Multiskalenmethoden zur Analyse der Tapeanbindung in hinterspritzten thermoplastischen Bauteilen
Im geförderten Projekt der DFG und NSF stehen die Mikrokristallisations- und Diffusionsprozesse im Fokus. Ziel ist die Entwicklung datengetriebener Simulationsmodelle, um die Anbindungsfestigkeit zwischen thermoplastischen UD-Tapes und kurzfaserverstärkter Spritzgießmasse auf makroskaliger Ebene präzise zu berechnen.
© IKVDas Einbringen von lokalen Verstärkungsstrukturen aus thermoplastischen Glas- oder Carbonfaserverstärkten unidirektionalen Tapes in Spritzgießbauteilen aus Großserienanwendungen ermöglicht wesentliche Steigerungen der Bauteilsteifigkeiten bei gleichzeitiger Einsparung großer Mengen Spritzgießmasse. Im Rahmen des laufenden Forschungsvorhabens „Tape Technology Transfer Hub: T3-Hub“ konnte bereits nachgewiesen werden, dass durch den Einsatz dieser Technologie Einsparungen im zweistelligen Prozentbereich beim Bauteilgewicht, Werkstoffkosten und CO2-Emissionen praxistauglich umgesetzt werden können. Dadurch eröffnet sich ein neuer, wirtschaftlich tragfähiger und umweltfreundlicher Auslegungsansatz für Spritzgießbauteile. Untersuchungen auf Bauteilebene haben jedoch gezeigt, dass die auftretenden Spannungskonzentrationen, die aus den Steifigkeitsgradienten zwischen Spritzgießmasse und Tapeverstärkung resultieren, den Anbindungsbereich dieser Werkstoffe hoch beanspruchen und somit ein frühzeitiges Bauteilversagen verursachen können.
In Kooperation mit zwei Forschungsgruppen der Columbia University, New York, sowie einer Forschungsgruppe der Bergischen Universität Wuppertal, widmet sich IKV in den kommenden drei Jahren gemeinsam mit General Motors und dem Sandia National Laboratory dem Forschungsvorhaben „Multiskalen datenphysikalische Modelle für die kritische Rolle von Grenzflächen in hinterspritzten thermoplastischen Bauteilen“. Im Rahmen des durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die National Science Foundation (NSF) geförderten Projekts erfolgt ausgehend von einer Betrachtung auf der Mikroebene zur Untersuchung der Kristallisations- und Diffusionsprozesse die Entwicklung makroskaliger datengetriebener Simulationsmodelle zur Berechnung der Anbindungsfestigkeit der Grenzfläche zwischen thermoplastischen UD-Tapes und kurzfaserverstärkter Spritzgießmasse.
Das IKV trägt im Rahmen des Vorhabens die Verantwortung für die integrative Simulationskette und zeichnet sich hierbei durch innovative Mess- und Charakterisierungsverfahren der örtlich aufgelösten Anbindungsfestigkeit auf Probekörper- und Demonstratorebene aus. Auf diese Weise werden die zu entwickelnden numerischen und datengetriebenen Berechnungsmethoden kalibriert und zur Integration in Multiskalensimulationen zur Bauteil- und Prozessoptimierung zur Verfügung gestellt. So soll in Zukunft eine werkstoffgerechte Auslegung von Bauteilen und Herstellungsprozessen für tapeverstärkte Spritzgießbauteile ermöglicht werden.
Projektdaten und Förderung
Wir danken der DFG für die Förderung des Projekts (Förderkennzeichen: HO 4776/85-1) und den Projektpartnern für die Zusammenarbeit.
Projektlaufzeit: 01.07.2024 – 30.06.2027
Projektpartner / Förderung
