Funktionsintegrierte Faserverbundstrukturen im Fahrzeugbau

Abstract

Das Institut für Fahrzeugkonzepte des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt entwickelt neuartige Struktur- und Bauweisenkonzepte für zukünftige Fahrzeuge. Im Fokus stehen dabei insbesondere innovative Strukturkonzepte unter Verwendung verschiedener Leichtbaustrategien. Neben der Verwendung von Leichtbauwerkstoffen werden auch Leichtbaupotentiale durch Funktionsintegration beleuchtet. Heutige Fahrzeug-Karosseriestrukturen weisen häufig eine Trennung zwischen der Primärstruktur und extern installierten Funktionen, wie Komponentengehäuse, Leitungskanäle oder Wärmedämmung auf. Durch die Integration zusätzlicher Funktionen in Tragstrukturen können sekundäre Gewichtseinsparpotentiale durch die Eliminierung redundanter Komponenten erschlossen werden. Faserverbund-Materialien bieten aufgrund ihrer spezifischen Herstellungsverfahren und Gestaltungsfreiräume ausgezeichnete Möglichkeiten für die Integration von Zusatzfunktionen in Strukturkomponenten. Für einen sinnvollen Einsatz faserverstärkter Kunststoffe in tragenden Fahrzeugstrukturen ist eine Vermeidung von Überdimensionierung durch verbesserte Nutzung der spezifischen FVK-Vorteile maßgebend. Mittels optimierter Faserorientierung durch geeignete Auslegungsmethoden, dem Einsatz neuartiger textiler Fertigungsverfahren (z.B. Open-ReedWeave-Verfahren) sowie einer Integration von Funktionsfasern (z.B. Sensorfasern) bietet bereits das textile Halbzeug eine aussichtsreiche Grundlage für eine Leichtbaulösung hinsichtlich multifunktionaler Anforderungen. Darüber hinaus ist durch geeignete geometrische Gestaltung eine mittragende Einbindung von Zusatzfunktionen in die Strukturen möglich. Durch Verschiebung von nichttragenden Sekundärmassen hin zu mittragenden Strukturmassen kann letztlich eine Reduzierung des Fahrzeug-Gesamtgewichtes erzielt werden Die Forschungsaktivitäten des DLR Institut für Fahrzeugkonzepte zielen auf ganzheitliche Strukturkonzepte unter Ausnutzung der materialspezifischen Vorteile neuartiger Leichtbauwerkstoffe sowie der Gewichtsvorteile funktionsintegrierter Strukturen ab. Geeignete Konzeptions- sowie Auslegungsmethoden werden in DLR-internen Metaprojekten wie dem NGC-IUV (Next Generation Car – Interurban Vehicle) sowie Verbundvorhaben wie dem Forschungscampus ARENA2036 mit Partnern aus Industrie und Forschung in Baden-Württemberg untersucht.