Die Organoblech-Technologie zeichnet sich durch ein hohes Leichtbaupotenzial und vor allem effiziente Verarbeitungsverfahren aus. Während der Umformung auftretende Oberflächendefekte an den Bauteilen führen allerdings zu einer Einschränkung der möglichen Einsatzgebiete. Um diese Fehlstellen zu vermeiden, ist eine komplizierte Temperaturführung während des Thermoformprozesses notwendig, wobei eine Anpassung der Halbzeug- sowie Werkzeugtemperatur in den meisten Fällen nicht möglich ist. Um die für die Oberflächenfehler verantwortliche Auskühlung des Organoblechs zu reduzieren, können wärmedämmende Werkzeugbeschichtungen eingesetzt werden. Diese sollen den Temperaturverlust während des Thermoformens verhindern und somit zu einer Steigerung der Oberflächenqualität führen. Der vorliegende Beitrag untersucht in diesem Zusammenhang am Beispiel eines Umformprozesses den Einfluss der Prozessparameter sowie ausgewählter Werkzeugbeschichtungen auf die Oberflächenqualität der Organoblech-Bauteile.
Aktualisiert: 2022-02-07
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In vielen industriellen Infrarotschweißprozessen ist ein Rauchen der infraroterwärmten Bauteilbereiche zu beobachten. In der vorliegenden Arbeit werden die mechanischen Eigenschaften von Infrarotschweißverbindungen mit der Rauchbildung und thermisch-oxidativen Kunststoffbelastung korreliert und zwei Ansätze zur schonenden Erwärmung untersucht. Die Ergebnisse weisen nach, dass eine thermisch-oxidative Kunststoffschädigung zu einer Verschlechterung der mechanischen Schweißnahteigenschaften führt. Das Schweißen in Argonatmosphäre und mit aktiver Strahlerleistungsregelung verhindern die Kunststoffzersetzung und führen in der Regel zu besseren mechanischen Schweißnahteigenschaften. Weiterhin wird deutlich, dass Umstellzeiten ≥ 5 s eine erhebliche Reduzierung der Schweißnahteigenschaften zur Folge haben. Die derzeit übliche Stumpfanordnung der Fügeteile führt beim Infrarotschweißen faserverstärkter Kunststoffe zu einer Faserumlenkung in der Fügenaht und hat zur Folge, dass die Faserverstärkung nicht über die Fügeebene hinweg genutzt werden kann. Im Rahmen der Arbeit wird das überlappende Infrarotschweißen von Organoblechen untersucht. Um Hohlkörper aus Organoblechen mit erhöhter Komplexität, Größe und Steifigkeit herstellen zu können, werden zudem zwei industriell nutzbare Verfahrensvarianten auf Basis des Infrarotschweißens entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass in Plattenprobekörpern und in Hohlkörpern eine Nutzung der Faserverstärkung über die Fügeebene hinweg möglich ist.
Aktualisiert: 2022-05-19
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Thermoplastische Faserkunststoffverbunde (FKV) in Form von Organoblechen oder Tapes mit angespritzten Funktionselementen wie Rippen, Schraubdomen oder Führungselementen aus Thermoplasten haben sich in den letzten Jahren gerade im Automobilbereich etabliert. Die Verbindungsfestigkeit zwischen der Spritzgießstruktur und dem Faserverbund ist dabei von entscheidender Bedeutung für die Tragfähigkeit von hochbelasteten Hybridbauteilen. Bisher fehlte jedoch den Konstrukteuren die Kenntnis, wie sich geometrische, werkstoffliche und prozesstechnische Einflüsse auf die Verbindungsfestigkeit auswirken.
Ziel des Forschungsvorhabens war daher die systematische Analyse der Verbundhaftung in der Grenzschicht zwischen den angespritzten Rippenstrukturen zur Verstärkung und den textilverstärkten Halbzeugen. Mit einer neuentwickelten Prüftechnik ließen sich dabei die geometrie-, material- und prozessabhängigen Verbindungsfestigkeiten für verschiedene Lastfälle (Kopf-Zugbelastung; Schubbelastung längs und quer zur Rippe) ermitteln. So konnten im Rahmen der Untersuchungen die prozesstechnischen Haupteinflussfaktoren identifiziert und Empfehlungen für passende Prozessfenster abgeleitet werden. Weiterhin zeigten sich deutliche Einflüsse der Rippenfußgeometrie auf die Verbindungsfestigkeit. Aus den Ergebnissen ließen sich zwei besonders belastbare Rippenfüße identifizieren. Ergebnisse aus begleitenden numerischen Studien zeigen zudem, welche Eigenschaften aus der Formfüllsimulation in die Struktursimulation übertragen werden müssen und ab welcher Modellierungstiefe kein zusätzlicher Effekt mehr zu beobachten ist.
Das EVHy-Projekt legte somit den Grundstein für das Verständnis zur Interaktion der prozesstechnischen und bauteilspezifischen Einflussgrößen und der Verbindungsfestigkeit.
Aktualisiert: 2022-05-26
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Den Fokus dieses Forschungsvorhabens bildete der Erkenntnisgewinn über die Klebeignung und Langzeitbeständigkeit geklebter Organoblechverbindungen. Des Weiteren lag der Fokus auf der Simulation des Verformungsverhaltens und des Versagenskriteriums der Klebverbindung. Es wurden erstmals Wissensdefizite über die geeignete Oberflächenvorbehandlung von Organoblechen geschlossen und die Eigenschaften sowie Fügeprozesse geklebter und geschweißter Organoblechverbindungen direkt miteinander verglichen. Zudem wurden weitere Methoden zur Charakterisierung spezifischer Klebstoffeigenschaften erschlossen. Die damit generierten Werte haben direkt Einzug in das aufgebaute Simulationsmodell erhalten.
Es wurden Kleberbindungen von Organoblechen mit PA66- und PP-Matrix untereinander sowie in Kombination mit KTL beschichtetem Aluminium hierfür betrachtet. Außerdem wurden diese Organobleche auch hinterspritzt und mittels Infrarotschweißen verbunden, um sie mit geklebten Verbindungen vergleichen zu können.
Die Klebversuche erzielten vielversprechende Ergebnisse für eine branchenübergreifende Anwendung von Organoblech-Aluminium-Knotenverbindungen. So lässt sich festhalten, dass Organobleche im unbehandelten Zustand eine unzureichende Klebeignung aufweisen, aber durch geeignete Oberflächenvorbehandlung daran Klebfestigkeiten von über 10 MPa mit guter Alterungsstabilität erzielt werden können. Des Weiteren konnte das aufgebaute visko-hyperelastische Simulationsmodell das Dehnungsverhalten an einem anwendungsnahen Probekörper vorhersagen.
Aktualisiert: 2021-07-08
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In der vorliegenden Abhandlung werden neue Fügeverfahren für Organoblech-Hybridverbindungen entwickelt und untersucht. Aktuelle Fügetechniken erfordern in der Regel eine Schädigung des Organoblechs zur Ausprägung der Verbindung. Dies führt zu Spannungskonzentrationen in der Fügezone, die die mechanischen Eigenschaften der Verbindung schwächen. Die neuen Fügeverfahren Spritznieten und Organoblechnieten adressieren dieses Problem und sollen ohne Schädigung bzw. mit minimaler Schädigung des Organoblechs anwendbar sein. Ziel der durchgeführten Untersuchungen war das Aufzeigen der Potenziale der neu entwickelten Fügetechniken sowie die grundlegende Charakterisierung der Prozesse.
Des Weiteren wurde das Hinterspritzen von Organoblechen mit dem Ziel untersucht, Handlungsempfehlungen und Einsatzgrenzen für die industrielle Anwendung zu erarbeiten. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf einer grundsätzlichen Ermittlung der Einflüsse von Prozess- und Materialparametern auf die Verbundfestigkeit der hinterspritzten Probekörper.
Neben den eigentlichen Fügeprozessen wurde auch die notwendige Vorerwärmung der Organobleche untersucht. Ziel war es, mittels der Finite-Differenzen-Methode, den Aufheizvorgang, welcher durch Infrarotstrahlung induziert wird, berechnen bzw. simulieren zu können. Es wurde gezeigt, dass die Methode geeignet ist, aber physikalische Prozesse, die während der Erwärmung ablaufen, wie beispielsweise das Loften, berücksichtigt werden müssen, um gute Simulationsergebnisse zu erzielen.
Aktualisiert: 2020-12-08
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Im Rahmen des Forschungsprojektes BMBF CAMISMA erfolgte in Zusammen-arbeit mit Evonik Industries AG, Essen die Entwicklung der Anlagentechnologie zur Herstellung thermoplastischer Prepregs mittels reaktiver Verarbeitung des Matrixsystems. Das Anlagenkonzept sieht ein Aufschmelzen des Matrixmonomers und des zugehörigen Initiator- und Katalysatorsystems in getrennten Behältern vor. Das Mischen der Komponenten erfolgt vor dem Auftrag auf das Faserhalbzeug. Die Viskosität der Matrix liegt bei der Imprägnierung der Fasern unterhalb von 0,1 Pa·s, wodurch eine vollständige Imprägnierung der Fasern ohne Einwirkung äußerer Kräfte ermöglicht wird. Die Polymerisation des Systems erfolgt nach dem Auftrag auf einer beheizten Reaktionsstrecke.
Im Rahmen der Arbeit erfolgt die Entwicklung des In-situ-Prepregs unter der Bewertung der Einflussparameter auf die Polymerisation des Matrixsystems.
Eine technische Bewertung der In-situ-Prepregs erfolgt anhand des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens bei Zug- und Biegebeanspruchung, des dynamischen Verhaltens sowie der Beständigkeit gegenüber umgebender Medien.
Die ökonomische Bewertung der In-situ-Prepregs erfolgt mittels einer Zielkostenrechnung. Die Ermittlung der Zielkosten wird anhand des Benchmarkprozesses der Doppelbandpresse durchgeführt. Auf Basis der Zielkosten erfolgen eine Skalierung der Anlage auf einen Produktionsmaßstab und ein Vergleich der berechneten Stückkosten.
Aktualisiert: 2020-12-08
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