F uÈ getechnologien f uÈ r Al-Blech Al-Schaum
Strukturen unter Biegebeanspruchung
T. Bernard, H.-W. Bergmann*
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Einleitung
2.2 Probengeometrien und Pr uÈ fbedingungen
Probengeometrien und Pr uÈ fbedingungen, die in Anlehnung
an die genannten Normen gew aÈ hlt wurden, sind in Tabelle 2
aufgelistet.
Beim Einsatz steifer Leichtbaustrukturen in der Verkehrs-
technik (beispielsweise im Schienenfahrzeugbau) sind im we-
sentlichen zwei L oÈ sungsans aÈ tze zu unterscheiden. Einer ist
der Einsatz von Strukturen mit Strangpreûhohlprofilen, die
andere Vorgehensweise st uÈ tzt sich auf den Einsatz versteifter
Bleche. Eine Erh oÈ hung der Steifigkeit ist in diesem Fall durch
das Einbringen von Sicken m oÈ glich. Als Alternative ist die
Anbindung an Versteifungsbleche oder Aluminiumsch aÈ ume
Vergleichende Untersuchungen erfolgten mit Sandwich-
strukturen, bei denen Kevlar- bzw. Glasfasergewebe das un-
tere Deckblech ersetzten. Expansionskleber sind wegen der
por oÈ sen Struktur auch als Substitut f uÈ r metallische Sch aÈ ume
geeignet, weswegen Messungen auch an Verbundelementen
mit Strukturschaum als Kernlage erfolgten. Zur Bestimmung
des Einflusses der Kernlagendichte bzw. -dicke wurden die
Schaumk oÈ rper aus 20 mm dickem Plattenmaterial herausge-
arbeitet, so daû bei diesen Proben die Guûhaut entfernt war.
È
denkbar. Uber geeignete F uÈ geverfahren f uÈ r Blech-Schaum,
bzw. Sandwichstrukturen und deren Eigenschaften ist nur we-
nig bekannt. Walzplattieren stellt eine M oÈ glichkeit dar, Blech-
Schaum Verbunde herzustellen, deren Deckbleche jedoch be-
vorzugt aus Stahl sind [1]. Auûerdem ist man mit diesem Ver-
fahren hinsichtlich der Komplexit aÈ t der Geometrien be-
schr aÈ nkt. Weitere Untersuchungen besch aÈ ftigen sich mit
dem Einsch aÈ umen massiver Gewindebuchsen [2], was den
fertigungstechnischen Aufwand erh oÈ ht und die massespezifi-
schen Eigenschaften des Schaums verschlechtert. Neben dem
Laserstrahlschweiûen [3] sind andere F uÈ getechnologien zu
untersuchen, die es erlauben auch komplexer geformte Bau-
teile in Halbzeugstrukturen zu integrieren.
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Ergebnisse und Diskussion
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.1 Einfluû der F uÈ getechnologie auf die
Eigenschaften im Vier-Punkt Biegeversuch
Aus den Steigungen im linearen Bereich der im Vier-Punkt
Biegeversuch ermittelten Kraft-Weg Diagramme ergibt sich
nach DIN 53 293 die effektive Biegesteifigkeit (E Á J) der
eff
Sandwichstruktur. Aufgrund der fl aÈ chigen, idealen Anbin-
dung haben geklebte Sandwichstrukturen die h oÈ chste effekti-
ve Biegesteifigkeit, die sich mit der aus Deckblechdicke t,
Sandwichdicke d und -breite b berechneten theoretischen Bie-
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Experimentelle Vorgehensweise
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.1 Eingesetzte Materialien ± untersuchte
gesteifigkeit (E Á J) gleichsetzen l aÈ ût. Die weiteren Ergeb-
F uÈ getechnologien
theo
nisse zeigen, daû mit abnehmendem Grad der Anbindung
auch die Steifigkeit der Struktur reduziert wird. Dementspre-
chend besitzen geschweiûte und kombinierte Verbindungen
eine mittlere Steifigkeit, w aÈ hrend genietete Proben wegen
der punktuellen Anbindung in Kombination mit der durch
die Bohrungen reduzierten Bauteilsteifigkeit die schlechte-
sten Eigenschaften besitzen.
Pulvermetallurgisch hergestellte Schaumplatten aus der Le-
gierung AA6016 dienten als Kernmaterial. Als Deckbleche
fanden automobiltypische Karrosserielegierungen Verwen-
dung, wie eine AA6016 (t 1,3 mm) und ein elektrolytisch
verzinkter St14 der Dicke 0,9 mm.
Entsprechend der Ausbildung der F uÈ gezone lassen sich die
eingesetzten F uÈ getechnologien wie in Tabelle 1 dargestellt,
untergliedern.
Die Steifigkeitseigenschaften der Sandwichstrukturen spie-
geln sich entsprechend Abb. 1 im Betrag der bis zu einer Ver-
formung von 10 mm absorbierten Energie wieder. Mit zuneh-
mender Steifigkeit nimmt das Integral der Kraft-Verfor-
mungskurve zu, das dem Betrag der absorbierten Energie ent-
spricht. Bezogen auf die Bauteilmasse zeigen die Stahlblech
Sandwichstrukturen wegen des h oÈ heren Gewichts der Deck-
bleche schlechte Eigenschaften. Verbunde mit Fasergeweben
auf der Zugseite sind zwar am leichtesten, jedoch ist ihre Stei-
figkeit wegen der geringen Eigensteifigkeit des Gewebes zu
gering, um groûe Energiebetr aÈ ge absorbieren zu k oÈ nnen.
W aÈ hrend sich mit Hilfe des Vier-Punkt Biegeversuchs mit
einem konstanten Biegemoment l aÈ ngs der Probe Aussagen
uÈ ber die Steifigkeit der Verbundstruktur treffen lassen, befin-
det sich beim Drei-Punkt Biegeversuch das maximale Biege-
Zus aÈ tzlich wurden die Eigenschaften kombiniert gef uÈ gter
Verbindungen untersucht, um eine Entlastung des Klebers
durch den Niet w aÈ hrend der Beanspruchung zu gew aÈ hrleisten.
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Lehrstuhl Metallische Werkstoffe ± Universit aÈ t Bayreuth
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0933-5137/00/0606-0440$17.50 .50/0
Mat.-wiss. u. Werkstofftech. 31, 440±443 (2000)
Ó WILEY-VCH Verlag GmbH, D-69451 Weinheim, 2000