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Composite-Entwicklung Simulationsmethode findet ideale Geometrie- und Form von FVK-Teilen

| Redakteur: Peter Königsreuther

Ein Manko bei der Großserienverwendung von faserverstärkten Kunststoffen (FVK) ist, dass sie ihre Eigenschaften erst während der Fertigung entwickeln. Im Vorfeld können kaum Aussagen über das Material getroffen werden. Simulationsgetriebene Strategien sollen diesem Problem in Zukunft fertig werden.

Die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs basieren unter anderem auf dem Faservolumen, der Halbzeugart, der Matrix und dem Fasertyp. Alle Variablen bis hin zur Verarbeitungsweise lassen sich passend zu den ermittelten Anforderungen und Lasten wählen, um den am besten geeigneten Werkstoff zu verwenden.
Die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs basieren unter anderem auf dem Faservolumen, der Halbzeugart, der Matrix und dem Fasertyp. Alle Variablen bis hin zur Verarbeitungsweise lassen sich passend zu den ermittelten Anforderungen und Lasten wählen, um den am besten geeigneten Werkstoff zu verwenden.
(Bild:ARRK/ P+Z Engineering )

Verbundwerkstoffe sind aufgrund ihres niedrigen Gewichts und ihrer Anpassungsfähigkeit in verschiedenen Branchen, allen voran im Automobilbereich, ein brandaktuelles Werkstoffthema. Dennoch werden sie in der Großserienproduktion bislang kaum genutzt. Grund dafür ist die Tatsache, dass der faserverstärkte Werkstoff seine Eigenschaften erst während der Fertigung des benötigten Bauteils entwickelt.

In der Produktentwicklung lässt sich deshalb, der bei Metallen übliche Ansatz, mit der konstruktiven Auslegung zu beginnen, nicht so einfach übernehmen. Die Composite-Experten des Entwicklungsdienstleisters ARRK|P+Z Engineering verfolgen aus diesem Grund eine andere, simulationsgetriebene Strategie: Moderne Tools in Kombination mit praktischer Erfahrung ermöglichen es dabei, dass nicht nur die Form der Funktion folgt, sondern ebenso der Werkstoff. So erlaubt diese neuartige Entwicklungsalternative eine optimierte Geometrieauslegung bei niedrigstem Gewicht. Gleichzeitig sorgt das Prinzip für durchgehende Transparenz über den gesamten Lösungsfindungsprozess hinweg.

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Zahlreiche Parameter müssen bedacht werden

Simulationen werden heute meist zur Validierung von Konstruktionsentwürfen verwendet, das heißt die Geometrie ist bereits in einem bestimmten Material festgelegt, wird geprüft und gegebenenfalls verbessert. Dies geht soweit, dass Hersteller Technologien nicht verwenden, die sie nicht simulieren können – für die Etablierung von Verbundwerkstoffen ein echtes Hindernis. Die tatsächlichen Eigenschaften von Faserverbunden hängen von zahlreichen Variablen, wie Faservolumen-Gehalt, Lagenaufbau, Halbzeugtyp, Faserdrapierung und den Verarbeitungsparametern ab und ergeben sich erst bei der Fertigung. Zwar gibt es Kennwerte der Ausgangsmaterialien, die auch oftmals wie die Materialdaten von klassischen Werkstoffen verwendet werden, allerdings bringt sich der Hersteller dadurch um den größten Vorteil der faserverstärkten Kunststoffe: Statt die Geometrie des Prototypen unter hohem Zeit- und Kostenaufwand zu optimieren, könnten mit einem angepassten Entwicklungsverfahren einfach die Werkstoffeigenschaften angepasst werden. „Folgt man dem herkömmlichen, konstruktionsbasierten Entwicklungsansatz, bekommt man mit Composites ein Bauteil, das zwar leichter ist als Stahl, aber nicht so leicht wie es sein könnte“, fasst Dr. Thomas Burkart, Gruppenleiter Technische Berechnung & Simulation bei ARRK|P+Z Engineering, das Problem

zusammen.

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