Übersicht

PROJEKTDATEN Laufzeit: 01.05.2010 bis 30.04.2013 4 wissenschaftliche Mitarbeiter, 2 technische Angestellte und 1/4 Verwaltungsstelle Projektleitung: Dipl. Wirt.-Ing. Jörg Kaufmann SCHWERPUNKTE 3D-Bearbeitung von thermoplastischen Wabenstrukturen Fügbarkeit diverser Thermoplaste Heißpressen Umspritzbarkeit von 3D-konturierten Sandwich-Halbzeugen Numerische Struktur- und Fließsimulation FKV-spezifisches Life-Cycle- und Target-Costing-Konzept Entwicklungsprozessbegleitende Prototypenbewertung

Themenbereiche

Teilprojekt 1: Heißpressbasierter Teilprozess I

In Teilprojekt 1 stehen neben der Ermittlung mechanischer Kennwerte von faserverstärkten thermoplastischen Sandwichstrukturen syste­matische Analysen zur mechanischen 3D-Konturierung des thermoplastischen Wabenkernhalbzeuges im Fokus der Betrachtung. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Bestimmung der Prozessparameter zur stoffschlüssigen Verbindung von Kern und Deckschichten sowie einer hinterdruckten Polymer-Dekorfolie.


Teilprojekt 2: Spritzgießbasierter Teilprozess II

Innerhalb des Teilprojektes 2 liegt der Fokus auf der Analyse der Umspritzbarkeit der t3S-Einlegeteile sowie der stoffschlüssigen Anbindung von Lasteinleitungs- und Verbindungselementen. Die mechanischen Eigenschaften der hochkomplexen t3S-PII-Strukturen des Spritzgießprozesses werden anhand exemplarischer Probekörper quantifiziert.


Teilprojekt 3: Konstruktion/Simulation

Ziel des Teilprojektes 3 ist die Simulation und Auslegung von t3S-Strukturen. Die Basis für die strukturmechanische Simulation ist die Entwicklung geeigneter FE-Modelle, mit Hilfe derer das Steifigkeits- und Festigkeitsverhalten der Bauteile abgeschätzt und optimiert werden kann. Hierbei muss sowohl die Dickenvariabilität des Kerns als auch die mechanischen Eigenschaften der Deckschichten berücksichtigt werden. Des Weiteren ist in Teilprojekt 2 das Umspritzen der Sandwichstrukturen vorgesehen. In diesem Zusammenhang wird durch Füllsimulationen das Fließverhalten der Schmelze analysiert und bei Verwendung faserverstärkter Kunststoffe die resultierende Faserorientierung ermittelt.


Teilprojekt 4: Projektbegleitendes Controlling

Gegenstand des Teilprojektes 4 an der Professur Unternehmensrechnung und Controlling ist die Erarbeitung eines Systems zur Beurteilung und Steigerung des Lebenszykluserfolgs von Leichtbauanwendungen. Zielsetzung ist die Entwicklung eines Modells, das in frühen Entwicklungsphasen eine Abschätzung der technologiespezifischen Bauteileigenschaften, Herstellkosten, Lebenszykluskosten und -erfolge ermöglicht, sowie zur Unterstützung von FKV-Technologieentscheidungen eingesetzt werden kann. Nach der Analyse von Kostentreibern bei Materialsubstitutionen wird ein Rechensystem zur Beurteilung des Lebenszykluserfolgs und zur vergleichenden Lebenszykluskostenanalyse von Leichtbauanwendungen (Lebenszyklusrechnungen) konzipiert. Im weiteren Verlauf des Forschungsprojektes wird das Modell zur gezielten Gestaltung des Lebenszykluserfolgs um einen Target-Costing-Ansatz sowie ein Kennzahlensystem zum entwicklungsprozessbegleitenden Controlling erweitert.

Mitarbeiter

• Dipl.-Kffr. Andrea Hertel (Wiss. Mitarbeiterin)
• Matthias Meyer B. Sc. (Wiss. Mitarbeiter)
• Marco Müller B. Sc. (Wiss. Mitarbeiter)
• Erik Päßler B. Sc. (Wiss. Mitarbeiter)
• Robert Glaßmann (Techniker)
• Daniel Kühnrich (Techniker)
• Kerstin Grünert B. A. (Projektverwaltung)

Studentische Arbeiten

Numerische Simulation einer ebenen thermoplastischen Sandwichstruktur mit Wabenkern

Im Rahmen der Nachwuchsforschergruppe „t3S-Prozess“ werden Sandwichbauteile, bestehend aus endlosfaserverstärkten thermoplastischen Deckschichten mit einem strukturierten und dreidimensional konturierten Wabenkern, für Strukturbauteile eingesetzt. Innerhalb des Vorhabens sind zum einen eine Fahrradrahmenkomponente für ein vollgefedertes Mountainbike und zum anderen eine Automobilsitz-Lehnenstruktur als Technologieträger gewählt.

Ziel der numerischen Simulation ist die Berechnung der mechanischen Eigenschaften von ebenen thermoplastischen Sandwichstrukturen. In dieser Projektarbeit wird mittels einer Sensitivitätsanalyse beispielsweise der Einfluss von der Zellgröße und der Zellwandstärke der Wabenkernkomponente untersucht. Hierfür ist eine geeignete Methode eines homogenisierten oder heterogenen Berechnungsmodells zur Abbildung der Sandwichstruktur in dem FE-Programm ANSYS Workbench zu erarbeiten. Die Validierung erfolgt an Probekörpern, welche im Rahmen der Arbeit ebenso definiert werden wie der detaillierte Prüfaufbau adäquater Prüfverfahren für Kernschichtverbunde. 

Wesentliche Aufgabenschwerpunkte sind:

• Literaturrecherche zu analytischen und numerischen Berechnungsmodellen für Sandwich- und Wabenkernstrukturen sowie Prüfverfahren zur Bestimmung der mechanischen Eigenschaften von Kernschichtverbunden
• Abbildung der Sandwichstruktur in dem FE-Programm ANSYS Workbench
• Simulation der Lastfälle Zug- und Vierpunktbiegeverfahren zur Ermittlung der Mechanischen Kennwerte der Kernschichtverbunde mittels FEA
• Probekörperfertigung und Laborversuch sowie Validierung des Berechnungsmodells
• Statisch-mechanische Sensitivitätsanalyse hinsichtlich der Zellgröße und Zellwandstärke einer Wabenkernschicht

Technik

Das Projektteam profitiert von den technologischen Möglichkeiten der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung. Im Rahmen des Projektes wurde zusätzlich folgende technische Ausrüstung angeschafft:

• Wegmesssystem zur Erfassung der Durchbiegung im Vierpunktbiegeversuch
• Berechnungsserver
• 3 PC-Berechnungs-Workstation