Festigkeit im Leichtbau

Oftmals werden durch die Kombination hoher Spannungen und hoher Temperaturen Werkstoffe nötig, die eine wettbewerbsfähige Lösung im Vergleich zu schweren Metallen nicht zulässt.

EMS Grivory, Domat/Ems, Schweiz, hat einen Lösungsansatz entwickelt, bei dem die heterogenen Spannungsverteilungen im Bauteil durch die Kombination von verstärkten Polyamiden mit unidirektional verstärkten Tapes kompensiert werden. Die Tapes werden gezielt und nur dort im Bauteil eingebracht, wo eine lokale Verstärkung die Maximalbelastungen reduzieren kann. Diese Tapes werden auch in Richtung der Maximalkräfte eingebracht und nutzen somit alle Verstärkungsfasern optimal genau dort wo sie benötigt werden. Begonnen wird mit einer Bauteilanalyse zur Bestimmung der Spannungen und der Richtungen der Hauptkräfte im Bauteil. Damit kann eine Strategie erarbeitet werden, wo, in welchem Umfang und in welcher Richtung die Tapes in das Bauteil integriert werden sollen Durch die Analyse der Tape-Position kann nun ein Werkzeugkonzept erarbeitet werden, das die Verbindung der Verstärkungsbänder im Bauteil in vollautomatischen Prozessen sicherstellt. Je nach Geometrie und nach Position können die Tapes in das Spritzgusswerkzeug als lineare oder radiale Einleger eingebracht oder nachträglich auf das Bauteil aufgeschweißt werden. Im einfachsten Fall können abgelängte Tapes in die Kavität eingelegt werden  Das Leistungspotenzial der lokalen Tape-Verstärkung kann durch zweiseitiges Umspritzen von Tapes aufgezeigt werden. Hierbei werden zwei mit jeweils 30% Endloskohlenstofffasern verstärkte Tapes mit unterschiedlichen Spritzgussmaterialien hinterspritzt. Es ergeben sich Bruchspannungen von 400 MPa bei einer gleichzeitigen Dichtereduktion.  Die beidseitig umspritzten Tapes eignen sich als Zugelement oder als Biegeträger und weisen neben der extrem hohen Festigkeit zusätzlich eine extrem hohe Linearität bei Belastung auf. Kriechverformungen – selbst bei 200 MPa im Biegeversuch über mehr als ein Jahr – sind praktisch nicht messbar und liegen jetzt auf oder sogar über dem Niveau von metallischen Werkstoffen. Die Tape-Verstärkung wirkt sogar über Bindenähte hinweg.  Bild: BASF – Neue Flachbeschichtungsanlage für Polyurethan-Dämmpaneele am Standort Lemförde

Erstellt am 22.7.2014

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