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Kunststoff prägt Metall Per innovativer Umformung leichter zum Hybridbauteil

Quelle: IKT 1 min Lesedauer

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Universität Stuttgart Institut für Kunststoff- technologie
IFU Institut für Umformtechnik Universität Stuttgart
FAULHABER Austria GmbH
EPLAN GmbH
KEBA Industrial Automation GmbH

Das IKT und das IFU (beide Universität Stuttgart) erforschen in einem Grundlagenprojekt, wie man Kunststoff und Metall mithilfe eines hybriden Prozesses, zu einem Verbundbauteil umformen kann.

Schneller zum Materialmix! Und zwar per Hybridumformung, wie sie das IKT mit dem IFU erforscht. Durch Prägen eines Kunststoffkerns mit einem umliegenden metallischen Preform-Ring entsteht ein Zahnrad. Dabei ändert sich auch die Geometrie des Preforms.(Bild: IKT)
Schneller zum Materialmix! Und zwar per Hybridumformung, wie sie das IKT mit dem IFU erforscht. Durch Prägen eines Kunststoffkerns mit einem umliegenden metallischen Preform-Ring entsteht ein Zahnrad. Dabei ändert sich auch die Geometrie des Preforms.
(Bild: IKT)

Werden verschiedene Werkstoffe in einem Bauteil verbunden, lassen sich ihre positiven Eigenschaften sinnvoll kombinieren, sagen die Forscher. Die so entstehenden Bauteile können in einem breiten Anwendungsspektrum erfolgreich eingesetzt werden – etwa in Form von Zierelementen aus Kunststoff mit metallischer Oberfläche oder von tribologisch optimierten Zahnrädern. Im Rahmen eines auf zwei Jahre angelegten Forschungsprojektes, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert wird, soll die sogenannte hybride Umformung anhand einer Beispielgeometrie – und zwar eines Zahnrades aus Kunststoff und Aluminium – untersucht werden, wie die Stuttgarter Experten beschreiben. Der Kunststoff dient dabei als formgebendes Wirkmedium, welches in eine Metallform gedrückt wird und diese dabei umformt.

Kniffelig wird es in Sachen Phasengrenzeigenschaften

Der Prozess soll so gestaltet werden, dass die Verbindungsfestigkeit zwischen der Kunststoff- und der Metallphase möglichst hoch ist, denn nur so können die hohe Kräfte und Drehmomente im Einsatz übertragen werden. Allerdings sei besonders die Phasengrenze zwischen beiden Werkstoffen bisher noch kaum untersucht. Dass es sich um einen sehr komplexen Prozess handelt, zeigt sich bereits bei dem untersuchten Zahnrad (siehe Bild). Das Prozessfenster und die Designfreiheit des Bauteils sind außerdem stark von den Werkstoffeigenschaften abhängig, wie es weiter heißt. Deshalb sollen Temperaturen, Fügedrücke und die Preform-Geometrie in einer simulativen Auslegung im Vorfeld abgeschätzt und dabei optimiert werden. Aus diesem Grund wird parallel zu den Untersuchungen des Umformprozesses ein rechnergestütztes Modell entwickelt, das das Verhalten der verschiedenen Werkstoffe im Umformprozess möglichst präzise beschreibt.

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