Klebverbindung Eigenspannung geklebter Mischbauweisen reduzieren

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Im Projekt Go-Hybrid wollen sechs Firmen durch Gestaltung, Materialauswahl und -aufbau die Beanspruchungen in einer stoffschlüssigen Hybrid-Verbindung aus Aluminium und faserverstärkten Kunststoffen (FKV) so reduzieren, dass ein relevantes Leichtbaupotential erschlossen werden kann.

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Die sechs Partner des im Frühjahr 2020 gestarteten Forschungsprojektes Go-Hybrid.
Die sechs Partner des im Frühjahr 2020 gestarteten Forschungsprojektes Go-Hybrid.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Für das stoffschlüssige Fügen von Mischbauweisen aus Leichtmetallen und Faser-Kunststoff-Verbunden steht das Kleben im Fokus. Unterschiedliche Wärmeausdehnungen können jedoch bei großen Temperaturdifferenzen zu hohen Eigenspannungen und somit zum Versagen im Klebstoff führen. Kommen hohe strukturelle Lasten hinzu, lassen sich diese Eigenspannungen nur bedingt durch die Wahl des Klebstoffs ausgleichen.

Beispielhafte Abbildung einer hybriden Klebverbindung unter Temperaturänderung.
Beispielhafte Abbildung einer hybriden Klebverbindung unter Temperaturänderung.
(Bild: Fraunhofer LBF)

Ganzheitliche Betrachtung der Verbindung

Im Forschungsprojekt Go-Hybrid werden nun die Gestaltungsparameter der Klebverbindung und der Fügepartner gesamtheitlich zu betrachtet. So passt das Forscherteam prinzipiell bestehende, jedoch noch nicht großserientaugliche, stoffschlüssige Verbindungstechnologien vor allem durch gestalterische Maßnahmen an hybride Werkstoffsysteme an, um unterschiedlichste Einsatzbereiche zu erschließen.

Als Ergebnis dieses Projektes erwarten wir eine signifikante Steigerung der Marktdurchdringung und der industriellen Anwendung von Hybridverbindungen bei sicherheitsrelevanten Komponenten.

Jens-David Wacker, der Projektleiter Go-Hybrid am Fraunhofer LBF

Die Umsetzbarkeit und Zuverlässigkeit von Klebverbindungen unter hohen Betriebslasten und Temperaturen soll an einem PKW-Hybridrad mit einem Radstern aus Aluminium und einer Felge aus FKV demonstriert werden. Insbesondere bei Rädern gibt es solche Klebverbindungen noch nicht. Üblicherweise werden Räder in hybrider Bauweise mit CFK-Felge und Aluminium-Stern mit mechanischen Elementen wie Schrauben gefügt.

Gestaltungslösungen und Komponentenprüfung vom Fraunhofer LBF

Im Rahmen des Forschungsprojektes Go-Hybrid stehen beim Fraunhofer LBF die Entwicklung von Gestaltungslösungen der Hybridverbindung und die experimentelle Untersuchung im Fokus. Dazu sollen unterschiedliche Verbindungsproben unter thermischen und zyklischen Beanspruchungen geprüft werden. Die Expertise des Darmstädter Instituts basiert auf langjähriger Erfahrung der Lösungsfindung und Prüfung von strukturellen Komponenten wie dem Rad, welches hohen Betriebslasten und thermischen Einflüssen durch die Temperatur der Bremsen ausgesetzt ist.

Als Ergebnis von Go-Hybrid erhoffen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verkürzte Entwicklungszeiten, effizientere Fertigungsprozesse, günstigere Produkte und eine verbesserte Ressourceneffizienz bei gleichbleibender Sicherheit. Neben dem Fraunhofer LBF sind am Projekt Go-Hybrid Otto Fuchs KG, Inpro Innovationsgesellschaft für fortgeschrittene Produktionssysteme in der Fahrzeugindustrie mbH, Invent Innovative Verbundwerkstoffe Realisation und Vermarktung neuer Technologien GmbH, Dupont Transportation & Industrial und TÜV SÜD Product Service GmbH beteiligt.

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