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Gestaltung und Prozessanalyse für im Schleuderverfahren hergestellte FKV-Metall-Hohlstrukturen

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Von:

Jonas Nieschlag

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Die zunehmenden Auswirkungen des Klimawandels erfordern Lösungen, um den Ausstoß von klimaschädlichen Treibhausgasen zu reduzieren. Eine Möglichkeit ist der Einsatz von Leichtbaukomponenten. Entsprechende Bauteile aus duroplastischer Matrix mit Endlosfaserverstärkung können mit dem Schleuderverfahren intrinsisch hergestellt werden. Bei der intrinsischen Hybridisierung werden FKV und Metall durch Ur- oder Umformen verbunden, ohne das nachgeschaltete Fügeverfahren notwendig sind. Dafür wird ein trockener Faserpreform zusammen mit metallischen Funktionselementen in eine geschlossene Werkzeugform gegeben und unter Rotation mit einer duroplastischen Matrix imprägniert. Jedoch sind die mechanischen Festigkeiten der Hybridverbindungen und die erreichbaren Zykluszeiten für die Imprägnierung und Aushärtung unbekannt. Um diesen bestehenden Defiziten zu begegnen, wird ein Lösungsansatz entwickelt. Dieser umfasst die mechanische Charakterisierung von geschleuderten FVK-Metall-Bauteilen, den Aufbau von Finite-Elemente-Modellen zur Designoptimierung und die Entwicklung einer numerischen Formfüllsimulation zur Bestimmung des optimalen Entformungszeitpunkts. Zunächst werden Zugversuche durchgeführt, um geeignete Oberflächenbehandlungen für die metallischen Lasteinleitungselemente zu identifizieren. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden numerische Simulationsmodelle zur Optimierung von geschleuderten FVK-Metall-Zugstangen mit stoff- und formschlüssigen Verbindungen entwickelt. Die FE-Modelle werden parametrisiert, sodass die Geometrieparameter in vorgegebenen Grenzen verändert werden können. Weiterhin wird eine numerische Formfüllsimulation entwickelt, um die Imprägnier- und Aushärtezeiten zu bestimmen. Die berechneten Zeiten werden mit experimentellen Ergebnissen validiert.