Innovative Prüfmethoden zur Charakterisierung der Anbindungsfestigkeit von UD-Tapes in Spritzgießbauteilen
Thermoplastische Glasfasertapes bieten enormes Leichtbaupotential für Spritzgießbauteile. Um werkstoff- und prozessbedingte Herausforderungen wie Eigenspannungen und Grenzflächenversagen zu meistern, ermöglichen neuartige Tape-Einleger mit integrierten faseroptischen Sensoren die präzise Messung von Temperatur- und Dehnungshistorien. So wird eine fundierte Charakterisierung der Anbindungsfestigkeit unter realen Bedingungen möglich.
Ausgangssituation / Problemstellung:
Lokale Verstärkungen mit thermoplastischen Glasfasertapes eröffnen Möglichkeiten, den Materialeinsatz in Spritzgießbauteilen bei vorgegebener Steifigkeit zu verringern. Frühere simulationsgestützte und praktische Untersuchungen unter großseriennahen Bedingungen zeigten, dass eine Gewichtseinheit unidirektionales Glasfasertape 13 Gewichtseinheiten Spritzgießmasse ersetzen konnte – ohne tapeinduzierten Bauteilverzug und bei gleichbleibender Bauteilsteifigkeit.
Für die weitere Anwendung der Technologie ist insbesondere die Anbindung zwischen Tape und Spritzgießmasse zu untersuchen. Unterschiede in Steifigkeit und thermischer Ausdehnung können beim Spritzgießen Eigenspannungen im Anbindungsbereich erzeugen. Diese können ein vorzeitiges Versagen an der Grenzfläche und damit den Verlust der strukturellen Integrität des Bauteils begünstigen. Um die Anbindungsfestigkeit verlässlich zu bestimmen, müssen die Eigenspannungen im Probekörper und der Temperaturverlauf während des Prozesses berücksichtigt werden. Dafür werden Prüfmethoden benötigt, die eine Messung der Temperatur- und Dehnungshistorie im Anbindungsbereich ermöglichen.
© IKVZielsetzung:
Zur Entwicklung von Prüfmethoden zur Charakterisierung der Anbindungsfestigkeit unter Berücksichtigung der Temperaturhistorie werden neuartige Tape-Einleger mit integrierten faseroptischen Temperatur- und Dehnungssensoren untersucht. Hierdurch soll die Messung der Temperaturhistorie im Spritzgießprozess und eine Messung der lokalen Dehnung im Probekörper nach dem Spritzgießen ermöglicht werden.
Lösungsweg und Ergebnisse:
Die Einbringung von Sensorfasern, die mechanisch mit dem Laminat des Einlegers gekoppelt sind, ermöglicht die Messung des lokalen Dehnungszustands. Die mechanische Entkopplung der Sensorfasern vom Laminat, etwa durch die Verwendung von Kapillarrohren, erlaubt wiederum die lokale Temperaturmessung. So wird der Rückschluss auf die prognostizierte Anbindungsfestigkeit und eine bereinigte Messung der Anbindungsfestigkeit ermöglicht.
Projektdaten und Förderung
Die vorgestellten Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und der National Science Foundation (NSF) im Rahmen des Forschungsprojekt „NSF-DFG: Multiscale Data-Physics Models for the Critical Role of Interfaces in Overmolded Thermoplastic Parts“ finanziell gefördert. Ihr gilt unser ausdrücklicher Dank.
Projektlaufzeit: 3/2024 bis 2/2027
Projektpartner
