Herstellung und Charakterisierung komplexer zellulärer Faltwabenstrukturen aus Feinblech

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Mathias Liewald; Professor Dr.-Ing. Peter Middendorf
• Fachliche Zuordnung: Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 427257349

Durch das Falten ebener Halbzeuge sind dreidimensionale, zelluläre Strukturen herstellbar. Derartige Faltstrukturen sind auf verschiedenen technischen Gebieten einsetzbar, wo sie insbesondere als Sandwichkernmaterial zwischen zwei geschlossenen Deckschichten zum Einsatz kommen. Solche Sandwichbauweisen bieten wiederum den Vorteil, großflächige, steife Bauteile produzieren zu können, die gegenüber herkömmlichen monolithischen oder differentiellen Bauweisen erhebliche Gewichts- und Materialeinsparungen ermöglichen.Frühere Forschungsarbeiten auf diesem Gebiet befassten sich mit der Herstellung solcher Faltstrukturen mit sehr geringen Materialdicken (s≤0,2mm). Die Herstellung von gefalteten Zellverbunden aus dickeren Ausgangsblechen ist bis heute noch nicht möglich bzw. wurde noch nicht tiefergehend erforscht. Solche gefalteten Zellverbunde aus dickeren Ausgangsblechen würden aber ein erhebliches Potenzial für den industriellen Einsatz als flächige Verkleidungselemente sowie als Crash- und Trägerstrukturen bieten.Die zur Untersuchung und Herstellung vorgesehenen Faltkerne basieren auf isometrisch gefalteten Strukturen. Dabei wird ein ebenes Ausgangshalbzeug durch lokale Biegeprozesse um eine oder mehrere Biegeachsenorientierungen (BAO) zu sich wiederholenden Einheitszellen ausgebildet. In diesem Fall nimmt das Biegeumformen nach DIN 8582 eine besondere Stellung ein, da durch Ausbildung lokaler Biegeachsen eine komplexe Formgebung des Werkstücks (hier Kernschicht) mit einer außerordentlich anwendungs- und einsatzspezifischen Bauteilauslegung möglich wird.Die weiterführende Zielsetzung dieses Forschungsvorhabens besteht nun darin, komplexe zelluläre Strukturen aus Aluminium- bzw. Stahlfeinblech auch mit Blechdicken größer als 0,5mm herzustellen und zu charakterisieren. Dazu wird ein Arbeitsfluss entwickelt, der alle Aspekte des Herstellungsprozesses umfasst. Diese sind die geometrische und strukturelle Produktauslegung, die Entwicklung neuer Fertigungstechnologien, die Erfassung der technologischen Prozessgrenzen sowie die Herstellung und Prüfung/Qualitätssicherung der optimierten Strukturen aus Feinblech in dem genannten Dickenbereich. Es werden insbesondere folgende Teilziele adressiert:- Entwicklung und Übertragung analytischer Auslegungsmethoden zur Faltung von dickeren Blechen- Entwicklung von Methoden zur Vorstrukturierung von Blechen- Verfahrensentwicklung zur Herstellung gefalteter Kernschichten- Modellierung der mechanischen Eigenschaften von Sandwichpaneelen und Definition von VerfahrensgrenzenEinerseits werden mit den gewonnenen Erkenntnissen die genauere Abschätzung des Potentials von Faltstrukturen aus Feinblechen mit Blechdicken größer als 0,2mm als neuartiges Kernmaterial für zweidimensionale Sandwichanwendungen ermöglichen. Andererseits wird das Grundlagenwissen im Hinblick auf das Verhalten und die Verarbeitung von solchen Feinblechen in komplexen, bisher nicht realisierten teilisometrischen Umformvorgängen erweitert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen