukturen. Dazu ist die Vernähbarkeit mehrschichtiger spacer fabrics zu komplexen spacer preforms experimentell zu untersuchen, wobei die beim Fügeprozess durch den Nähfußdruck verursachte und infolge der Fadenspannung fixierte Dickenminimierung vermieden werden soll. Mittels Nähtechnik werden ferner funktionsgerechte Randstrukturen für die spacer-preform-Kanten erarbeitet. Weiterhin werden Verfahren zur Integration von Inserts in textilverstärkte thermoplastische Composites entwickelt, um beanspruchungsgerechte Verbindungselemente reproduzierbar in die spacer-preform-Strukturen einzubringen.
Im Mittelpunkt des Teilprojektes B2 steht die Erarbeitung anwendungsorientierter Grundlagen zur Erfassung des anisotropen Strukturverhaltens von Hybridgarngestricken und textilverstärkten Sandwichsystemen mit Inserts. Insbesondere die große Variabilität bei der Gestaltung und Anordnung von Inserts erlaubt im Rahmen einer funktionsintegrierenden Mischbauweise Verbindungen von thermoplastischen textilverstärkten Komponenten für unterschiedliche Einsatzzwecke zu realisieren. Um die für derartige Verbundstrukturen kritischen Spannungskonzentrationen vorauszuberechnen und mit realistischen Versagenshypothesen zu bewerten, sind analytische und numerische Simulationsmodelle zur Nachbildung der durch Inserts induzierten Kerbspannungsfelder zu erstellen. Diese Modelle sind auch übertragbar auf Spannungskonzentrationen an anderen Verbindungselementen wie etwa Nieten. Darüber hinaus sind werkstoffgerechte Kerbfestigkeitskriterien zu entwickeln, die den hohen Spannungsgradienten im Kerbnahfeld Rechnung tragen und die hier auftretenden typischen Bruchmoden berücksichtigen.
Die wissenschaftlichen Fragestellungen zur methodischen Entwicklung angepasster Verbindungstechniken im Rahmen des Teilprojektes B3 resultieren aus dem hohen Neuigkeitsgrad der im SFB gefertigten Halbzeuge und Bauteile aus Hybridgarnen. Daher sind sowohl die speziellen Verstärkungsanordnungen und Struktureigenschaften als auch die neuen Textil- und Verarbeitungsverfahren in Bezug auf eine bestmögliche werkstoffangepasste Krafteinleitung im Fügebereich zu untersuchen. Das Hauptaugenmerk liegt dabei auf Verbindungstechniken, wie z. B. modifizierten metallischen Inserts, Nieten und Schrauben sowie neuartigen Nieten und Insertsystemen aus endlosfaserverstärkten Thermoplasten.
Bei den neuen Verbindungstechniken wird ferner das Ziel verfolgt, besonders zeitsparende Fügeelemente und -technologien zu entwickeln, um etwa im Rohbau bzw. in der Montage des Fahrzeugbaus den Fertigungsaufwand deutlich zu reduzieren und gleichzeitig Vorteile beim Recycling zu erreichen. Hervorzuheben sind auch die hohe Strukturdämpfung und das damit einhergehende vibroakustische Verhalten, die mit Verbindungselementen aus faserverstärkten Thermoplasten erreicht werden können. In der ersten Projektphase konzentrieren sich die Forschungsarbeiten insbesondere auf die Konstruktion und Fertigung von neuen Verbindungen mit endlosfaserverstärkten Thermoplastnieten und textilverstärkten Thermoplastmuffen.