Textilverstärkte Thermoplast-Hybridstrukturen

Thermoplastische Faserkunststoffverbunde (FKV) in Form von Organoblechen oder Tapes mit angespritzten Funktionselementen wie Rippen, Schraubdomen oder Führungselementen aus Thermoplasten haben sich in den letzten Jahren gerade im Automobilbereich etabliert. Die Verbindungsfestigkeit zwischen der Spritzgießstruktur und dem Faserverbund ist dabei von entscheidender Bedeutung für die Tragfähigkeit von hochbelasteten Hybridbauteilen. Bisher fehlte jedoch den Konstrukteuren die Kenntnis, wie sich geometrische, werkstoffliche und prozesstechnische Einflüsse auf die Verbindungsfestigkeit auswirken. Ziel des Forschungsvorhabens war daher die systematische Analyse der Verbundhaftung in der Grenzschicht zwischen den angespritzten Rippenstrukturen zur Verstärkung und den textilverstärkten Halbzeugen. Mit einer neuentwickelten Prüftechnik ließen sich dabei die geometrie-, material- und prozessabhängigen Verbindungsfestigkeiten für verschiedene Lastfälle (Kopf-Zugbelastung; Schubbelastung längs und quer zur Rippe) ermitteln. So konnten im Rahmen der Untersuchungen die prozesstechnischen Haupteinflussfaktoren identifiziert und Empfehlungen für passende Prozessfenster abgeleitet werden. Weiterhin zeigten sich deutliche Einflüsse der Rippenfußgeometrie auf die Verbindungsfestigkeit. Aus den Ergebnissen ließen sich zwei besonders belastbare Rippenfüße identifizieren. Ergebnisse aus begleitenden numerischen Studien zeigen zudem, welche Eigenschaften aus der Formfüllsimulation in die Struktursimulation übertragen werden müssen und ab welcher Modellierungstiefe kein zusätzlicher Effekt mehr zu beobachten ist. Das EVHy-Projekt legte somit den Grundstein für das Verständnis zur Interaktion der prozesstechnischen und bauteilspezifischen Einflussgrößen und der Verbindungsfestigkeit.