Bei der Entwicklung moderner Leichtbaustrukturen kommen der Auswahl der Fügetechnik und der Gestaltung von Lasteinleitungszonen eine besondere Bedeutung zu. Für die lokale Einleitung von Kräften in Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) sind metallische Inserts branchenübergreifend in vielen Anwendungsbereichen etabliert. Sie können die Tragfähigkeit klassischer Bolzenverbindungen erhöhen und bieten umfassende Möglichkeiten zur Funktionalisierung. Derartige Inserts werden zumeist nach der Bauteilfertigung in einem separaten Prozessschritt in die FKV-Struktur integriert. Das hierzu notwendige Vorloch wird in der Regel mittels Bohren eingebracht, wobei die lasttragenden Verstärkungsfasern geschädigt werden. Alternativ können die Vorlöcher mit einem Dornwerkzeug hergestellt werden, wobei die Verstärkungsfasern umorientiert statt durchtrennt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine Technologie entwickelt, bei der simultan zur Warmlochformung mittels Dornwerkzeug ein metallisches Insert in den thermoplastischen FKV integriert wird. Zur Entwicklung der neuartigen Technologie sowie geeigneter Inserts wurde ein tiefgreifendes Verständnis des Einformprozesses und der daraus resultierenden lokalen Werkstoffstruktur erarbeitet. Für die Überführung in die Anwendung ist zudem eine Methodik zur Modellierung der Lasteinleitungszonen bereitgestellt worden, um eine numerische Vorauslegung zu ermöglichen. Darüber hinaus wurde das Tragverhalten umfassend charakterisiert, um das Anwendungspotential bewerten zu können.
Aktualisiert: 2023-06-27
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Bei der Entwicklung moderner Leichtbaustrukturen kommen der Auswahl der Fügetechnik und der Gestaltung von Lasteinleitungszonen eine besondere Bedeutung zu. Für die lokale Einleitung von Kräften in Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) sind metallische Inserts branchenübergreifend in vielen Anwendungsbereichen etabliert. Sie können die Tragfähigkeit klassischer Bolzenverbindungen erhöhen und bieten umfassende Möglichkeiten zur Funktionalisierung. Derartige Inserts werden zumeist nach der Bauteilfertigung in einem separaten Prozessschritt in die FKV-Struktur integriert. Das hierzu notwendige Vorloch wird in der Regel mittels Bohren eingebracht, wobei die lasttragenden Verstärkungsfasern geschädigt werden. Alternativ können die Vorlöcher mit einem Dornwerkzeug hergestellt werden, wobei die Verstärkungsfasern umorientiert statt durchtrennt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine Technologie entwickelt, bei der simultan zur Warmlochformung mittels Dornwerkzeug ein metallisches Insert in den thermoplastischen FKV integriert wird. Zur Entwicklung der neuartigen Technologie sowie geeigneter Inserts wurde ein tiefgreifendes Verständnis des Einformprozesses und der daraus resultierenden lokalen Werkstoffstruktur erarbeitet. Für die Überführung in die Anwendung ist zudem eine Methodik zur Modellierung der Lasteinleitungszonen bereitgestellt worden, um eine numerische Vorauslegung zu ermöglichen. Darüber hinaus wurde das Tragverhalten umfassend charakterisiert, um das Anwendungspotential bewerten zu können.
Aktualisiert: 2023-06-27
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Bei der Entwicklung moderner Leichtbaustrukturen kommen der Auswahl der Fügetechnik und der Gestaltung von Lasteinleitungszonen eine besondere Bedeutung zu. Für die lokale Einleitung von Kräften in Strukturen aus Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) sind metallische Inserts branchenübergreifend in vielen Anwendungsbereichen etabliert. Sie können die Tragfähigkeit klassischer Bolzenverbindungen erhöhen und bieten umfassende Möglichkeiten zur Funktionalisierung. Derartige Inserts werden zumeist nach der Bauteilfertigung in einem separaten Prozessschritt in die FKV-Struktur integriert. Das hierzu notwendige Vorloch wird in der Regel mittels Bohren eingebracht, wobei die lasttragenden Verstärkungsfasern geschädigt werden. Alternativ können die Vorlöcher mit einem Dornwerkzeug hergestellt werden, wobei die Verstärkungsfasern umorientiert statt durchtrennt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurde eine Technologie entwickelt, bei der simultan zur Warmlochformung mittels Dornwerkzeug ein metallisches Insert in den thermoplastischen FKV integriert wird. Zur Entwicklung der neuartigen Technologie sowie geeigneter Inserts wurde ein tiefgreifendes Verständnis des Einformprozesses und der daraus resultierenden lokalen Werkstoffstruktur erarbeitet. Für die Überführung in die Anwendung ist zudem eine Methodik zur Modellierung der Lasteinleitungszonen bereitgestellt worden, um eine numerische Vorauslegung zu ermöglichen. Darüber hinaus wurde das Tragverhalten umfassend charakterisiert, um das Anwendungspotential bewerten zu können.
Aktualisiert: 2023-06-27
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In der vorliegenden Dissertation wird die Kombination der Fertigungsverfahren Spritzguss und 3D-Druck untersucht. Es werden einige Anwendungen für die Verfahrenskombination aufgezeigt, wobei die Untersuchung der lokalen Verstärkung von Spritzgussteilen im Fokus steht. Für die Untersuchung der Verstärkung werden Inserts, welche mittels des Verfahrens Fused Deposition Modeling hergestellt werden, in einem zur Herstellung von Hybridbauteilen angepassten Zugprüfstabwerkzeug umspritzt. Dabei wurden Materialien und Geometrien variiert, um Effekte, Wechselwirkungen und die Grenzen des Prozesses zu untersuchen.Die verwendeten Materialien werden hierzu umfassend charakterisiert und die Fertigungsprozesse näher betrachtet, wobei das Hauptaugenmerk auf dem Verfahren Fused Deposition Modeling liegt. Dieses Verfahren wird anhand umfangreicher Recherchen näher beschrieben und durch Versuche ergänzt.Es konnte gezeigt werden, dass bei bestimmten Materialkombinationen und Geometrien Festigkeitssteigerungen bei Hybridbauteilen gegenüber rein spritzgegossenen Bauteilen erreicht werden können. Jedoch zeigte sich, dass die Kombination von glasfaserverstärkten Insertmaterial mit Spritzgießmaterialien aufgrund herausragender Glasfasern zum vorzeitigen Versagen der Hybridbauteile bei ungünstiger Auslegung führen kann.
Aktualisiert: 2022-09-30
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Metallische Inserts stellen ein alternatives Verbindungskonzept dar, um im Kontext des Multi-Material-Designs (endlos-) faserverstärkte Kunststoffe (FVK) mit metall- oder anderen kunststoffbasierten Bauteilen zu verbinden. Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Untersuchung und der daraus resultierende, systematische Vergleich und Bewertung zweier punktförmiger Insertkonzepte. Diese bestehen aus einer geschweißten Referenz und einer gestaltoptimierten, gedrehten Variante. Mechanical fasteners, so-called insert, offer the opportunity to allow for an inexpensive, detachable connection of thin-walled carbon fiber reinforced plastics (CFRP) parts to metal- or other plastic-based structures in the context of multi-material design. The present work is comprised of a systematic comparison of both insert types under near-application load conditions, whereby the strength as well as the damage behavior were evaluated.
Aktualisiert: 2021-02-11
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