Metall-Polymer-Hybrid

Detektion und Vorhersage von Spannungszuständen an der Grenzfläche von Polymer-Metallhybridbauteilen

Bei Vorhandensein verschiedener Materialien in Hybridbauteilen entstehen während des Herstellungsprozesses Eigenspannungen, die im Bauteil gespeichert werden und sich während der gesamten Lebensdauer mit Lasten in der Anwendung akkumulieren. Die resultierenden Spannungszustände in der Kunststoffkomponente bis hin zur Grenzfläche bei Metall-Polymer-Hybriden sind daher eine große Herausforderung, die häufig zum Versagen von Baugruppen führen können. Mit dem derzeitigen Stand der Technik ist eine Bewertung dieser Eigenspannungszustände nur bedingt möglich. Der Grund dafür ist die komplexe Entwicklung dieser Spannungszustände, die zeit- und temperaturabhängige Entwicklung, die fehlende effektive Implementierung von Materialmodellen sowie die fehlende Messtechnik.

Ziel dieses Literaturrechercheprojekts ist es daher, alle Methoden zur Messung von Eigenspannungen in Polymer-Metall-Hybridbauteilen von der Herstellung bis zur Lebensdauer zu analysieren und anschließend eine optimale Methode zu finden, um diese durch einen Best-Practice-Ansatz zu simulieren.

Um die Eigenspannungsmessung und -vorhersage zu verstehen, wurde eine systematische Literaturrecherche durchgeführt. In diesem Rahmen konzentrierte sich das LKT auf die Untersuchung verschiedener Messverfahren, während sich das IVW mit Vorhersagemethoden für Spannungszustände in spritzgegossenen Polymer-Metall-Hybridbauteilen mit Kurzfaserverstärkung beschäftigte. Es wird eine Kombination aus zerstörungsfreier Prüfung (In-situ-Messung) während des Spritzgießens und einer zerstörenden Prüfung während der Belastung vorgeschlagen, um die Akkumulation von Eigenspannungen vom Ursprung an zu verfolgen. Das Spannungsverhalten wird dann mit Hilfe mathematischer Modellierung von Eigenspannungen während des Spritzgießens in der Prozesssimulation abgebildet. Bei der Struktursimulation wird die Kriechbelastung für die Berechnung der Eigenspannung berücksichtigt. Ziel dieser gründlichen Untersuchung der Literatur war es, ein umfassendes Verständnis der Eigenspannungsanalyse, ihrer Arbeitsabläufe in den Simulationssoftware sowie der Messtechniken, die die Berechnung der Eigenspannungen erleichtern, zu vermitteln.

Das Projekt 1002 I der Forschungsvereinigung Antriebstechnik e.V. (FVA) wurde über Eigenmittel finanziert.