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Leichtbau Funktionsintegrativer Fahrzeugsystemträger in Textil-Thermoplast-Bauweise

| Redakteur: Dorothee Quitter

Der im Jahr 2004 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) eingerichtete Sonderforschungsbereich (SFB) 639 „Textilverstärkte Verbundkomponenten für funktionsintegrierende Mischbauweisen bei komplexen Leichtbauanwendungen“ fand Ende 2015 seinen erfolgreichen Abschluss. Die resultierenden Erkenntnisse und entwickelten Technologien flossen in den generischen Demonstrator "Funktionsintegrativer Fahrzeugsystemträger" (FiF) ein, der erstmals auf der Hannover Messe zu sehen sein wird.

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Funktionsintegrativer Fahrzeugsystemträger in Textil-Thermoplast-Bauweise
Funktionsintegrativer Fahrzeugsystemträger in Textil-Thermoplast-Bauweise
(Bild: TU Dresden/ILK)

In den fünf Projektbereichen des SFB 639 erforschten die Wissenschaftler neuartige Textilverbunde mit thermoplastischen Matrixsystemen. Unter den textilverstärkten Verbundwerkstoffen bietet besonders die noch junge Werkstoffgruppe der Hybridgarn-Textil-Thermoplast-(HGTT-)Verbunde viele Vorteile gegenüber konventionellen Materialien. HGTT-Verbunde zeichnen sich unter anderem durch hohe Festigkeit und Steifigkeit bei gleichzeitig geringer Masse, die einstellbaren Dämpfungs- und Crasheigenschaften, die große Vielfalt textiler Verfahren und Strukturen, die zahlreichen Möglichkeiten der Funktionsintegration, die wirtschaftliche und reproduzierbare Fertigung, die Serientauglichkeit sowie durch ihre Recyclingfähigkeit aus. Das bisher noch ungenutzte Potential der HGTT-Verbunde ist deshalb für künftige Leichtbauanwendungen in den unterschiedlichsten Branchen höchst interessant.

Leichtbau durch Funktionsintegration

Durch die Verwendung der im SFB 639 entwickelten Textil-Thermoplast-Technologien konnte im Demonstratorfahrzeug FiF eine Leichtbauweise mit hoher Funktionsintegration realisiert werden. Eine hochintegrative Fahrzeugstruktur, bestehend aus lediglich zwei tragenden Systemen – der Fahrzeugkabine und der Tragstruktur, an der Fahrwerk und Antrieb angebunden sind – sorgt für einen hohen Leichtbaugrad bei gleichzeitig minimalem Fertigungsaufwand. Die Anzahl der Bauteile für die gesamte tragende Fahrzeugstruktur wurde auf sechs hochintegrierte Bauteile reduziert. Darüber hinaus demonstrieren die SFB-Wissenschaftler im FiF die Integration einer Vielzahl struktureller, elektrischer und adaptiver Funktionen. Das gesamte Fahrzeug ist durchsetzt mit einem werkstoffeingebetteten Sensornetzwerk, das die Datenkommunikation im Demonstrator übernimmt und Informationen – beispielsweise zum lokalen Werkstoffzustand – empfängt, verarbeitet und an Bedienerschnittstellen

Adaptive Biegefeder passt Federsteifigkeit an Belastungszustand an

Ein Beispiel für eine aktive, selbstüberwachende und -regelnde Funktion ist die im SFB 639 entwickelte adaptive Biegefeder, die im FiF erstmals verbaut wurde. Ein in der Biegefeder integriertes Sensornetzwerk mit eingebetteter Dehnungsmessung erlaubt die Online-Zustandsüberwachung sowie die Regelung der Aktorik zur Anpassung der Federsteifigkeit. Die neuartige hybride Konstruktion – bestehend aus HGTT-Deckschichten und einem Aluminiumrahmen – ermöglicht eine Veränderung des Bauteilquerschnittes infolge einer Druckbeaufschlagung, wodurch eine Anpassung der Federsteifigkeit an den aktuellen Beladungs- bzw. Belastungszustand des Fahrzeuges realisiert werden kann. Die im SFB 639 entwickelten integralen Sensornetzwerke können, neben der Erfassung des aktuellen Betriebszustands und der Dokumentation von Lastkollektiven und Überlastereignissen auch für die frühzeitige Detektion äußerlich nicht erkennbarer Veränderungen in der Verbundstruktur (Structural Health Monitoring) eingesetzt werden. (qui)

Hannover Messe 2016:

Halle 2, Stand A45

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