Grundlagen des umformtechnischen Fügens und Vorspannens von Blechstrukturen mit FKV-Spanngliedern

Von:

Henning Husmann

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Das Prinzip der Vorspannung wird in Blechstrukturen des Mobilitätssektors bisher kaum genutzt. Hier könnten jedoch Komponenten wie Aufprall- und Längsträger vom festigkeitssteigernden Effekt einer den Nutzlasten entgegenwirkenden Vorspannung profitieren, um den Materialeinsatz und das Strukturgewicht zu verringern. Derzeit fehlen dazu jedoch leistungsfähige Spannglieder, Möglichkeiten zu deren Anbindung, industrietaugliche Auslegungs- sowie serientaugliche Fertigungsprozesse. Ziel der Arbeit ist es daher, dieses Potential für Blechstrukturen zu erschließen, indem Prozessansätze zum Fügen und Vorspannen von Spanngliedern aus leichten Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) entwickelt, ein tiefgreifendes Prozessverständnis zu Einflussgrößen und Grenzen erarbeitet und Auslegungshilfen für eine zielgerichtete Anwendung geschaffen werden. Hierbei dienen Umformprozesse als Grundlage, um prozessinhärente Rückfederungsdifferenzen zwischen Spannglied und Blech nach einer gemeinsamen Umformung für die Verbund- und Spannungserzeugung zu nutzen. Im Rahmen der Arbeit werden Füge- und Vorspannkonzepte entwickelt, die auch die mangelnde Dehnbarkeit von FKV mit einer Umformung in Einklang bringen. Um das Prozessverständnis zu erweitern, Einflussgrößen zu identifizieren und die industrielle Anwendbarkeit zu steigern, wird der genutzte Füge- und Vorspannmechanismus in mathematisch-analytischen Prozessmodellen abgebildet. Experimentelle und numerische Untersuchungen dienen neben der Validierung auch der Ermittlung der in Spannglied und Blech auftretenden Beanspruchungen sowie der Identifikation der Prozessgrenzen und Fehlerbilder. In Modellversuchen und einer praxisnahen Anwendungsdemonstration wird abschließend das Potential der erarbeiteten Technologie für den Leichtbau nachgewiesen.