Insbesondere bei den Umformverfahren für metallische Werkstoffe, wie das Innenhochdruckumformen (IHU) und Hochdruckblechumformen (HBU), sowie urformendenden Prozessen wie das Spritzgießen von Kunststoffen sowie Verfahren zur Herstellung von Verbundwerkstoffen, etwa das Nasspressen oder das Harzinjektionsverfahren spielen die Erhöhung der Ressourceneffizienz, die Funktionsintegration und die Realisierung von Leichtbaustrukturen eine immer stärkere Rolle. Hydraulische Pressen mit Presskräften bis zu 100.000 kN sind gekennzeichnet durch großen Platzbedarf sowie hohe Investitions- und Betriebskosten.
Die angestrebte Gewichtsreduktion kann durch einen speziellen Maschinenaufbau erreicht werden, die sogenannte Leichtbaupresse. Dabei führt die Verwendung von Zugbügeln aus einem Faser-Kunststoff-Verbund (FKV), als Ersatz für die klassischen Rahmenbauweise, zu einer kompakten und leichten Anlage, die sich dabei deutlich vom Stand der Technik abgrenzt.
Die in Aluminium-Druckstücken gelagerten FKV-Zugbügel bilden die Kernkomponenten der Leichtbaupresse. Die Auslegung der Bügel erfolgte bisher mit Hilfe einer vereinfachten, analytischen Berechnungsmethode. Für einen sicheren Betrieb von Maschinen und Anlagen mit dem Zugbügel-Konzept ist jedoch die Erarbeitung einer Berechnungsmethode für die Auslegung von Zugbügeln auf Basis von FE-Simulationen erforderlich, da nur so die tatsächliche Werkstoffanstrengung ermittelt werden kann, welche die Basis für einen Nachweis der Betriebsfestigkeit darstellt. Weiterhin werden dadurch auch die tatsächlichen Sicherheitsreserven der Konstruktion entdeckt, welche die Grundlage für eine weitere im Rahmen des Projekts durchzuführende Optimierung in Richtung von Masse- und Bauraumreduzierung darstellen. Die Festigkeits- und Steifigkeitseigenschaften des FKV-Materials, welche in die Simulation einfließen, müssen experimentell, oder rechnerisch aus bekannten Materialdaten von Faser und Matrix ermittelt werden. Zur experimentellen Untersuchung werden im Rahmen des Projekts Prüfkörper entwickelt, gefertigt und Versuche durchgeführt mit einer anschließenden Datenauswertung und Rückkopplung mit der Simulation.
Im Endergebnis entsteht eine realistische Bewertung der Zugbügel hinsichtlich Funktion, Steifigkeit, Festigkeit usw. als Funktion der Konstruktion, dem Belastungsszenario und den ermittelten Materialkennwerten.
