Ultraschall-Thermoformen von Überlastsensoren für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffbauteile

Abstract:
In Kooperation zwischen KEmikro und dem Fraunhofer IPT wurde ein Sensor entwickelt, welcher unter realitätsnahen Bedingungen vor der Überlastung eines Faser-Kunststoff-Verbundbauteils warnen kann. Das zentrale Funktionselement dieses Sensors, eine in ein Polyamid 6.6-Band mit 60 Gew.-% Kohlenstofffasern eingebrachte Sollbruchstelle, wurde dabei durch Ultraschall-Thermoformen hergestellt. In Dreipunkt-Biegeversuchen brachen Sollbruchstellen, die mit denselben Parametern hergestellt und in das Bauteil integriert worden waren, z.B. bei ca. 52 % der Bruchlast des Bauteils mit einer Standardabweichung von 11,8 % (Bruchdehnung der Sensorsollbruchstelle). Als Demonstratorbauteile wurden bei diesen Versuchen Blattfedern verwendet, welche in einem größeren Maßstab zur Übertragung von Kräften zwischen zwei Achsen eines Eisenbahnwaggons dienen können. Als wichtigste Parameter im Herstellungsprozess erwiesen sich die Ultraschallamplitude beim Thermoformen sowie die Vorspannung der Sollbruchstelle bei der Bauteilintegration.