KIT-Karlsruhe

Noch sind die Diskrepanzen zwischen Realität und Simulation zu groß. Bild: YIG Green Mobility/KIT

Das Gewicht tragender Bauteile lässt sich durch den Einsatz von Hochleistungs-Faserverbundkunststoffen (HL-FVK) deutlich reduzieren. Die Werkstoffe bestehen aus einer Kunststoffmatrix und darin eingebetteten extrem dünnen Verstärkungsfasern. Dank ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten eignen sie sich ideal für Leichtbauanwendungen.

Im Automobilbau haben sich HL-FVK allerdings noch nicht etabliert. Das liegt unter anderem daran, dass sich diese Werkstoffe noch nicht genau genug simulieren lassen. Zur Verbesserung der Simulierbarkeit haben das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Vector Stiftung gemeinsam die Young Investigator Group (YIG) gegründet.

Im Unterschied zu Metallen werden Steifigkeit und Festigkeit bei HL-FVK von der lokalen Faserarchitektur beeinflusst. Die endgültige Faserarchitektur der Bauteile entsteht erst bei der Drapierung, das heißt Umformung des zweidimensionalen Fasermaterials in eine dreidimensionale Struktur, die sogenannte Preform. Deren Faserarchitektur kann sehr ungleichmäßig aufgebaut sein, etwa durch Unterschiede in Ausrichtung und Dichtheit der Fasern sowie in Form und Aufbau der Faserbündel, aber auch durch lokale Effekte wie Überlappungen, Lücken und Faserwelligkeit. “Fahrzeugstrukturen
aus HL-FVK lassen sich nur dann gewichtsoptimiert auslegen, wenn die Tragfähigkeit ausreichend genau vorhergesagt wird, die Richtungsabhängigkeit der Fasern voll ausgenutzt wird und Fertigungseffekte richtig erkannt und berücksichtigt werden”, fasst Kärger zusammen.

Um die Simulierbarkeit zu verbessern, arbeiten die Wissenschaftler der YIG Green Mobility an einer effizienten Drapiersimulation, welche die lokale Faserarchitektur der Preforms ausreichend genau vorhersagt. Zudem entwickeln sie geeignete strukturmechanische Modelle zur Beschreibung lokaler Drapiereffekte und erarbeiten eine effiziente Bauteilsimulation, die alle global relevanten Effekte berücksichtigt. Mithilfe der entwickelten Methoden leiten sie Vorgehensweisen zur Ermittlung der optimalen Drapierstrategie für gegebene Bauteilgeometrien her, um die geforderten Trageigenschaften der Bauteile einzuhalten und deren Gewicht zu minimieren. Die YIG trägt zu den
Aktivitäten des KIT-Zentrums Mobilitätssysteme bei.

Die YIG Green Mobility startete am 1. Juli diesen Jahres und ist auf vier Jahre angelegt.

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Gabriel Pankow / idw