Konstruktionselemente Verstärkte Hohlprofile mit integrierten Funktionen

Flächige Organobleche mit Textiler Verstärkung und thermoplastischer Matrix erfahren eine erhöhte Nachfrage seitens der Industrie. Um deren Anwendung noch flexibler zu machen, wird nun eine Möglichkeit entwickelt, um auch stark gekrümmte, funktionsoptimierte Hohlprofile in Serie zu fertigen.

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TU Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Faserverbundwerkstoffe mit thermoplastischer Matrix sind aufgrund ihrer guten strukturellen Eigenschaften in Verbindung mit effizienten Verarbeitungsprozessen für Leichtbauanwendungen in der Großserie geradezu prädestiniert, sagen die Forscher am Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden.

Außer der industriell bereits etablierten Umformung von ebenen Textil-/Thermoplastverbundhalbzeugen (Organobleche) zu schalen- und trägerartigen Teilen, sei es nun erstmals gelungen, seriengerechte Lösungen zur Herstellung und Verarbeitung von Halbzeugen für die Fertigung von dreidimensional gekrümmten Hohlprofilen zu entwickelt.

Kernkonzept verhindert den Strukturkollaps

Durch die gezielte Ausnutzung der Schmelz- und Schweißbarkeit thermoplastischer Kunststoffe lassen sich laut ILK derartige Textilverbundstrukturen im Spritzgießverfahren auch funktionalisieren. So werde es möglich Rippen, Anschraubpunkte oder Clipverbindungen stoffschlüssig an der Struktur auszubilden. Während das Hinterspritzen umgeformter Organobleche bereits auf dem Weg zur Serienreife ist, sind für die wirtschaftliche Umsetzung der spritzgießtechnischen Funktionalisierung von Textil-/Thermoplasthohlstrukturen jedoch noch serienfähige Ansätze zu erarbeiten.

Anhand einer Rohrstruktur mit veränderlichen Profilquerschnitten werden derzeit mögliche Strategien zur Anbindung von Funktionselementen entwickelt. Eine große Herausforderung beim Umspritzen der Hohlprofile ist zu verhindern, dass die Struktur infolge des hohen Spritzdruckes, der von der Plastifiziereinheit aufgebaut wird, lokal kollabiert.

Um das Problem zu verhindern, wurden verschiedene Kernkonzepte zur Stabilisierung von geraden und stark gekrümmten Profilen mit veränderlichen, ebenso stark gekrümmten Querschnitten erarbeitet und experimentell validiert, wie es heißt. Darüber hinaus stünden Arbeiten zu den Möglichkeiten einer Optimierung der Verbindungsfestigkeit von Kunststoffmatrix und textilverstärkter Hohlstruktur im Fokus der Untersuchungen. Neben diesen experimentellen Analysen werden am ILK auch angepasste Methoden zur Prozess- und Struktursimulation erprobt und im Hinblick auf ihre Vorhersagequalität bewertet.

Aktivitäten basieren auf werkstoff- und produktübergreifenden Lösungen

Auf dem Gebiet des ressourcenschonenden Leichtbaus mit hoher Material- und Energieeffizienz führen die 240 Mitarbeiter am ILK, verflochten mit nationalen und internationalen Netzwerken, ihre Forschungen durch. Die Aktivitäten basierten auf werkstoff- und produktübergreifenden Lösungen, welche die gesamte Entwicklungskette aus Werkstoff, Konstruktion, Simulation, Fertigung, Prototypentests, Qualitätssicherung und Kostenbewertung erfassen, um dem Markenzeichen „Leichtbaulösungen aus einer Hand“ stets gerecht zu werden.

* Weitere Informationen: Dipl.-Ing. Robert Kupfer, Technische Universität Dresden, Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik in 01307 Dresden.

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