Anhand des Demonstratorbauteils 'Lenkerfeder' für gezogene Achsen von schweren Nutzfahrzeugen werden die Anforderungen an Strukturbauteile in der Fahrzeugtechnik beschrieben, wobei der Fokus insbesondere auf die mechanischen Beanspruchungen des thermoplastischen Faser-Kunststoff-Verbundes gerichtet wurde. Beschrieben wird die Suche nach alternativen Thermoplast-Matrixwerkstoffen. Es wurden verschiedene Thermoplaste ausgewählt und daraus GFK-Probekörper gefertigt um die Verbundfestigkeit experimentell zu bestimmen. Die notwendigen Werkstoffkennwerte wurden anhand von Dreipunktbiegeproben ermittelt (faserparallele Ermüdungsfestigkeit, quasistatische faserparallele Druckfestigkeit, quasistatische Schubfestigkeit). Aufgrund seiner guten Festigkeiten wurde ein amorphes Polyamid PA66 als Matrixkandidat ausgewählt. Zudem bietet dieser Werkstoff aufgrund seines amorphen Gefüges eine hohe Transparenz und besitzt günstige Verarbeitungseigenschaften wobei insbesondere die hohe thermische Stabilität und die gute Fügbarkeit zu nennen ist. Zur Herstellung prüfbarer Prototypen wurde ein neues Fertigungskonzept entwickelt. Das Konzept umfasst zum Einen die Herstellung des Verbundwerkstoffes und zum Anderen die Fertigung des Lenkers. Nachdem zunächst die Herstellung des Verbundwerkstoffes - sprich die Tränkung der Glasfasern - und die Lenkerfertigung simultan analog dem 'film stacking Verfahren' erfolgen sollte, wurden beide Arbeitsschritte letztlich entkoppelt. Zunächst wurde das Vorprdukt 'unidirektionale GF-PA-Verbundplatten hergestellt und diese schließlich in einem zweiten Arbeitsschritt zum Lenkerquerschnitt gefügt. Als Fügeverfahren wurde ein Klebeprozess mit einem Einkomponenten Epoxydharz gewählt. Mit dem fertigen Prototyp wurden Prüfstand- und Fahrversuche durchgeführt. Nach den ermutigenden Versuchen wurden mehrere dreiachsige Fahrzeuge mit GF-PA-Lenkerfedern ausgerüstet, die derzeit unter klimatischen Extrembedingungen getestet werden. Es kann davon ausgegangen werden, dass der vorgestellte Prototyp das zurzeit am höchsten belastete glasfaserverstärkte Polyamidbauteil überhaupt ist.
Qualifizierung und Erprobung eines thermoplastischen Matrixsystems für Strukturbauteile in der Verkehrstechnik
2005
19 Seiten, 18 Bilder, 7 Quellen
Aufsatz (Konferenz)
Deutsch
Injektionsverfahren für großflächige Strukturbauteile
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