Multilayer-Inserts - Intrinsische Hybridverbunde zur Krafteinleitung in dünnwandige Hochleistungs-CFK-Strukturen
Kunststofftechnik
Leichtbau, Textiltechnik
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hauptziel des interdisziplinären Forschungsverbunds bestand in der Entwicklung und Erforschung einer intrinsischen Hybridschnittstelle und ihres Fertigungsprozesses, deren belastungsoptimierter lagenweiser Aufbau eine gleichmäßige Krafteinleitung am Übergang von metallischen Strukturen in hochbelastete, komplexe Faserkunststoffverbundstrukturen erlaubt. Zur mechanischen Beschreibung wurden Detail- und Gesamtmodelle des Hybridbereichs aufgebaut und untersucht. Relevante Materialparameter zur Beschreibung der Grenzschicht wurden experimentell ermittelt. Anhand der Modelle wurde die Untersuchung des Durchmessers und der Form der Metalleinleger sowie der Schichtdicken und deren Einfluss auf die auftretende Schädigungsart durchgeführt und ein Beitrag zu der Erforschung der Einstellmöglichkeiten der Tragfähigkeit geleistet. Zur Steigerung der Tragfähigkeit der Grenzfläche zwischen Metall und FKV wurde die Funktionalisierung der Grenzschicht untersucht und ein Konzept für Autoklavzyklen zur Reduzierung der thermisch induzierten Spannungen in der Grenzfläche entwickelt. Hinsichtlich der zu erwartenden Lebensdauer wurden zudem Lebensdaueruntersuchungen für verschiedene Lastniveaus durchgeführt. Weiterhin wurde der Zusammenhang zwischen der Temperatur und der resultierenden Schädigungen der FKV Matrix ermittelt, was die Bewertung der thermischen Lasten innerhalb des Fügeprozesses zur Anbindung genormter Anbindungselemente an den Hybridbereich, wie z. B. Gewindestifte, anhand von thermographischen Untersuchungen erlaubt hat. Zusätzlich wurde die Herstellbarkeit der lokalen Hybride im Infusionsprozess nachgewiesen und gezeigt, dass eine Verbindung des Faser- und Metallbereichs durch Schlaufen ein ähnlich gutes Ergebnis liefern kann, wie die Verwendung eines Spezialklebstoffs. Im Bereich der Produktionstechnik konnte dargelegt werden, dass eine Hybridisierung von Faserkunststoffverbundstrukturen während deren Herstellung im automatisierten Ablegeprozess uneingeschränkt erfolgen kann. Der dafür entworfene Prozess beinhaltet Module zur Ablage der Metalleinleger, zum Zuschnitt der CFK-Materialstreifen in Abstimmung mit der Geometrie der Metalleinleger und ein Modul zur prozessbegleitenden Überprüfung der Schnittkontur und des Ablegeergebnisses. Um die Gestaltungsfreiheit im Entwurf von Metalleinlegern nicht zu sehr einzuschränken, wurde ein neuartiges Scherschneidsystem für winklige Tow-Zuschnitte konzipiert und in einem Prüfstand umgesetzt. Die bisher im Prüfstand ermittelten Ergebnisse sollen zukünftig in die Konzeptionierung eines Schneidmoduls für den Ablegekopf einfließen, so dass dann auch eine automatisierte Ablage von komplexer geformten Metalleinlegern möglich sein wird.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Comparison of One-, Two- and Three-Dimensional Models of a Metallic Insert in a Composite. Key Engineering Materials 713 (2016), S. 175–178
Herwig, A., Woidt, M. u. Horst, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/KEM.713.175) - Entwicklung eines mehrlagigen Inserts für dünnwandige Hochleistungs-CFK-Strukturen. Lightweight Design 9 (2016) 1, S. 22–27
Herwig, A., Horst, P., Groß, L., Gonzalez, J. S., Meiners, D., Denkena, B. u. Schmidt, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s35725-015-0064-7) - Concept for Automated Production of CFRP-metal Hybrid Compounds Integrated in an Automated Fiber Placement Process. Procedia CIRP 62 (2017), S. 56–61
Schmidt, C., Denkena, B., Gross, L. u. Völtzer, K.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.procir.2016.06.046) - Krafteinleitungselement: Patent F16B 5/01 (2006.01), 2017 (DE102017119940A1)
Denkena, B., Schmidt, C., Groß, L., Horst, P., Herwig, A., Meiners, D., Serna Gonzalez, J.
- Design and mechanical characterisation of a layer wise build AFP insert in comparison to a conventional solution. Production Engineering 14 (2018) 6, S. 588
Herwig, A., Horst, P., Schmidt, C., Pottmeyer, F. u. Weidenmann, K. A.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-018-0815-2) - Numerical Investigation of a Layered Hybrid Load Introduction Element for Thin-Walled CFRP Structures. 18th European Conference on Composite Materials (2018)
Herwig, A., Schmidt, C. u. Horst, P.
- Production-based design of a hybrid load introduction element for thin-walled CFRP Structures. Production Engineering 12, (2018), p. 113–120
Groß, L., Herwig, A., Berg, D.C., Schmidt, C. et al.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11740-018-0821-4) - Concepts for interface engineering and charakterization in composite hybrid structures. IOP Conference Series Materials Science and Engineering (2019)
Serna, J., Zinn, C., Scharf, I., Dittes, A., Schwoebel, S-D., Schmidt, C., Meiners, D., Schaper, M., Lampke, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1088/1757-899X/480/1/012014) - Konzepte zur Lasteinleitung in Faserverbundstrukturen für Hochleistungsanwendungen. 23. Internationales Dresdner Leichtbausymposium. Dresden (2019)
Herwig, A.
- Investigation of Asymmetrical Fiber Metal Hybrids Used as Load Introduction Element for Thin-Walled CFRP Structures (2020)
Herwig, A., Schmidt, C. u. Horst, P.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.procir.2021.03.063) - Local Fiber-Metal-Laminate used as Load Introduction Element for Thin-Walled CFRP Structures. 4th Internation Conference Hybrid 2020 – Materials and Structures. Hybrid2020
Weykenat, J., Herwig, A., Serna, J., Schmidt, C., Groß, L., Denkena, B., Horst, P. u. Meiners, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.13140/rg.2.2.20630.16963)
