Teilprojekt B5

Hauptziel des Teilprojekts B5 ist die Erforschung der Fertigungstechnik zur Herstellung von piezoaktiven Sandwichstrukturen durch Spritzgießen. Dabei werden Piezokeramik-Module und thermoplastische Faserverbund- kunststoff- (FVK-) sowie Leichtmetalldecklagen durch eine im Spritzgießprozess eingebrachte Kernkomponente stoffschlüssig zu einen Sandwich verbunden. Es entstehen adaptive Verbundstrukturen hybrider Werkstoffsysteme, die über eine große geometrische und funktionale Variationsbreite und somit über ein vielfältiges Anwendungspotenzial verfügen.

Die Notwendigkeit, Piezosensoren und -aktoren in leichtmetall- und faserverbundbasierte Komponenten zu integrieren, erwächst aus der Forderung nach intelligenten Leichtbauanwendungen. Die Vision ist eine großserienfähige Produktionstechnologie. Mit dem Montagespritzguss als Methode zur Erreichung dieses Ziels entstehen grundlegende, wissenschaftliche Fragestellungen zu komplexen stofflichen Wechselwirkungen.
Die Integration der Piezokomposite direkt im Spritzgießwerkzeug ist der Schlüssel für die Fertigung funktionsintegrierter Systeme. Darüber hinaus stellt das Spritzgießen als Urformverfahren eine Technologie dar, mit der werkzeugfallende Formteile wirtschaftlich in großen Stückzahlen hergestellt werden können. Eine Spritzpresse, welche auf einzigartige Weise wesentliche Sonderverfahren des Spritzgießens kombiniert, dient als Instrument zur integrierten Montage.

In die Sandwichbauteile sollen im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sowohl thermoplastische als auch duroplastische piezokeramische Module integriert werden. Ein stoffschlüssiger, flächiger Verbund zu den hybriden Sandwichkomponenten muss durch entsprechende Vorbehandlungs- maßnahmen (z. B. Plasmavorbehandlung) geschaffen werden. Die daraus resultierende Verbundfestigkeit sowie die dafür verantwortlichen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Phasen werden in diesem Teilprojekt grundlegend untersucht.
Um den Wärmehaushalt während der gesamten Prozesskette abschätzen und damit Vorhersagen zum Werkstoffverhalten der einzelnen Sandwich- komponenten treffen zu können, soll der Aufbau modelliert und unter Einbeziehung der ermittelten Eigenschaftskennwerte simuliert werden. Weiterhin soll die FE-Methode als Simulationswerkzeug helfen, Informationen über die verfahrensparameterabhängigen Schubspannungen zu erhalten, so dass die zugbelastungsempfindlichen piezokeramischen Faserkomposite möglichst schonend integriert werden können.