Verbundvorhaben: CHIMERA - Funktionalisierung von laserstrukturierten Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) durch Thermisches Spritzen; Teilvorhaben: Entwicklung eines virtuellen Prüfstands zur Prognose der Langzeitfestigkeit von beschichteten Hybridbauteilen aus unterschiedlichen Materialkombinationen

Abstract

Im Projekt CHIMERA erarbeitete ein Konsortium aus einem Forschungspartner (Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik, IWS) und vier Industriepartnern (Centrotherm Systemtechnik GmbH, LiA Engineering GmbH, GfE Fremat GmbH, TECOSIM GmbH) eine hochflexible Prozesskette zur Funktionalisierung von Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) durch metallische Schichten. Die Metallisierung von FKV sah zuerst eine Vorbehandlung durch einen gepulsten Laser vor, um die Haftfähigkeit der Oberfläche durch Aufrauen zu verbessern. Es folgte ein thermisches Spritzen zum Auftrag der funktionellen Beschichtung. Der Verbund wurde ausschließlich durch die Verklammerung der Schicht direkt im laserstrukturierten Substrat erzeugt. Die Technologiekette wurde auf leichte Gehäusebauteile zur elektromagnetischen Abschirmung angewandt. Der Beitrag der TECOSIM GmbH zum Projekt bestand darin, durch Digital Prototyping eine verlässliche und solide Prognose des Langzeitverhaltens durch einen virtuellen, anpassbaren Prüfstand zu ermöglichen. Für Metall-Kunststoff-Hybride sollte der Prüfstand ähnliche Aussagen liefern, wie Wöhlerkurven für metallische Werkstoffe, in der Form, dass für zyklische Belastungen in Abhängigkeit der Schwingspielzahl die erlaubte Spannungsamplitude ermittelt wird. Als wesentliches Projektergebnis ist ein virtueller Prüfstand für neuartige Hybridmaterialien aus Organoblech und Kupferbeschichtung zur statischen Festigkeit mit Mikromodellierung entstanden. Als relevante kritische Größe zur Prognose der statischen Festigkeit von beschichteten Hybridbauteilen aus unterschiedlichen Materialkombinationen wurde die Scherfestigkeit erkannt. Auch für die Langzeitfestigkeit zeigt der virtuelle Prüfstand plausible Ergebnisse. Damit eignet sich der virtuelle Prüfstand zur Bewertung von Bauteilen unter konkreten industriellen Lastfällen.