Festigkeit voll nutzen

Anbieter zum Thema

Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

GGB Heilbronn GmbH

Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) in Industrie und Handwerk an der Rheinisch-Westf. TH Aachen

Versuche mit Belastungen in verschiedene Richtungen

Aus bruchmechanischen Überlegungen ist eine Fehlstelle am ehesten kritisch, wenn sie die Form eines scharfkantigen Risses hat (siehe Bild 1). Je nach Belastungsart - Zug, Druck oder Schub - und Belastungsrichtung ist eine unterschiedliche Lage des Risses kritisch.

Die experimentellen Versuche werden an einer unidirektionalen Einzelschicht aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) durchgeführt, die in ein Laminat aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) eingebettet ist. Als Halbzeuge werden Prepregs verwendet, mit denen eine sehr genaue Fertigung der Schichtdicken und eine sehr hohe reproduzierbare Laminatqualität erzielt werden. Bild 2 zeigt diese Laminatqualität an einem Laminat, welches bereits mit einer Zuglast geprüft worden ist. Die Rissentwicklung durch die CFK-Schicht ist deutlich zu erkennen.

Erhöhung der Zugfestigkeit bei geringen Schichtdicken

Die Versuchsergebnisse für eine Zugbelastung in fasersenkrechter Richtung der CFK-Schicht zeigen eine deutliche Erhöhung der Zugfestigkeit von etwa 125 % bei sehr geringen, in der Praxis jedoch relevanten Schichtdicken, gegenüber dickeren Schichten (siehe Bild 3). Die Festigkeit ist hierbei die Spannung, die einen makroskopischen Riss hervorruft. Bei mittleren bis großen Schichtdicken zeigen sich jedoch keine weiteren Veränderungen der Festigkeit.

Erste Versuche mit fasersenkrechter Druckbelastung einer Einzelschicht deuten daraufhin, dass die Schichtdicke keinen Einfluss auf die Festigkeit bei dieser Belastungsart hat. Die Versuche mit Schubbelastung stehen noch aus.

Erweiterte Gestaltungsräume für Leichtbaukonstruktionen

Sollten die vorhandenen Ergebnisse in Verifikationsversuchen bestätigt werden, könnte das Potenzial des Werkstoffs zumindest bei fasersenkrechten Zugbelastungen, die häufig eine limitierende Größe bei der Auslegung darstellen, weiter ausgeschöpft werden. Eine Überführung dieser Erkenntnisse in eine Berechnungsprozedur, die sich anwenderfreundlich mit der üblichen Vorgehensweise der Auslegung von FVK kombinieren lässt, schafft insbesondere für Leichtbau-Konstrukteure zusätzliche Gestaltungsräume.

Die vorgestellten Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziell gefördert.

*Fabian Preller, Abteilung Faserverstärkte Kunststoffe/Konstruktion/Dimensionieren, IKV, Aachen

(ID:350620)