Analyse und Optimierung der Delta-Alpha-Problematik im Fertigungsprozess von asymmetrischen hybriden Werkstoffen aus Metall und faserverstärkten Kunststoffen
Meike Marie Frantz
Die Bedeutung von beanspruchungsangepassten Bauteilen aus metallischer Grundstruktur verstärkt mit einem Faserverbundkunststoff (FVK) steigt im automobilen Leichtbau stark an. Ein Verfahren zur Herstellung dieser hybriden Strukturen ist das Prepreg-Pressen. Bei diesem Verfahren wird der FVK direkt unter Temperatur und Druck auf die metallische Grundstruktur geklebt, wobei es aufgrund der deutlich unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu starken Eigenspannungen im Bauteil kommt. Diese prozessinduzierten Eigenspannungen wurden im Rahmen dieser Arbeit reduziert. Dazu wurde in einem ersten Schritt die Ausgangslage untersucht, indem die Eigenspannungen analytisch berechnet sowie experimentell untersucht wurden. Im zweiten Schritt wurde ein Konzept zur Reduzierung dieser erarbeitet. Hierbei spielt vor allem die Temperaturverteilung im Bauteil eine entscheidende Rolle, die analytisch, numerisch sowie praktisch bestimmt wurde. Im Anschluss wurden die Parameter dieses angepassten Verfahrens optimiert. In weiteren Optimierungsschritten wurde der Einfluss unterschiedlicher Materialien auf die induzierten Eigenspannungen sowie auf die mechanischen Eigenschaften des Gesamtverbundes untersucht. Die Eigenspannungen konnten mithilfe des optimierten Verfahrens deutlich reduziert werden. Abschließend wurden die Ergebnisse in einer Methodik zur Herstellung eigenspannungsoptimierter asymmetrischer Hybride zusammengefasst.
