5. Fachtagung Carbon Composites

Buntes Informations-Feuerwerk für FVK-Enthusiasten

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Alles eine Frage der Auslegung

Wie man hochbelastbare Compositebauteile für den Fahrzeugbau optimieren kann, wurde beispielsweise von Daniel Franitza von Voith Engineering Services klargemacht. Sein Beitrag beschäftigte sich im Rahmen des Vortragsblocks „CFK bei OEMs“ mit den aktuellen Herausforderungen bei der Auslegung der relevanten Strukturen, mit Optimierungsstrategien, Sicherheitskonzepten, multiphysikalischen Kopplungen. Dabei wird etwa die rechnerische Nachweisführung mit den Mitteln der FEM sowie theoretischer Bewertungen im Hinblick auf das Bauteilleben beleuchtet. Weil die klassische Laminattheorie bei diesen Betrachtungen an ihre Grenzen stößt, wie Franitza betonte, sind Erweiterungen hinsichtlich Querschub und Quernormalspannungen notwendig, um auch modernere Versagenskriterien für Laminate nutzen zu können. Diese wurden in der Vergangenheit im Sinne des Postprozessings von FEM-Ergebnissen weiterentwickelt, um den Sicherheitsansprüchen an hochbelastete Strukturen genügen zu können.

Franitzas zweiter Schwerpunkt, den er für gleichwichtig erachtete, betraf die praxisgerechte Lastfallermittlung. Vielfach greife man heute, um Zeit und Kosten für Testfahrten zu sparen, auf Mehrkörper- und Strömungssimulationen zurück. Mitunter würden diese direkt mit dem elastischen Strukturmodell gekoppelt, um komplexe Lastverteilungen in die Festigkeitsbeurteilung einfließen zu lassen.

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Das Thema „CFK im Maschinenbau“ wurde unter anderen von Benedikt Borchert von der TEC-KNIT CCTT GmbH behandelt, der über die Einsatzmöglichkeiten moderner Garne und Textilien referierte. Sein Unternehmen hat im Rahmen des Spitzenclusters MAI Carbon ein völlig neuartiges und patentiertes, unidirektional verstärktes Halbzeug für FVK namens Carbo-Knit und Glass-Knit entwickelt.

Neuartige Halbzeuge mit Breitenwirkung

Besonders hob Borchert den hohen Uni-Flex dieser Materialien in seinen Ausführungen hervor. Das heißt, sie vereinigen gerichtete und unidirektionale Festigkeiten und sind vor allem in der Breite stark variierbar, erklärte Borchert. Die Kombination von hoher Formstabilität bei hoher Drapierbarkeit sei deshalb einzigartig. Durch leicht zu erreichende Produktabwandlungen könnten zusätzliche Funktionen, wie die Erhöhung der Impact-Resistenz oder Heizeigenschaften direkt in das Halbzeug integriert werden.

Die Möglichkeit, das Textil partiell stark zu spreizen, zum Beispiel wie einen Fächer, um am Ende des Bauteils die Lasteinleitung in angrenzende Bauteile zu optimieren, oder in der Mitte, etwa für die Herstellung eines Bootsrumpfes, ohne die Verstärkungsfasern zu zerschneiden, eröffnet laut Borchert vollkommen neue Perspektiven für Compositeanwender. Zudem könnten die Fasern um ein Loch, zum Beispiel um Nieten oder Bolzen zu integrieren, einfach herumgeführt werden, ohne die Verstärkungs-Rovings zu zerstören. Mittels Materialtestergebnissen sowie Beispielen aus den Bereichen Windenergie, Automobilbau und Luftfahrt, wurde die Leistungsfähigkeit der neuartigen Halbzeuge demonstriert.

Die klassische mechanische Bearbeitung mittels Fräswerkzeugen macht immer noch den Großteil bei Faserverbundstrukturen aus. Wie Zerspaner produktiv arbeiten können, erläuterte Andreas Frank von Hufschmied Zerspanungssysteme. CFK-Anwendungen erfreuen sich einer steigenden Nachfrage. Weil CFK-Bauteile aber meist nicht ohne Nachbearbeitung ihre Endkontur erhalten können, steigt auch die Nachfrage in Sachen wirtschaftlicher Zerspanungsmöglichkeiten, wie Frank berichtete. Vor allem Systeme für das Besäumen und das Bohren sind dabei gesucht. Weil in der Industrie hohe Qualitätsanforderungen bestehen, seien sehr komplexe Werkzeuggeometrien gefordert. Mit polykristallinem Diamant (PKD) stößt der Werkzeughersteller schnell an die Grenzen des Machbaren, wie Frank erläuterte. Spezielle Vollhartmetall-Schaftfräser mit einer CVD-Diamantbeschichtung als Verschleißschutz seien eine mögliche Lösung, um die Standzeiten der Werkzeuge beim Bearbeiten der abrasiven FVK zu erhöhen.

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