Erweiterung des Verbundstrangpressens zu höheren Verstärkungsanteilen und funktionalen Verbunden

Der Ausstoß des Klimagases CO2 und der Verbrauch natürlicher Energiequellen führen im Transportwesen zu steigenden Leichtbaubestrebungen, um das Fahrzeuggewicht zu reduzieren. Ein möglicher Ansatz ist die Verwendung von Verbundwerkstoffen. Durch einen Verbund können Werkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften vorteilhaft miteinander kombiniert werden. Ein vielversprechendes Verfahren zur Herstellung von endlos verstärkten Aluminiumprofilen ist das Verbundstrangpressen. Es werden dabei Verstärkungselemente in spezielle Kammerwerkzeuge geführt, die sich im Werkzeuginneren mit dem Aluminiumblockwerkstoff verbinden. Für Leichtbauwendungen ist bei dem Verfahren ein hoher Anteil der Verstärkungselemente im Profilquerschnitt anzustreben. Allerdings haben die Verstärkungselemente einen Einfluss auf den Prozess, wodurch der maximale Verstärkungsanteil begrenzt ist. Das Hauptziel der vorliegenden Arbeit ist, ein Prozessverständnis, abhängig vom Verstärkungsanteil, zu erlangen. Für die Umsetzung wird der Einfluss der Verstärkungselemente auf den Werkstofffluss und die resultierende Stempelkraft experimentell und numerisch analysiert. Ein analytisches Modell zur Beschreibung der Stempelkraft für das Verbundstrangpressen wurde abgeleitet. In weiteren Schritten wurden Werkzeuge für die Erweiterung der Vielfalt herstellbarer Profilquerschnitte entwickelt. In diesem Zusammenhang wurde der Einfluss der Werkzeuggestaltung auf die Stempelkraft grundsätzlich untersucht. Die Prozessgrenzen und ein Prozessfenster hinsichtlich des maximalen Verstärkungsanteils wurden abgeleitet. Mit dem erzielten Wissen konnten Profile mit hohem Verstärkungsanteil gefertigt werden. Zur Erweiterung der Profileigenschaften und der Flexibilität wurden Untersuchungen zur Einbettung von Funktionselementen, wie z. B. isolierten elektrischen Leitern, durchgeführt. Die Herstellung von Profilen mit gradierten mechanischen Eigenschaften wurde durch die Einbettung von Verstärkungselementen mit variierenden Querschnitten erreicht. Es wurden für die Querschnittsvariationen und zur Integration in den Strangpressprozess verschiedene Umformverfahren betrachtet. Des Weiteren wurden Experimente zur Fertigung von Profilen mit eingebetteten steifen, nichtmetallischen Verstärkungselementen durchgeführt.