Spezieller Composite-Entwicklungsprozess findet ideale Leichtbau-Geometrie

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Detaillierung in mehreren Stufen

Ausgehend von den Erkenntnissen aus der Simulation werden die Geometrie, insbesondere aber auch der Lagenaufbau des Verbundwerkstoffs und die Drapierung der Fasern unter Zuhilfenahme geeigneter Tools in mehreren Iterationsschleifen optimiert und auf ihre Tauglichkeit überprüft. Um jedoch eine Konstruktion zu finden, die sowohl den Fertigungsanforderungen entspricht, als auch Randbedingungen wie etwa bestimmte Steifigkeitsziele mit minimalem Materialaufwand erfüllt, ist zusätzlich das Know-how der Ingenieure notwendig. Bei ARRK|P+Z Engineering erfolgt die Detaillierung daher in mehreren Phasen: Zunächst wird je nach Belastungszone ein Designkonzept mit den erforderlichen Dicken und Faserausrichtungen generiert. Diese Vorgaben werden über die Gestaltung des Laminats und der einzelnen Lagenbündel umgesetzt und das Konzept dabei – unter Berücksichtigung der Machbarkeit – optimiert. Schließlich muss die ideale Stapelreihenfolge der Lagen ermittelt werden, wobei zu einem manuellen Eingriff in den Laminataufbau geraten wird, da aktuelle Solver an dieser Stelle nicht ausreichend unterstützen können.

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Des Weiteren muss entschieden werden, ob die Verbindungstechnik ausreichend präzise abgebildet wurde, um verlässliche Versagenswerte zu liefern. Dies ist umso relevanter, als bei der Detaillierung nun alle zu erfüllenden Anforderungen neben dem Hauptentwicklungsziel betrachtet werden. Da hierbei häufig auch Zielkonflikte zwischen verschiedenen Bereichen auftreten, muss unter Umständen an dieser Stelle das Zusammenspiel aus Design, Werkstoffwahl und Bauraumausnutzung nochmals angepasst werden. Zum Abschluss werden alle einzuhaltenden Lastfälle nochmals simuliert und dokumentiert. „Darüber hinaus sollten aber – eben weil sich die Eigenschaften des Verbundwerkstoffs erst bei der Fertigung endgültig ausprägen – in jedem Fall auch praktische Tests des Bauteils vorgenommen werden“, rät Dr. Burkart.

Resümee und Ausblick

Generell lässt sich sagen, dass mittels eines simulationsgestützten Ansatzes Composite-Bauteile heute sehr schnell und vor allem unter Ausnutzung aller Vorteile der Verbundwerkstoffe entwickelt werden können. Unterschiedliche Softwaretools decken dabei heutzutage bereits eine Vielzahl an Aufgaben ab. Ein mindestens ebenso wichtiger Vorteil des Verfahrens ist, dass es die Entwicklungsprozesse nachvollziehbar und transparent macht, was langfristig ihre Akzeptanz im industriellen Umfeld fördern wird.

Anwendertreff Leichtbau

Die Masse reduzieren – wir zeigen, wie es geht

Dazu sind allerdings noch weitere Schritte notwendig, allen voran eine umfassende Standardisierung der Composite-Technologie. ARRK|P+Z Engineering arbeitet bereits mit selbst gesetzten Normen, die alle Felder rund um die Verbundwerkstoffe umfassen, um unternehmensweit einheitliche Qualität liefern zu können. „Für eine echte Etablierung von Verbundwerkstoffen im Großserienbereich reicht das aber nicht aus. Wir brauchen feste Normen und einheitliche Toollandschaften, um Unternehmer, die die Berechenbarkeit von Stahl gewohnt sind, von der Verlässlichkeit faserverstärkter Kunststoffe zu überzeugen“, erklärt die CoC Composites-Leiterin Kreutzmann. Sie engagiert sich daher mit ihren Kollegen auch in den internationalen Fach-Netzwerken MAI Carbon und dem Carbon Composites e.V., die daran arbeiten, die Standardisierung voranzutreiben. „Ziel ist es, zu erreichen, dass Entwicklungen mit Verbundwerkstoffen nicht mehr als ‚mysteriöse Kunst’ angesehen werden, sonders als solides und vor allem valides Ingenieurshandwerk.“ (qui)

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