Forschungsdatenbank

Durch das lastpfadgerechte Schichten endlosfaserverstärkter unidirektionaler thermoplastischer Tapes können sog. Tapelaminat (TL)-Halbzeuge hergestellt werden. Mit diesen Halbzeugen werden Hybridbauteile im Kunststoffspritzgießen hergestellt, bei denen das TL zu einer tragenden Schalenstruktur umgeformt und durch das Spritzgießen um Funktions- und Versteifungselemente ergänzt wird. Diese vielversprechende Lösung zur Herstellung ressourcenschonender TL-Spritzguss-Hybridbauteilen (TSH) befindet sich in Bezug auf die Auslegung und Berechnung noch im Stand der Forschung und wurde bisher lediglich mit Pilotanlagen umgesetzt. Eine Ursache dafür ist das Fehlen einer standardisierten und vor allem in der Praxis anwendbaren Auslegungsmethodik für diese Bauteile.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird daher eine solche Methodik für TSH entwickelt. Teil dieser Auslegungsmethodik ist hierbei u. a. ein Algorithmus, mit dem der optimale Lagenaufbau für ein belastetes Bauteil ermittelt werden kann. Grundlage bilden Materialmodelle für die Struktur- und Umformsimulation, die charakterisiert und kalibriert werden. Eine Neuerung wird hier die Integration von Nichtlinearitäten (Matrixmaterial) und die Berücksichtigung der Gefahr von Delaminationen bei der Festigkeit sein. Auch werden strukturierte experimentelle Untersuchungen mittels Design of Experiment (DoE) zum Einfluss der Prozessparameter bei der Halbzeug- und Formteilherstellung auf die Maßhaltigkeit (Schwindung/Verzug) und die Mechanik sein. Die Validierung der Methodik erfolgt an einem zu entwickelnden 3D-Validierungs-Prüfkörper im Reverse Engineering Verfahren. Die Vorgehensweise wird in einem praxistauglichen User Manual zusammengefasst. Die Auslegungsmethodik sowie die kalibrierten Simulationsmodelle werden auf einen Demonstrator übertragen. Für ein Praxisbauteil (Demonstrator) wird die Prozesskette aufgebaut und optimiert. Ergänzt werden die Untersuchungen durch eine Anwendung der Methoden des Life Cycle Assessment (LCA).