MATISSE – Formadaptiver Seitenaufprallträger aus faserverstärktem Kunststoff für alternativ angetriebene Fahrzeuge

Innendruckbeaufschlagte, formadaptive Hohlstrukturen aus CFK bieten bei der Entwicklung effizienter Crashstrukturen eine Lösung, durch verbesserte Crashperformance aktuelle Anforderungen zu meistern. Auf Basis eines Hybrid-Matrix-Ansatzes werden dafür in einem CFK-Bauteil elastomere und duroplastische Matrixmaterialien integriert. Prototypentests eines Seitenaufpralltörägers zeigen die Potenziale dieser Technologie hinsichtlich der Erhöhung der Biegesteifigkeit sowie der Reduktion der Durchbiegung.

Projektpartner
fka Forschungsgesellschaft Kraftfahrwesen mbH Aachen, Technische Universität Graz, Centro Ricerche FIAT S.C.p.A., Daimler AG, Autoliv Development AB, DYNAmore Nordic AB, Sistemas y Procesos Avanzados S.L., Technische Hochschule Chalmers, Airborne Technology Centre B.V.

Laufzeit
01.10.2012 – 30.09.2015

Fördergeber
FP7-TRANSPORT - Spezifisches Programm „Zusammenarbeit“: Verkehr (einschließlich Luftfahrt) der Europäischen Union

Motivation
Heutige und besonders zukünftige Fahrzeugkonzepte für elektrisch angetriebene Klein- und Kleinstfahrzeuge steigern aufgrund ihrer geringen Fahrzeugmassen und fehlender Deformationszonen das Sicherheitsrisiko für Fahrzeuginsassen. Diese Fahrzeugklassen stellen neuartige Anforderungen an Sicherheitsstrukturen, die nur durch hochinnovative und leistungsfähige Crash-Strukturen gelöst werden können. Innenbedruckte formadaptive Crash-Strukturen bieten die Lösung, um auf diese Anforderungen optimal zu reagieren. Reduzierter Bauraumbedarf bei verbesserter Crash-Performance in Verbindung mit Gewichtsreduktion und die Möglichkeit, mittels Innendruck die Struktursteifigkeit lastfallgerecht anzupassen, können helfen, die Insassensicherheit besonders in diesen Fahrzeugkonzepten maßgeblich zu verbessern.

Konzept des formadaptiven Seitenaufprallträgers im Hybrid-Matrix-Design

Dynamischer 3-Punkt-Biegeversuch mit gleichzeitiger Innendruckbeaufschlagung

KFZ-Türdemonstrator mit eingebautem formadaptiven Seitenaufprallträger in Hybrid-Matrix CFK Bauweise

Vorgehen
Im Mittelpunkt der Neuerung steht ein formadaptiver Türaufprallträger aus CFK, der mit Hilfe von hochdynamischer Innenbedruckung seine Querschnittsgeometrie und hierdurch seine Steifigkeitseigenschaften ändern kann. Die Fähigkeit der definierten Geometrieänderung wird durch das Hybrid-Matrix-Design möglich, bei dem lokalelastomere und duroplastische Matrixwerkstoffe in den Faserverbund eingebracht werden. Die Bauteilfertigung findet auf Basis von kompatiblen Matrixsystemen in einem Co-Infusionsprozess statt. An vordefinierten Übergangsbereichen vermischen sich simultan prozessierte Matrixsysteme und härten anschließend in einem Co-Curingprozess aus. Die Ergebnisse der dynamischen Crashversuche in einem 3-Punkt-Biege-Versuch unter Realbedingungen verdeutlichen das Potenzial der dynamischen Innenbedruckung sowie der Formadaptivität des Seitenaufprallträgers: Die Anfangssteifigkeit sowie die Maximalkraft werden signifikant erhöht und die maximale Durchbiegung im Vergleich zur unbedruckten Struktur deutlich verringert.

Publikationsliste
Krollmann, J.; Opelka, J. M.; Nohr, M.; Pipkorn, B.: Formadaptiver Seitenaufprallträger aus faserverstärktem Kunststoff. Lightweight Design, 9, 2016, 12-17.
Brouzoulis, J.; Fagerström, M.; Främby, J.; Krollmann, J.; Hellström, P.: Modelling of propagating delaminations in textile reinforced duroplast beams by an enriched shell element formulation. ICCM-20 - 20th International Conference on Composite Materials, 2015
Gstrein, G.; Kurzböck, C.; Opelka, J-M.; Krollmann, J.: Simulation and testing of adaptive FRP- substructures for automotive safety. 24th International Technical Conference on the Enhanced Safety of Vehicles (ESV), 2015
Krollmann, J.; Snajdr, R.; Paz, M.; Zaremba, S.; Drechsler, K.: Hybrid-matrix approach: How to overcome the conflict of the matrix selection? Polymer Processing Society Conference (PPS) 2015, 2015

Danksagung
Dieses Projekt wurde im Rahmen von FP7-TRANSPORT - Spezifisches Programm „Zusammenarbeit“: Verkehr (einschließlich Luftfahrt) der Europäischen Union unter der Finanzhilfevereinbarung Nr. 314182 finanziert (“Modelling And Testing for Improved Safety of Key Composite Structures in Alternatively Powered Vehicles”). Diese Veröffentlichung spiegelt nur die Ansichten des Autors wieder und die Europäische Union haftet nicht für jegliche Verwendung die darin enthaltenen Informationen.

Ansprechpartner
Dipl.-Ing. Kalle Kind; Dr.-Ing. Swen Zaremba

Abschlussbericht
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