KVB Institut für Konstruktion und Verbundbauweisen gGmbH


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Geschäftsführer: Jörg Hüsken,
Dr.-Ing. Udo Berthold


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Geförderte Projekte: 2


Faserverbundkunststoffe mit integrierten Elastomerschichten


Dämpfungsverhalten ohne (links) und mit (rechts) integrierter Elastomerlage
Dämpfungsverhalten ohne (links) und mit (rechts) integrierter Elastomerlage

Projektidee

Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) und insbesondere carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) sind bewährte Leichtbauwerkstoffe mit sehr guten mechanischen Eigenschaften. Die hohen spezifischen Steifigkeiten werden allerdings erkauft mit Nachteilen im Dämpfungsverhalten. Das Dämpfungsverhalten muss dann durch konstruktive Maßnahmen oder gezielte Werkstoffkombinationen verbessert werden, z.B. auch durch externe Dämpfungselemente aus Elastomerwerkstoffen. Die Fa. Kraiburg hat eine Kautschukmischung entwickelt, die als Folie hergestellt und im Temperaturbereich von Epoxydharzen ausgehärtet werden kann. Damit wird eine direkte Integration von Elastomerschichten in den FVK-Herstellungsprozess möglich.
Ziel des Projekts ist, den Werkstoffverbund FVK-Kautschuk einem zielgerichteten Einsatz in konkreten Bauteilen und damit einer breiten Anwendung in der Industrie zugänglich zu machen. Dazu gehören zum einen Vorhersage und Beschreibung des Werkstoffverhaltens und zum anderen Technologieentwicklung, d.h. die Integration der Elastomerschicht in vorhandene bzw. zu modifizierende FVK-Fertigungsverfahren.

Kundennutzen

Schwerpunkte der Einsatzfälle liegen im Bereich der Schwingungsdämpfung und der Optimierung des Crash- und Impactverhaltens. Entsprechend sind auch die Zielmärkte orientiert und in zwei große Gruppen einzuteilen:

  • der bisherige Kundenkreis für FVK-Bauteile aus dem Anwendungsfeld extremer Leichtbau mit Interesse an erweiterten Eigenschaftsoptionen der FVK-Bauteile, z.B.
  1. Maschinenbau (Textil-, Werkzeug-, Messmaschinenbau u. a.)
  2. Automobil- und Fahrzeugbau
  3. Sport- und Freizeitindustrie
  4. Luftfahrt
  • Neukunden aus anderen Branchen für völlig neue Einsatzgebiete elastomermodifizierter FVK-Verbunde bezüglich Oberflächenschutz, Haptik, Splittergefahr usw.
Aus den umfangreichen experimentellen und theoretischen Untersuchungen können folgende zusammenfassende Schlussfolgerungen abgeleitet werden:
  • Die Einbettung von speziell bereitgestelltem Elastomer in ein Faserverbundsystem auf Basis Epoxidharz stellt bei Einhaltung der Verarbeitungsrichtlinien kein großes Problem dar.
  • Mit einem FVK-Elastomer-Verbund lassen sich neue Eigenschaften erzielen, insbesondere
  1. Schwingungsdämpfung
  2. Eingrenzung von Splitterungen im Defektfall
  3. Beeinflussung von Eigenfrequenzen eines Systems (Resonanzstellen)
  4. ruhigerer Lauf einer Maschine
  • Gleichzeitig sind aber nachteilige Nebeneffekte zu berücksichtigen:
  1. eine eingebrachte Elastomerschicht wirkt wie eine Trennschicht innerhalb der kraftaufnehmenden Struktur und führt dadurch zu Festigkeitseinbußen
  2. die Wandstärke von Teilen muss vergrößert werden, um diese Festigkeitseinbußen zu kompensieren, sofern sie relevant sind

Ausblick

Im Rahmen des FuE-Projektes konnten die gesteckten Ziele erreicht werden:

  • Die Technologieentwicklung für FVK-Bauteile mit Elastomerschichten insbesondere in Nass- und Injektionstechnologien verlief erfolgreich
  • Integration in und teilweise notwendige Modifikation vorhandener Fertigungsverfahren wurde erfolgreich durchgeführt
  • Potentiellen Industriepartnern können konkrete Vorschläge unterbreitet werden.
  • Vorhersagen zu erzielten Eigenschaftsänderungen können gemacht werden.
  • Die Integration von FVK-Bauteilen mit Elastomereinbauten in eine Maschine erfordert neben den theoretischen Vorausberechnungen Optimierungen der realen Komponente.

Stand: 20.06.2013
Projektdaten aktualisiert: 06.12.2012

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