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Vortrag

Leichtbaupotenzial der 3D-Endlosfaserverstärkung von Polyurethan-Schaumstoffformteilen mit Abstandsgewirken für hybride FKV-Sandwichstrukturen

Freitag (28.06.2019)
13:40 - 14:00 Uhr

Mit der Leichtbauweise werden Bauteilmassen bei Erhalt der Produktfunktionalität reduziert. Handelt es sich um bewegte Massen, führt dies zu verringertem CO2-Ausstoß. Im Formleichtbau wird die Materialverteilung im Bauteil optimiert. Angewendet wird dies bei der Sandwichbauweise. Die Bestimmung von Werkstoffen mit der geringsten möglichen Dichte für die Anforderungen einer Bauteilstruktur erfolgt im Werkstoffleichtbau. Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) sind etwa 40 % leichter als Aluminium und bis zu 80 % leichter als Stahl. Die Optimierung der Faserorientierung in Bauteilen hinsichtlich der mechanischen Anforderungen führt zu großen Gewichtseinsparungen. Die Endlosfaserverstärkung besitzt das größte Leistungspotenzial.

Sandwichdeckflächen aus duroplastischem oder thermoplastischem, endlosverstärktem FKV sind etabliert. Als Sandwichkern wird häufig Polyurethan (PUR)-Schaumstoff eingesetzt. Nach dem Stand der Technik wird dieser lediglich mit Kurz- oder Langfasern verstärkt.

Abstandsgewirke besitzen beste Voraussetzungen für die 3D-Endlosfaserverstärkung von PUR-Formteilschaumstoffen. Sie bestehen aus zwei Warenflächen, welche durch Abstandsfäden auf Entfernung zueinander gehalten werden. Für die Imprägnierung mit Kunststoff weisen sie eine hohe Formstabilität auf. Ihre Drapierbarkeit ermöglicht zugleich die Verstärkung komplexer Formen. Die Regelmäßigkeit dieser Faserstruktur stellt eine optimale Verstärkungswirkung in Kunststoffen in Aussicht. Bei der Auslegung von Abstandsgewirken existiert eine Vielzahl von Strukturparameter mit denen die mechanischen Eigenschaften von FKV eingestellt werden können.

Im vorliegenden Beitrag wurde die Imprägnierung von drei grundlegend verschiedenen Abstandsgewirken mit einem PUR-Weich- und einem PUR-Hartschaumstoff zur Herstellung von Kernverbunden untersucht. Eine Variante je Schaumstofftyp wurde mit Organoblech-Deckflächen zu hybriden Sandwichverbunden ergänzt. Alle Serien wurden der Druck- und Biegeprüfung unterzogen. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf den Einfluss der Maschen je Quadratzoll und die Anzahl der Verstärkungslagen auf die ermittelten Kennwerte zu. Durch den Vergleich der spezifischen mechanischen Eigenschaften mit unverstärkten PUR-Schaumstoffen wird zudem das Leichtbaupotenzial der 3D-Endlosfaserverstärkung und der Sandwichbauweise deutlich. Abgerundet wurden die Untersuchungen mit Wöhlerversuchen an den Sandwichverbunden, um die Dauerfestigkeit im Übergang der Komponentenbereiche zu untersuchen.

Sprecher/Referent:
Kay Schäfer
Technische Universität Chemnitz
Weitere Autoren/Referenten:
  • Kristina Jahn
    Technische Universität Chemnitz
  • Hendrik Jentzsch
    Technische Universität Chemnitz
  • Prof. Dr. Daisy Nestler
    Technische Universität Chemnitz
  • Prof. Dr. Lothar Kroll
    Technische Universität Chemnitz