Funktions- und Verbundbauweisen

Funktions- und Verbundbauweise

Heutige Forschergenerationen widmen sich dem Leitthema eines effizienten sowie nachhaltigen Einsatzes zur Verfügung stehenden Ressourcen. Zentrale Fragestellung der Abteilung Funktions-und Verbundbauweise sind daher die Erzeugung und die umformtechnischen Grundlagen von Funktionswerkstoffen sowie dem Fügen durch Umformung. Diesen vielschichtigen Fragestellungen widmet sich das PtU auf allen Abstraktionsebenen. Die Forschungsaktivitäten decken dabei das breite Feld zwischen Grundlagenuntersuchungen von Verbundentstehung und umformtechnischen Besonderheiten funktionaler Werkstoffe bis hin zur Erzeugung komplexer Baugruppen mit integrierter Sensorik und Aktorik ab.

Erzeugung und umformtechnische Grundlagen von Funktionswerkstoffen

Der Trend zur ressourceneffizienten Umformung wird unter anderem durch die Elektromobilität oder den Bedarfs nach einem sparsamen Einsatz seltener Erden vorangetrieben. Durch vergleichsweise hohe plastische Deformationen mit hohen Scheranteilen kann ultrafeinkörniges Gefüge erzeugt werden, welches sich in Abhängigkeit der Legierungszusammensetzung eignet Permanentmagnete umformtechnisch ohne den Einsatz seltener Erden zu erzeugen. Dies ist jedoch nur eine Facette des Bereichs der neuen Werkstoffe für die Umformtechnik. Um die Produktivitätsvorteile der Umformtechnik vollends nutzen zu können, muss das Umformverhalten des Werkstoffes sicher beherrscht werden. Im Gegensatz zu metallischen Werkstoffen sind diese bei Faserwerkstoffen wie Papier nicht zur Gänze durchdrungen, so dass das PtU eigene Versuchsmethoden und –stände zur Beurteilung des Umformverhaltens für Faserwerkstoffe entwickelt und somit eine breite industrielle Umsetzung vorbereitet.

Der Einsatz neuartiger Werkstoffe und Werkstoffverbunde rücken vermehrt in den Fokus heutiger Konstruktionsaufgaben. Daraus leitet sich die zentrale Fragestellung ab, inwiefern konventionelle Umformprozesse durch die Verarbeitung neuer Werkstoffe und Verbünde limitiert werden und durch welche Maßnahmen diese Verfahrensgrenzen ausgeweitet werden können. So treten beim Scherschneiden von Sandwichblechen zusätzlich zu bekannten Fehler beim Schneiden von monolithischen Werkstoffen charakteristische Fehlerbilder wie Delamination, Kanteneinzug oder Kernstauchung auf. Neben der Fragestellung der Verarbeitung von Werkstoffverbunden rückt auch die Erzeugung von Sandwichblechen in neuartigen Umformprozessen in den Fokus der Forschungsaktivität. Dabei bietet die konsequente Umsetzung der Servopressentechnologie die Prozessintegration von Formgebung und Fügen.

Fügen

Wird der Trend zur ressourceneffizienten Herstellung von Bauteilen konsequent verfolgt, so bieten Fügeverfahren, basierend auf den Mechanismen der plastischen Deformation, das Potential, funktional gestaltete Bauteile mit einer optimierten Festigkeits-Gewichts-verteilung herzustellen. Ferner ermöglichen Verbunde metallischer Werkstoffe die gezielte Einbringung spezifischer Materialeigenschaften hinsichtlich Korrosions-, Wärmeübertragungsverhalten oder Magnetisierbarkeit in ein Bauteil. Im Fokus dieser Untersuchungen stehen die phänomenologischen Grundlagen, die zu einer belastbaren Verbindung durch Pressschweißen und Kollisionsfügen führen. Langfristig sollen durch diese Untersuchungen neuartige Prozesse und Bauteile vorhersagbar, sicher und reproduzierbar ausgelegt werden können.

Neben den grundlegenden Mechanismen, die zu einem Stoffschluss oder mechanischen Verbund führen, widmen sich die Forschungsaktivitäten dieser Abteilung der Erzeugung von Strukturen mit integrierten sensorischen oder aktorischen Funktionen. Mittels der Verfahren der Massivumformung wird die gewünschte Bauteilform erzeugt und die funktionalen Elemente definiert vorgespannt. Durch diese Vorgehensweise erhalten umformtechnische Erzeugnisse Funktionalität ohne zusätzlich Handhabungs- und Montageprozesse.

Aktuelle Forschungsprojekte