Numerisch basierte Auslegung und Konstruktion für thermisch beschichtete, eigenspannungssensible Bauteilstrukturen auf polymerer Basis

Vorhabenbeschreibung:

Das geplante Vorhaben setzt sich mit der systematischen Generierung numerisch verwertbaren Materialmodellen von thermisch gespritzten Werkstoffen auseinander. Die Modelle dienen in der konstruktiven Auslegungsphase eines Produktes zur gezielten Vordimensionierung vor allem dünner, spannungs-sensibler auteilstrukturen, welche mittels der Verfahrensgruppe des Thermischen Spritzen oberflächenfunktionalisiert werden sollen. Ein Hauptproblem dieser Beschichtungsverfahren liegt in der systembedingten Eigenspannungsentstehung bzw. im Spannungsverhalten der erzeugten Schichtstrukturen. Die ermittelten Kennwerte helfen, besonders sensible Bauteile beschichtungsgerecht auszulegen und deren Eigenschaftsprofil zu erweitern. Der wirtschaftliche Nutzen dieser Betrachtung ist für eine Vielzahl von Unternehmen, die sich mit Konstruktion, Berechnung und Beschichtung auseinandersetzen, von größter Bedeutung. Im geplanten Projekt wird eine Analyse der Entstehung von Eigenspannungen in dünnwandigen Strukturen im Verlauf des thermischen Spritzprozesses durchgeführt, wobei deren Auswirkungen auf Form und Verschleißbeständigkeit der Proben untersucht werden. Mithilfe kalorischer und mechanischer Prüfverfahren erfolgt die Charakterisierung des applizierten Schichtwerkstoffes. Die gewonnenen Kennwerte dienen der Erarbeitung von oben erwähnten Materialmodellen zur Implementierung in bestehende Berechnungssoftware. Die Ergebnisse werden anhand realer Beschichtungsversuche undexperimenteller Messungen verifiziert. Schließlich erfolgt eine Zusammenführung der Informationen zur Festlegung konstruktionstechnischer Richtlinien für beschichtetet Bauteile zur Vermeidung negativer Folgen bzw. der gezielten Nutzung von Eigenspannungen. Die KMUs können von den Ergebnissen des Forschungsvorhabens insofern profitieren, dass die numerische Simulation die zeit- und kostenintensive Vorentwicklungsphase reduziert und dadurch die Flexibilität und Effizienz der beteiligten Unternehmen steigert. Das Vorhaben leistet einen volkswirtschaftlich Beitrag zur Herstellung von ressourceneffizienten Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen.