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Matthias Riemer
Welf-Guntram Drossel (Hrsg.)
Umformend hergestellte intrinsische Hybridverbunde für crashbelastete Strukturbauteile 
DIN A4, 168 Seiten, Hardcover
ISBN: 9783957352101
Verlag Wissenschaftliche Scripten

Der Einsatz von Leichtbautragstrukturen bietet in vielen Anwendungsbereichen die Möglichkeit einer signifikanten Gewichtsreduktion. Für eine konsequente Nutzung des Leichtbaupotentials ist die reine Substitution eines Werkstoffes durch einen Werkstoff mit höheren spezifischen mechanischen Eigenschaften meist nicht zielführend. Die Verknüpfung der Vorteile verschiedener Werkstoffe bzw. Werkstoffklassen in einem hybriden Bauteil trägt wesentlich zu einer optimalen Gesamtstruktur bei. Für crashbelastete Strukturbauteile ist die Kombination von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) mit einer duktilen metallischen Komponente zielführend.

Um dieses Potenzial zu heben, ist eine hochbelastbare Anbindung zwischen den Verbundkomponenten erforderlich. Eine Kombination aus Stoffschluss und quasi-flächigem Formschluss zeigt sich als erfolgversprechend. Trotz der vorteilhaften Eigenschaften von Hybridbauteilen, werden diese aktuell nur in Kleinstserien eingesetzt. Dies ist in erster Linie auf die derzeit noch zeit- und kostenintensiven Fertigungsprozesse zurückzuführen. Im Rahmen der Arbeit wird eine neuartige Verbundstruktur für crashbelastete hybride Bauteile vorgestellt.

Der Fokus liegt zum einen auf der Entwicklung einer metallischen Verstärkungsstruktur, welche die Ausbildung eines quasi-flächigen Formschlusses ermöglicht, und zum anderen auf der Untersuchung eines effizienten Fertigungsprozesses zur Herstellung eines hybriden Bauteils. Dafür sind simultane Umformungen auf mehreren geometrischen Skalenebenen notwendig. Auf der Makroebene wird ein klassischer Thermoforming-Prozess zur Erzeugung der globalen Bauteilgeometrie und auf der Mesoebene ein Blechumformprozess zur Ausformung der Formschlusselemente realisiert. Ausgehend von den numerischen und experimentellen Untersuchungen der metallischen Verstärkungsstruktur werden die Grundlagen des intrinsischen Herstellungsprozess betrachtet. Das Vorzugskonzept für den intrinsischen Fertigungsprozess wird abgeleitet. Die erlangten Erkenntnisse werden in ein Demonstratorbauteil überführt, angewendet und validiert. Im Ergebnis der Arbeit liegt ein effizienter intrinsischer Gesamtprozess zur umformtechnischen Herstellung von Hybridverbunden mit in metallischen Verstärkungsstrukturen integrierten quasi-flächigen Formschlusselementen vor.

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

2. Stand der Technik
2.1 Leichtbau
2.2 Hybride Verbunde
2.3 Anbindungstechnologien
2.3.1 Grundlagen der Anbindung bei Hybridverbunden
2.3.2 Anbindungskonzepte basierend auf der Kombination von Form- und Stoffschluss
2.3.3 Bewertung der Anbindungskonzepte
2.4 Herstellung von Hybridverbunden
2.4.1 Herstellkonzepte
2.4.2 Prozessketten zur Herstellung von intrinsischen Hybridbauteilen
2.5 Numerische Bauteil- und Prozessauslegung von Hybridbauteilen
2.6 Defizite

3. Zielstellung und Lösungsansatz

4. Metallische Verstärkungsstruktur
4.1 Anforderungen
4.2 Grundprinzip zur Erzeugung lokaler Out-of-Plane Deformationen
4.3 Analytische Vorauslegung
4.4 Numerische Auslegung der metallischen Verstärkungsstruktur
4.4.1 Design der metallischen Verstärkungsstruktur
4.4.2 Elastisch plastische Modellierung
4.5 Experimentelle und simulative Validierung
4.5.1 Charakterisierung der Halbzeuge
4.5.2 Experimentelle Untersuchung an der Verstärkungsstruktur
4.5.3 Validierung der elastisch-plastischen Modellierung

5. Fertigungsprozess
5.1 Werkstoffliche Grundlagen der FKV-Komponente
5.2 Experimentelle Untersuchung der Verbundhaftung
5.3 Konzept

6. Demonstratorbauteil
6.1 Bauteilauslegung
6.1.1 Bauteilauswahl und Anforderungsdefinition
6.1.2 Belastungsangepasstes Bauteildesign
6.1.3 Metallischer Einleger für das Demonstratorbauteil
6.2 Entwicklung Umformwerkzeug
6.2.1 Allgemeine Anforderungen
6.2.2 Konstruktion Versuchswerkzeug für Demonstratorbauteil
6.3 Herstellung von Verbundbauteilen
6.4 Bauteileigenschaften
6.4.1 Geometrische Eigenschaften
6.4.2 Mechanische Eigenschaften
6.5 Bewertung

7. Zusammenfassung und Ausblick

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