Project group B: Textile-suited joints
Project group B "Textile-suited joints" comprises subprojects which develop the scientific and technological fundamentals for joining the novel textile/thermoplastic composites made of hybrid yarns. It aims at developing, calculating and subsequently manufacturing positive-fit or substance-to-substance joints, which offer a high strength, are of economical interest and are suited for large-scale series production. For this purpose, it will take advantage of the special properties of textile-reinforced thermoplastics, e. g. hot formability and weld ability, as well as the possibility of a load-adapted design of the textile architecture.
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.
The focus of subproject B2 is set to the development of application-oriented fundamentals for the description of anisotropic structural behaviour of hybrid-yarn knitted fabrics and textile-reinforced sandwich systems with inserts. Especially, the high variability of the design and placement of inserts permits joining thermoplastic textile-reinforced components for diverse purposes within a function-integrating multi-material design. To predict critical stress concentrations for such composite structures and assess them with realistic failure hypotheses, analytical and numerical simulation models have to be established which reproduce the stress concentration fields induced by inserts. These models can also be transferred to stress concentrations due to other joining elements, e. g. rivets. Furthermore, material-suited notched strength criteria are to be developed which allow for the high stress gradients in the vicinity of the notch and include the typical fracture modes in these areas.
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.