Aktuelle Forschungsprojekte

Projekt Akustik-STRUKT – Entwicklung von faserverstärkten Kunststoffen zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften von Leichtbauteilen mit Hilfe der Strukturintensitätsanalyse

Kurzbeschreibung Im Zuge der Produktentwicklung z. B. in der Elektromobilität spielt die Akustik verstärkt eine bedeutende Rolle. Leichtbauteile aus faserver-stärktem Kunststoff übertragen den Körperschall durch ihre Struktur und geben diesen als Luftschall an den Fahrzeuginnenraum ab. Die genauen Übertragungswege des Körperschalls sind hierbei weitestge-hend unbekannt. Eine Strukturintensitätsanalyse ermöglicht es, den Energieverlauf und somit auch die Körperschallübertragungspfade in schwingenden Strukturen zu visualisieren. Bisher beschränken sich derartige Ansätze jedoch nur auf linear elastische, isotrope, bestenfalls orthotrope Materialien und plattenförmige Strukturen. Ziel dieses Projektes ist es, die Methode der Strukturintensitätsanalyse auch für anisotrope, viskoelastische Kunststoffe und komplexe, dreidimensionale Formteile weiterzuentwickeln. Hierzu soll eine integrative Simulations-methode verwendet werden, bei der eine Prozesssimulation mit einer Struktursimulation gekoppelt wird. Die Faserorientierungen der Formteile sollen mit Hilfe von rheologischen Prozesssimulationen berücksichtigt werden. Diese Faserorientierungen werden in einem nächsten Schritt auf die Struktursimulation übertragen. Auf Basis der Materialdaten von Matrix und Faser sowie der Faserorientierung wird für jedes finite Element der Struktursimulation eine neue Materialkarte generiert. Aufbauend auf den Simulationsergebnissen, soll mit zu erstellenden Python Skripten automatisiert die Strukturintensität berechnet und visualisiert werden. Mit dieser anisotropen Strukturinten-sitätsanalyse sollen neue faserverstärkte Leichtbauwerkstoffe virtuell entwickelt und/oder bestehende Systeme optimiert werden, die den Körperschallpfad gezielt durch die Bauteilstruktur in unkritische Bereiche (z. B. Dämpfungselemente) lenken und somit zu einer Schallreduzierung beitragen. Durch eine statistische Versuchsplanung erfolgt eine Materialauswahl für validierende Messungen. Gleichzeitig kann durch die anisotrope Strukturintensitätsanalyse auch ein neuer Ansatz für das Sounddesign geschaffen werden. Im Fokus des Projektes stehen neben Carbon- und Naturfasern vor allem langglasfaserverstärkte Kunststoffe, die zu signifikant besseren mechanischen Festigkeitseigenschaften der spritzgegossenen Formteile führen. Durch die besseren Eigenschaften erhöht sich das Leichtbaupotenzial, wird ein effizienterer Materialeinsatz ermöglicht und zur Energieeffizienz sowie einem nachhaltigeren Umgang mit Rohstoffen beigetragen. Eine Übertragbarkeit auf andere Industriebereiche wie Flugzeugbau, Haushaltsgeräte- und, Elektro- und Möbelindustrie ist gegeben.
Leiter / KontaktProf. Dr.-Ing. Andreas Ujma
Prof. Dr. Mark Fiolka
Prof. Dr.-Ing. Andreas Nevoigt
M.Eng. Dennis Netzband
Ausführende StelleFachbereich Maschinenbau , Iserlohn
ProjektpartnerKunststoff-Institut Lüdenscheid, Leopold Kostal GmbH & Co.KG in Lüdenscheid, MöllerTech Engineering GmbH in Bielefeld und TER HELL PLASTIC GmbH in Herne
Drittmittelgeber / FörderungMinisterium für Wirtschaft, Energie, Industrie, Mittelstand und
Handwerk des Landes NRW

Das Projekt wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.
Gepl. Projektzeitraum01.05.2019 - 30.04.2022