Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Schichtarbeit: leichter Querlenker aus Faserverbunden integriert mehrere Funktionen

16.12.2014

Deutlich abspecken und gleichzeitig aufrüsten – das ist Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF an einem Querlenker eines Mittelklassefahrzeugs gelungen.

Das neuartige Leichtbauteil aus Kohlenstofffaser wiegt 35 Prozent weniger als ein vergleichbares aus Stahl. Darüber hinaus planen die Wissenschaftler, Funktionen in den Querlenker zu integrieren, damit dieser eine höhere Schadenstoleranz und gesteigerten Komfort im Gebrauch aufweist. Umgesetzt wird dies mit Structural Health Monitoring Systemen (SHM) und semi-aktiven Systemen, welche die Übertragung von Körperschall mindern.


Spannungen am Querlenker beim Lastfall „Bremsen Linkskurve“.

Grafik: Fraunhofer LBF


Prototyp eines Faserverbundquerlenkers.

Foto: Fraunhofer LBF

Immer leichter, immer sparsamer – so die Maxime der Automobilindustrie. Eine Schlüsseltechnologie, um diesem Anspruch gerecht zu werden, ist der betriebsfeste und funktionsintegrierte Leichtbau – sehr oft unter Einsatz von Faserverbunden. Allerdings stellt die fasergerechte und betriebsfeste Auslegung von Faserverbundstrukturen Konstrukteure und Ingenieure vor eine große Herausforderung.

Im Vergleich zu Metallen verhalten sich Faserverbunde unter mechanischen Lasten deutlich komplexer, und bestehende Konstruktionen aus Metallen lassen sich nicht einfach durch Faserverbunde ersetzen. Die unterschiedlichen Werkstoffe erfordern bei der Konstruktion hinsichtlich des Fertigungsverfahrens und wegen der anisotropen Eigenschaften der Faserverbunde unterschiedliche Herangehensweisen. Faserverbunde müssen fasergerecht ausgelegt werden, die verstärkenden Fasern müssen also in Lastrichtung ausgerichtet sein.

Eine Herausforderung für die Darmstädter Forscher war es, die Herstellung der Faserverbundbauteile fit für die Serienfertigung zu machen. Das Ergebnis: Für große und flächige Bauteile eignen sich besonders Organobleche mit thermoplastischer Matrix, die - umspritzt in einem Werkzeug -, die Bauteilgeometrie abformen. Auf Basis duroplastischer Matrixsysteme besteht die Möglichkeit das Resin Transfer Moulding-Verfahren (RTM-Verfahren) zu verwenden.

Für eine betriebsfeste und zuverlässige Auslegung von Fahrwerkskomponenten ist es notwendig, alle Einflüsse aus dem Betrieb zu berücksichtigen. Die mechanische Auslegung beruht auf Lastkollektiven, die an einem Messrad in einem Fahrzyklus ermittelt wurden. Die Kollektivwerte wurden in Lasten umgerechnet, die an dem jeweiligen Bauteil angreifen.

Aus Fahrmanöverabschätzungen wurden kritische Fahrmanöver abgeleitet, die als Lastannahme dienten. Die unterschiedlichen Fahrmanöver rufen in den höchst beanspruchten Bereichen komplexe mehraxiale Beanspruchungszustände hervor, die es für die betriebssichere Auslegung zu bewerten galt.

Optimierter Schichtaufbau

Experimentelle Untersuchungen an den zu verwendenden Materialien bildeten die Grundlage für die Erstellung von Materialmodellen zur Abschätzung der Lebensdauer. Mittels numerischer Methoden identifizierten die Wissenschaftler lasttragende Bereiche, wo lokale Faserverstärkungen der Struktur verlaufen müssen. Um die lokale Faserverstärkung zu stützen, müssen Gewebeschichten in den Schichtaufbau eingebracht werden. Dieser Schichtaufbau wurde numerisch bezüglich der lokalen Faserorientierung optimiert, damit auch diese Gewebelagen entsprechend ihrer Beanspruchung optimal ausgelastet sind.

Licht deckt Schäden auf

Höchst belastende Situationen wie Unfälle oder Überladung auf schlechten Wegstrecken können die Struktur schädigen und die Lebensdauer verkürzen. Mit Hilfe eines Structural Health Monitoring Systems, das aus faseroptischen Sensoren und einem Lichtleiterkabel besteht, können diese Bereiche online überwacht werden. Entsteht ein Riss und wächst der Schaden, so erhöhen sich in diesen Bereichen die Verformungen, die von den faseroptischen Sensoren erfasst werden. Beim Überschreiten eines zuvor festgelegten Schwellwertes bekommt der Fahrer eine entsprechende Warnmeldung angezeigt.

Gedämpfte Schwingungen im Faserverbund

Dynamisch belastete Leichtbaustrukturen neigen zu Schwingungen, die üblicherweise zum Beispiel mit Tilgern gedämpft werden. Der Nachteil: zusätzliche Massen und entsprechender Bauraum. Die Wissenschaftler des Fraunhofer LBF integrierten die Schwingungsdämpfung durch piezoelektrische Wandler, die mit passiven Bauelementen beschaltet werden.

Dabei wirkt eine induktive Beschaltung zusammen mit der Kapazität des Wandlers als Schwingkreis und kann so einen mechanischen Tilger ersetzen. Um eine möglichst hohe Effektivität zu erreichen, übernahmen die LBF-Forscher die Auslegung dieses semi-aktiven Systems in den Entwicklungsprozess des Faserverbundbauteils. Somit können sie Bauteile herstellen, die gleichzeitig eine geringe Masse und gute Dämpfungseigenschaften aufweisen.
Den Forschern aus Darmstadt ist es in nur sechsmonatiger Entwicklungszeit gelungen, einen Querlenker aus Faserverbund auszulegen und zu fertigen.

Anke Zeidler-Finsel | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.lbf.fraunhofer.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Heiratsschwindel unter Oxiden
20.06.2018 | Empa - Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt

nachricht Lasertests unter Tiefsee-Bedingungen am LZH
19.06.2018 | Laser Zentrum Hannover e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Überdosis Calcium

Nanokristalle beeinflussen die Differenzierung von Stammzellen während der Knochenbildung

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universitäten Freiburg und Basel haben einen Hauptschalter für die Regeneration von Knochengewebe identifiziert....

Im Focus: Overdosing on Calcium

Nano crystals impact stem cell fate during bone formation

Scientists from the University of Freiburg and the University of Basel identified a master regulator for bone regeneration. Prasad Shastri, Professor of...

Im Focus: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Hengstberger-Symposium zur Sternentstehung

19.06.2018 | Veranstaltungen

LymphomKompetenz KOMPAKT: Neues vom EHA2018

19.06.2018 | Veranstaltungen

Simulierter Eingriff am virtuellen Herzen

18.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Rätselhaftes IceCube-Ereignis könnte von Tau-Neutrino stammen

19.06.2018 | Physik Astronomie

Automatisierung und Produktionstechnik – Wandlungsfähig – Präzise – Digital

19.06.2018 | Messenachrichten

Überdosis Calcium

19.06.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics