Page 18 - ILK Forschungsbericht 2020

Promotion Dr.-Ing. Oliver Weißenborn

Entwicklung eines neuartigen Imprägnierschäum-

verfahrens zur Herstellung komplex geformter
Polyurethan-Sandwichverbundstrukturen

Betreuender Hochschullehrer: Prof. Dr.-Ing. habil. Maik Gude

Die Sandwichbauweise stellt mit der Auflösung des Bau- auf den Tränkungsgrad und die Morphologie der textil-
teilquerschnitts in hochsteife und hochfeste Decklagen verstärkten Sandwichdecklagen wurden Methoden der
sowie einen schubsteifen Kern mit geringer Dichte ein statistischen Versuchsplanung genutzt und somit Ver-
etabliertes Prinzip zur Gestaltung von Leichtbaustruk- suchskörper unter optimierten Prozessparametern ge-
turen dar. Aufgrund ihrer hohen dichtespezifischen fertigt. Hierauf aufbauend erfolgte die experimentelle
werkstoffmechanischen Kennwerte nehmen endlosfa- Analyse ausgewählter werkstoff- und strukturmechani-
serverstärkte Kunststoffe in den Deckschichten und po- scher Kenngrößen sowie die Entwicklung geeigneter Mo-
lymere Schaumstoffe im Kern der Sandwichstruktur eine delle zur Vorhersage des Deformationsverhaltens unter
herausragende Bedeutung für branchenübergreifende Biege- und Impactbelastung. Diese wurden für die Aus-
Anwendungen ein. legung der betrachteten Sandwichverbundstrukturen in
anwendungsgerechte Gestaltungsrichtlinien übertragen.
Klassische Fertigungsverfahren für komplexe Bauteil- Die hohe Anzahl werkstoffspezifischer Freiheitsgrade, wie
geometrien im Bereich duroplastischer Matrixsysteme etwa die resultierende Kernschichtdichte, die Faserart
basieren üblicherweise auf mehrstufigen und somit und der Faseranteil im Bereich der Verstärkungshalb-
diskontinuierlichen Prozessschritten, wobei Sandwich- zeuge, bieten vielfältige Möglichkeiten zur Gestaltung
kern und Decklagen getrennt voneinander, zum Teil ma- belastungsgerechter Verbundstrukturen.
nuell und mit separaten Werkzeugen gefertigt werden
müssen. In der vorliegenden Arbeit wird mit dem Im- Durch die Umsetzung einer prototypischen Demonstra-
prägnierschäumverfahren (ISV) auf Basis schäumbaren torstruktur mit hoher geometrischer Komplexität wurden
Polyurethans ein neuartiger Fertigungsprozess entwickelt, die erarbeiteten Modelle zur Vorhersage der Tränkungs-
bei dem eine simultane Herstellung von Sandwichdeck- grade in den Decklagen validiert. Darüber hinaus kann
lagen und -kern erfolgt. Die wissenschaftliche Grundlage das hohe Potential für branchenübergreifende Anwen-
wurde hierfür im Rahmen umfassender Prozessstudien dungen im Bereich belastbarer und komplex geformter
gelegt. Zur Identifikation signifikanter Einflussparameter Strukturubauteile aufgezeigt werden.

Prototypische Sandwichstruktur mit komplexer Geometrie und
imprägniergeschäumten textilverstärkten Decklagen sowie Kern aus
Schematische Darstellung des Imprägnierschäumverfahrens Polyurethan-Hartschaumstoff

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