Forschungsprojekt

Das Blech denkt mit

Zielbranchen

Fahrzeug- und Verkehrstechnologien

Problemstellung

Adaptronische Komponenten in Karosseriestrukturen, wie z. B. flächige piezo-elektrische Wandler, ermöglichen einen aktiven Eingriff in das Schwingungsverhalten von Bauteilen. Zudem lassen sich die Wandler gleichzeitig als Sensoren für das umgebende Deformationsgeschehen nutzen. Unerwünschte Schwingformen werden sofort erkannt und beseitigt. Bei einem Fahrzeugaufprall können die Sensoren auch Schwere und Art eines Crash-Lastfalls detektieren und geeignete Gegenmaßnahmen einleiten.

Konventionelle Applikationsmethoden - manuell oder teilautomatisiert - für aktive Piezo-Aktoren sind sehr zeit- und kostenintensiv, da die Komponenten nach der Formgebung auf die Strukturbauteile aufgebracht werden müssen. Ein breiter Einsatz dieser Bauteile in Hocheffizienz-Fertigungsbereichen wie dem Automobilbau wird dadurch verhindert.

Lösung

Im Rahmen des Sonderforschungsbereiches SFB/TR39 PT-PIESA untersucht das Fraunhofer IWU, wie Prozessketten gestaltet sein müssen, um solche Bauteile in Serienfertigung herzustellen.

Ein Lösungsansatz besteht in der Integration der aktiven Wandler vor der Umformung in das Blechhalbzeug. Der flächige Piezo-Aktor bildet zusammen mit den umzuformenden Blechen einen Verbund, der z. B. durch Tiefziehen in die endgültige Form gebracht wird. Die automatisierte Prozesskette wird so entscheidend verkürzt - bei komplex gekrümmten Teilen ist mit dieser Methode eine Applikation von flächigen Aktoren überhaupt erst durchführbar.

Auf das Wandlerbauteil wirken hierbei die Belastungen des Umformschrittes. Im Projekt werden neben der experimentellen Bestimmung von Prozessgrenzen auch die Beanspruchungen der Aktorbauteile mittels numerischer Simulation bestimmt. Es werden Methoden bereitgestellt, mit denen eine durchgängige Auslegung der Fertigungsprozessschritte und -parameter sowie eine rechnerische Bestimmung der späteren aktorischen/sensorischen Bauteilfunktion schon zum Zeitpunkt der Produkt- bzw. Fertigungsplanung ermöglicht werden.

Bereits bei der Bauteilfertigung lassen sich die integrierten Sensoren zur Prozessüberwachung einsetzen und eröffnen völlig neue Möglichkeiten der Qualitätssicherung. Aber auch über die gesamte Fahrzeuglebensdauer können sicherheitsrelevante Bauteile gezielt überwacht werden (Health Monitoring).

© Fraunhofer IWU