Optimierte Hybridträger aus Metallgurten und GMT-Stützkern

Der Lehrstuhl für Leichtbau im Automobil (LiA) der Universität Paderborn hat ein Verfahren zur einstufigen Herstellung von biegebelastungsoptimierten Hybridträgern aus Metallgurten und GMT-Stützkern entwickelt. Mit ihm lassen sich künftig integrative Hybridstrukturen energie- und ressourceneffizient herstellen, die vor allem in der Luftfahrt und im Automobilbau zur Anwendung kommen können.

Bei biegebelasteten Strukturen ist die Anordnung steifer und fester Metallgurte in hochbeanspruchten Randbereichen sinnvoll für einen optimalen Materialeinsatz. Eine leichte Stützstruktur aus einem glasfasermattenverstärktem Thermoplast (GMT) mit belastungsorientierte, dünnwandige Versteifungsrippen und Funktionselementen stabilisiert und hält die Metallgurte auf Abstand.

Weil der Bereich zwischen den Metallgurten geringer beansprucht wird, kann dort GMT eingesetzt werden. Zwar weist der faserverstärkte Kunststoff etwas schwächere mechanische Eigenschaften als das Metall auf, kann dafür aber flexibel in Form gebracht werden und wiegt nur ein Fünftel des Stahls. Somit kann bei Biegebelastung eine über den Querschnitt optimierte Materialausnutzung erzielt werden, die konventionelle Strukturen aus Metall nicht erreichen. Deshalb resultieren so besonders gute Biegeeigenschaften bei geringem Gewicht.

Die Hybridstruktur wird in dem von den LiA-Forschenden neu entwickelten Verfahren einstufig durch Fließpressen hergestellt. Dazu werden die zwei Metallgurte mit Abstand zueinander in der Kavität platziert und fixiert. In den Abstandsbereich zwischen die Metallgurte wird plastifizierter GMT eingelegt.

Mittels eines in den Abstandsbereich einfahrenden Stempels wird der plastifizierte GMT zur Stützstruktur geformt und gleichzeitig an die Oberflächen der Metallgurte gepresst. Anschließend kann das Hybridbauteil aus der Form entnommen und eingebaut werden. Die in-situ hergestellte und stoffschlüssige Verbindung basiert auf einer Haftvermittlerbeschichtung der Metallgurte.

Die strukturelle Integrität des Verbunds und das große Leichtbaupotenzial des Fertigungsverfahrens wurden von den Forschenden durch quasi-statische Drei-Punkt-Biegetests am hergestellten Funktionsdemonstrator nachgewiesen. Mit optischer Messtechnik wurde das Verformen des Prüflings während des Tests aufgezeichnet, um Aufschlüsse über das Versagensverhalten der Struktur zu liefern. Dabei stellte sich eine hohe Verbundfestigkeit heraus, weil der Stoffschluss zwischen GMT-Struktur und Metallgurt auch über den Bruch der Konstituenten fortbesteht.

Von LiA-Forschenden entwickeltes Versuchswerkzeug zur Analyse und Optimierung des Herstellverfahrens der Hybridstruktur von Trägern. (Quelle: LiA)


Quelle und weitere Infos: Pressemitteilung

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