Technologie und Eigenschaften von Faserverbund-Crashstrukturen

Untersuchung von Einflussparametern auf das Verformungsverhalten von Rundrohren aus Faserverbund-Kunststofflaminaten durch eine Rohrverjüngung

Werkzeugsatz mit fertigen CFK-Probekörper

Die steigende Komplexität im Fahrzeugbau durch Komfortansprüche oder Fahrerassistenzsysteme ist verbunden mit zum Teil erheblichen Steigerungen der Fahrzeugmasse. Auch die Sicherheitstechnik, die in den Fahrzeugen untergebracht ist, trägt zu diesem Trend bei.

In diesem Umfeld kommen vermehrt Faserkunststoffverbunde (FKV) zum Einsatz, die aus Gewichtsgründen, zunehmend auch aufgrund der Möglichkeit, bei ihrer Herstellung gezielt auf definierte Bauteilanforderungen eingehen zu können, als alternative Werkstoffe mit den Metallen konkurrieren. Beispielsweise kann hinsichtlich mechanischer Entwurfsanforderungen eine Faserverstärkung entsprechend dem Kraftfluss entworfen werden.

Dies gilt grundsätzlich auch für Komponenten der Sicherheitstechnik am Fahrzeug. Passive Sicherheitselemente, die Crashenergie absorbieren, müssen besonders zuverlässig arbeiten und somit im Crashfall reproduzierbare Ergebnisse liefern. Im Schienenfahrzeugbau fordert die DIN EN 15227 ein Zusammenarbeiten unterschiedlicher Energie dissipierender Systeme bei unterschiedlichen Unfallszenarien. Um die maximal zulässige Beschleunigung der Insassen in jedem Crashfall in keinem Fall zu erreichen, müssen die einzelnen Energieabsorber auf einem annähernd konstantem Kraftniveau arbeiten.

In diesem Forschungsprojekt werden Einflussparameter auf das spezifische Energieabsorptionsvermögen der seitlichen Crashelemente von Schienenfahrzeugen untersucht. Ein Energieabsorber besteht in diesem Fall aus einem FKV-Rohr, das im Crashfall durch eine Rohrverjüngung gedrückt wird. Es werden unterschiedliche Materialkonfigurationen untersucht, um eine Aussage über das Kraft-Weg-Niveau im Crashfall zu machen. Motivierende These dabei ist, dass Energieabsorber aus einem Kohlenstofffaserkunststoffverbund einen sehr hohen spezifischen Energieverzehr zulassen und dass dies über einen überschaubaren Parametersatz definiert werden kann.

Abhängig vom Fertigungsverfahren werden Unterschiede im Festigkeitsverhalten erwartet. Die im Rahmen dieses Projektes zu untersuchenden Modelle werden alternativ im Handlaminier- und im Harzinjektionsverfahren gefertigt. Die in der Werkstatt unter protokollierten Bedingungen gefertigten Probekörper werden im Prüflabor auf ihre Eigenschaften unter quasistatischer Lasteinwirkung untersucht.

Universalprüfmaschine mit Prüfaufbau
Zerfaserter Probekörper mit Verjüngung