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DER KONSTRUKTEUR 10/2015

DER KONSTRUKTEUR 10/2015

Leistungssprung im

Leistungssprung im Leichtbau Endlosfaserverstärkte thermoplastische Composites für Strukturbauteile Die Bond-Laminates GmbH in Brilon, Tochtergesellschaft des Spezialchemie- Konzerns Lanxess, ist weltweit eines der wenigen Unternehmen, das mit Endlosfasern verstärkte Thermoplast-Composites anbieten kann. Typische Serienanwendungen der Halbzeuge, die Lanxess unter dem Markennamen Tepex anbietet, sind im automobilen Leichtbau etwa Sitzschalen, Elektrohalter, Komponenten von Unterbodenverkleidungen und Pedale. Als thermoplastische Matrix der auch Organobleche genannten Composites dienen u. a. Polypropylen, Polyamid 6 und andere Thermoplaste. Die Verstärkung erfolgt mit Endlosfasergeweben oder -Vliesen z. B. aus Glas-, Aramid-, Carbon- oder entsprechenden Mischfasern. In Geweben stehen die Fasern rechtwinklig zueinander oder sind weitgehend parallel in nur eine Richtung (unidirektional) angeordnet. Lastgerechtere Bauteilauslegung Dirk Bonefeld, Hendrik Kremer, Martin Klocke, Tilmann Sontag Neue Verstärkungstextilien und Simulationstools vergrößern die Leistungsfähigkeit und das Einsatzspektrum endlosfaserverstärkter, thermoplastischer Verbundwerkstoffe im Leichtbau. Beispiele hierfür sind ein Modellierungsansatz für das Abkühlverhalten der Halbzeuge bei der Umformung und neue Composites mit multiaxial angeordneten Endlosfaserlagen. Konstrukteure sind bestrebt, die Kräfte im auszulegenden Bauteil möglichst vollständig über die Endlosfasern fließen zu lassen, weil die Organobleche in Faserrichtung ungewöhnlich steif und fest sind. Diese Aufgabe wird nun dank einer Materialinnovation erleichtert: Bond-Laminates kann kontinuierlich in Großserie Verbundhalbzeuge herstellen, in denen die einzelnen Glasfaserlagen nicht nur wie bisher in 0°- und 90°-Richtung, sondern in weitgehend frei wählbaren Winkeln orientiert sind. Mit diesen multiaxialen Endlosfaserlagen kann der Konstrukteur das Bauteil spezifischer auf den Kraftfluss auslegen. Das Resultat sind dünnere, leichtere und dabei auf den Punkt lastgerechte Konstruktionen. Die neuen Composites lassen sich mit hohen Umformgraden verarbeiten. Die Endlosfasern sind zudem sehr regelmäßig, verschiebefest und ondulierungsarm angeordnet. Die einzelnen Faserlagen besitzen fast unidirektionale Eigenschaften. Ihre Steifigkeiten und Festigkeiten sind höher als bei konventionellen, gewebeverstärkten Halbzeugen und erreichen im Zugversuch Dr. Dirk Bonefeld, Bond-Laminates GmbH; Dr. Hendrik Kremer, Martin Klocke und Tilmann Sontag, Business Unit High Performance Materials; alle LANXESS Deutschland GmbH 56 Der Konstrukteur 10/2015

WERKSTOFFTECHNIK in Faserrichtung Werte von 37 GPa bzw. 780 MPa (Polyamid 6, 50 Volumenprozent Endlosglasfasern). Rücksitzlehne – dünner und leichter In welchem Ausmaß ein multiaxial optimierter Laminataufbau die mechanische Belastbarkeit eines Bauteils steigern kann, wurde u.a. am Beispiel einer ursprünglich in Kunststoff-Metall-Hybridtechnik konstruierten Rücksitzlehne untersucht. Das Bauteil ist durch eine Gurtaufnahme, zwei Scharniere und einen Verrastungsbolzen im Einsatzfall stark torsions- und biegebelastet. Die rechnerische Analyse ging von einem Laminat mit sechs bidirektional (0° und 90°) orientierten Endlosglasfaserlagen in einer Polyamid 6-Matrix aus (Bild 3, links). Einsatz (Bild 3, Mitte), erhöht sich die mechanische Leistungsfähigkeit der Lehne im Gurtzug-Lastfall um 11 %. Eine Steigerung um weitere 6 % auf insgesamt 17 % ergibt sich bei Austausch der vier äußeren bidirektionalen Faserlagen gegen vier Lagen mit hauptsächlich unidirektionaler Faserausrichtung (Bild 3, rechts). Unter der Annahme der funktionsfähigen Ausgangslösung bedeutet das Ergebnis, dass die Dicke des Laminats mithilfe des optimierten Aufbaus reduziert werden kann – nämlich von 3,0 auf 2,5 mm. Das Bauteil wäre dadurch deutlich leichter und kostengünstiger. Metallsubstitution, Alternative zu Tapes 01 Exemplarischer Aufbau eines multiaxial verstärkten, thermoplastischen Verbundwerkstoffs Mit multiaxialen Endlosfaserlagen kann der Konstrukteur Bauteile spezifischer auf den Kraftfluss auslegen Kommt statt dieses Laminates ein Aufbau aus je zwei bidirektionalen (0° und 90°) Deck- und vier +45°- bzw. -45°-Innenfaserlagen (Tepex dynalite RGUDm317) zum Grundsätzlich eignen sich die neuen Composites, um Strukturbauteile aus verstärkten Verbundwerkstoffen noch lastgerechter und leichter zu konstruieren. Sehr gute Einsatzchancen haben sie in Leichtbauteilen mit hoher Torsions- und 02 Simulierter Umformvorgang mit berechneter Temperaturverteilung Federnauswahl ab Lager in 12.603 Baugrössen federnshop.com katalog / (+49) 07123 960-192

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