PORTFOLIO

Der Einsatz von kontinuierlich faserverstärkten Kunststoffen in diesen Multimaterialstrukturen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Insbesondere im Flugzeug- und Fahrzeugbau, in der Maschinentechnik und im Sport- und Freizeitbereich werden vermehrt metallische Bauteile durch glas- oder kohlefaserverstärkte Kunststoffbauteile (Composites) ersetzt. Bei punktförmigen Krafteinleitungen in die Faserverbundstrukturen werden oft metallische Inserts oder Onserts verwendet, um die Lasten in die Struktur einzuleiten. Inserts sind Einlegeteile, welche während oder nach dem Herstellungsprozess des Compositebauteils in die Struktur eingelegt werden. Onserts sind Verbindungselemente, welche auf die Bauteiloberfläche aufgeklebt werden.
In diesem Projekt geht es um die Auslegung, Herstellung und Prüfung von metallischen, hoch integrierten Krafteinleitungselementen. Aufgrund einer Untersuchung verschiedener Einflussfaktoren auf die Onsertgeometrie und das Onsertmaterial wurden Richtlinien für die richtige Gestaltung und Wahl von Onserts geschaffen.

Bei dem vorliegenden Projekt handelt es sich um ein innovatives, praxisorientiertes Forschungsvorhaben auf dem Gebiet des Leichtbaus.
Das Projekt stärkt den Mittelbau des neu gegründeten „Instituts für Werkstofftechnik und Kunststoffverarbeitung“ IWK der HSR.

Ein Hauptresultat der Untersuchungen ist die Geometrieoptimierung der Onserts, welche an der ETH Zürich durchgeführt wurde. In fast allen Lastfällen stellten sich flächige, ebene Onserts als optimal heraus. Entgegen den Erwartungen spielte dabei die Orthotropie des Untergrundes keine bedeutende Rolle. Dadurch ist der ursprünglich vorgesehene Pulvermetallspritzgussverfahren nicht mehr sinnvoll. Es stellte sich heraus, das vor allem die Steifigkeitsverhältnisse zwischen Untergrund und Onsert dominierenden Einfluss ausüben. Ausserdem müssen geeignete Geometrien den Abbau von Spannungsspitzen ermöglichen. Unter diesen Gesichtspunkten wurden mittels einer Kombination aus experimentellen Untersuchungen und Finite Elemente-Berechnungen Richtlinien erarbeitet, die es dem Anwender gestatten, den für seinen Einsatzzweck optimalen Onsert auszuwählen.

D. Keller, G. Kress and P. Ermanni: Strength-optimal onsert shapes, Composite Science and Technology, in press, Available online 19. 9. 2007.
Gabriel von Rickenbach und Markus Henne: Numerische Prozessauslegung von MIM-Bauteilen, PLASTICS.NOW!, Juni 2007.
D. Keller, G. Kress and P. Ermanni: Evolutionary Strength optimization of onsert and insert shapes for local load introduction, Proc. of Eurogen, Jywäskylä, Finland, 2007
M. Niedermeier, M. Henne, D. Keller, G. Kress, R. Stetter: Pragmatic Design Rules for Selective Load Introduction in Structural Sheets, International Conference on Engineering Design, ICED ’09, Standford, 2009
M. Henne, A. Baumann, G. A. Barandun, Auswahl des optimalen Onserts, vorbereitet zur Veröffentlichung, 2009

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