Hybrid Materialien und Bauweisen


Abbildung: Beispiel für hybride Werkstoffkombination

Die Arbeitsgruppe Hybrid-Materialien und Bauweisen am LCC folgt der Philosophie des anforderungsgerechten Materialeinsatzes und der Funktionserweiterung von Bauteilen durch den Einsatz von hybriden Materialien und Bauweisen. Unter hybriden Materialien verstehen wir die Kombination verschiedener Kunststoffe (Matrixsysteme), Verstärkungsfasern und gegebenenfalls metallischer Strukturen in einem Verbundbauteil. Die Hybridbauweisen umfassen die konstruktive und prozesstechnische Umsetzung der unterschiedlichen Materialien zu anwendungs- gerechten Bauteilen.

Die Arbeitsgruppe entwickelt in verschiedenen Forschungsbereichen neue innovative Anwen- dungen, untersucht Fertigungsprozesse zur Verarbeitung hybrider Materialien und charakterisiert diese hinsichtlich mechanischer, physikalischer und chemischer Eigenschaften. 

Multi-Material Prozessierung

Bestehende Herstellungsprozesse für Faserverbundbauteile wie das Resin Transfer Moulding (RTM), Vacuum Assisted Resin Infusion oder Filament Winding werden für die Co-Prozessierung und die in-situ Verarbeitung verschiedener Materialien adaptiert. Die Kombination verschiedener Matrixsysteme ermöglicht eine lokale Flexibilisierung des Bauteils. Der Einsatz von Glasfasern mit einer lokalen Carbonfaserverstärkung kombiniert vergleichsweise günstige Materialkosten mit optimalen mechanischen Eigenschaften. 

Bauweisen für optimierte Krafteinleitungs- und Lastübertragungselemente

Im Maschinen- und Anlagenbau eröffnet der Einsatz von Faserverbundwerkstoffen neue Anwendungsfelder. Eine Herausforderung stellt jedoch häufig die Verbindung von herkömmlichen Maschinenelementen mit neuartigen Faserverbundstrukturen sowie die Einleitung von Kräften in Faserverbundbauteile dar. Aktuelle Forschungsschwerpunkte sind daher das Design und die Entwicklung von Fertigungskonzepten für Lastübertragungselemente wie Welle-Nabe-Verbindungen, Inserts oder Bolzenverbindungen.

Integration thermoplastischer Folien in den Resin Transfer Moulding (RTM) Prozess

Große Stückzahlen sowie eine automobile Class-A Oberfläche stellen die Produktion vor noch ungelöste Herausforderungen und begrenzt das Breitenpotential des Materials. Durch ein synergetisches Zusammenwirken zwischen Oberflächenveredelung und der Handhabung biegeschlaffer Halbzeuge mittels prozessintegrierter thermoplastischer Folien sollen zwei bisher eigenständige Technologien, die Folientechnologie und die Faserverbundtechnologie, im Forschungsprojekt zur Integration von Folien (InFo) zusammenfinden.

Prozessintegrierte Fertigung von CFK-Metall-Verbindungen

Die integrale Fertigung von CFK-Bauteilen mit metallischen Inserts im RTM-Verfahren reduziert den Fertigungsaufwand und ermöglicht zudem eine Kombination aus Stoff- und Formschluss. Besondere Herausforderungen bei der Prozessierung bestehen in den unterschiedlichen Wärmedehnungen der Materialien und den dadurch resultierenden Eigenspannungen im ausgehärteten Bauteil. Gleichzeitig muss eine gleichmäßige und vollständige Tränkung des textilen Halbzeugs trotz des Einflusses der Inserts sichergestellt werden.