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Leichte hybride Spritzgussbauteile für den Automobilbau

IKV-KolloquiumLeichte hybride Spritzgussbauteile für den Automobilbau

Rohrprobekörper zur Kennwertermittlung von stoffschlüssigen Kunststoff/Metall-Hybridverbunden

Das IKV erforscht ein neuartiges Haftvermittlersystem für Kunststoff-Metall-Strukturbauteile. Während des 27. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik in Aachen gezeigt werden soll die Werkzeugtechnik zur Herstellung des hybriden Rohrprobekörpers.

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Eine serientaugliche Kunststoff-Metall-Hybridbauweise zur Herstellung von leichten, aber dennoch hochbelastbaren Strukturbauteilen kann unter andrem in der Automobilindustrie neue Lösungen ermöglichen. Eine neuartige Hybridleichtbautechnologie, bei der eine stoffschlüssige Verbindung den bislang genutzten Formschluss ersetzt, verspricht ein besseres Zusammenspiel des hybriden Werkstoffverbunds.

Das Institut für Kunststoffverarbeitung erforscht in Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie und Forschung den Einsatz eines neuartigen Haftvermittlersystems für hybride Spritzgussbauteile. Das reaktionsfähige Haftvermittlersystem wird bereits vor der urformenden Verarbeitung der metallischen Halbzeuge im Coil Coating-Verfahren auf das Metallband aufgebracht. Das spätere Anspritzen der beschichteten Bleche mit der Kunststoffformmasse baut einen stoffschlüssigen Verbund zwischen Metall und Kunststoff auf.

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Im Fokus des Forschungsprojekts stehen Fragen zur Fertigung und Auslegung von Bauteilen mit der neuartigen Verbindungstechnik. Mit dem entsprechenden Prozessverständnis und einer neuartigen Simulationsmethode, die die genaue Auslegung von stoffschlüssigen Hybridverbunden ermöglicht, sollen neue Strukturanwendungen zur Serienreife gebracht werden. Eine weitere Gewichtsreduktion des Gesamtfahrzeugs soll mit leichteren stoffschlüssigen Werkstoffverbunden realisiert werden. Diese Bauteile weisen laut IKV vergleichbare oder sogar überlegene mechanische Eigenschaften im Vergleich zu den derzeit in der Serie verbauten, konventionellen Bauteilen auf.

In diesem Forschungsprojekt werden die Vorteile der neuen Technologie an einem optimierten Automobil-Frontend demonstriert. Die Forschungspartner streben eine signifikante Gewichtsreduktion an. Zur Optimierung des Bauteils ist es erforderlich, das mechanische Verhalten der Haftvermittlerschicht und aller anderen beteiligten Werkstoffe simulieren zu können. Dazu wurde am IKV ein hybrider Rohrprobekörper entwickelt, mit dem belastbare Verbundkennwerte ermittelt werden können, die in die Simulation einfließen. Der Probekörper ist so konstruiert, dass er definierte Beanspruchungszustände in der Fügezone aufweist. Mit einer Universalprüfmaschine lassen sich Prüfungen für die Lastfälle Zug und Torsion durchführen und so Versagenskennwerte für genau diese Grundlastfälle ermitteln.

Da zur Beschreibung von Werkstoffversagen in der Simulation "wahre" Kennwerte erforderlich sind, wird die Ermittlung dieser Kennwerte letztlich mit der Kombination aus Werkstoffversuchen und FE-Simulationen mithilfe von Reverse-Engineering durchgeführt. Dank dieses Vorgehens ist es möglich, die Simulationsmethode zur Auslegung stoffschlüssiger Kunststoff-Metall-Hybridbauteile zu kalibrieren und bei der Bauteilauslegung einzusetzen.

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