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Dezember 2012
Katrin Lang
Zur Erweiterung des Spektrums von Faser-Kunststoff-Verbunden mit thermoplastischer Matrix – Einsatz unidirektional faserverstärkter Halbzeuge in hoch belasteten Strukturbauteilen des Automobil- und Flugzeugbaus
Anhand einer vollständigen Prozesskette bestehend aus Werkstoffauswahl, Halbzeug- und Bauteilfertigung sowie Fügeverfahren werden Maßnahmen aufgezeigt, wie zukünftig Faser-Kunststoff-Verbunde mit thermoplastischer Matrix verstärkt in hoch belasteten Strukturbauteilen eingesetzt werden können.
Zur Verbesserung der Faser/Matrix-Haftung wird eine Modifizierung der Matrix vorgenommen, was zu einer Verdoppelung der Verbund-Querzugfestigkeit führt.
Zur vollständigen und homogenen Imprägnierung von Fasern, selbst mit hochviskosen Matrices, wird der Thermoplast-Imprägnier-Prozess (TIP) entwickelt.
Stellvertretend für hoch belastete Strukturbauteile werden eine Blattfeder aus dem Automobil- sowie ein Stringer aus dem Luftfahrtsektor betrachtet. Bei der entwickelten Blattfeder handelt es sich um eine GFK- Blattfeder mit thermoplastischer Matrix für Leichttransporter. Die Blattfeder verfügt über eine auf die auftretenden Belastungen numerisch optimierte Kontur. Blattfeder-Prototypen werden gefertigt und umfangreichen statischen als auch dynamischen Prüfungen unterzogen.
Anhand eines Omega- und eines Z-Stringers werden Konzepte zur werkstoff-, fertigungs- und funktionsgerechten Gestaltung eines kohlenstofffaserverstärkten Thermoplast-Bauteils entwickelt.
Abschließend wird als ein besonders geeignetes Fügeverfahren für hoch belastete Strukturbauteile das Widerstandsschweißen betrachtet. Die Fasern bleiben ideal ausgerichtet und die Festigkeiten geschweißter Bauteile erreichen das Niveau ungefügter heißgepresster Bauteile.
Zur Verbesserung der Faser/Matrix-Haftung wird eine Modifizierung der Matrix vorgenommen, was zu einer Verdoppelung der Verbund-Querzugfestigkeit führt.
Zur vollständigen und homogenen Imprägnierung von Fasern, selbst mit hochviskosen Matrices, wird der Thermoplast-Imprägnier-Prozess (TIP) entwickelt.
Stellvertretend für hoch belastete Strukturbauteile werden eine Blattfeder aus dem Automobil- sowie ein Stringer aus dem Luftfahrtsektor betrachtet. Bei der entwickelten Blattfeder handelt es sich um eine GFK- Blattfeder mit thermoplastischer Matrix für Leichttransporter. Die Blattfeder verfügt über eine auf die auftretenden Belastungen numerisch optimierte Kontur. Blattfeder-Prototypen werden gefertigt und umfangreichen statischen als auch dynamischen Prüfungen unterzogen.
Anhand eines Omega- und eines Z-Stringers werden Konzepte zur werkstoff-, fertigungs- und funktionsgerechten Gestaltung eines kohlenstofffaserverstärkten Thermoplast-Bauteils entwickelt.
Abschließend wird als ein besonders geeignetes Fügeverfahren für hoch belastete Strukturbauteile das Widerstandsschweißen betrachtet. Die Fasern bleiben ideal ausgerichtet und die Festigkeiten geschweißter Bauteile erreichen das Niveau ungefügter heißgepresster Bauteile.
Schriftenreihe Konstruktiver Leichtbau mit Faser-Kunststoff-Verbunden
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Helmut Schürmann, Darmstadt
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