Fügen Hybride Bauweisen schädigungsarm fügen

Für das Fügen von Faser-Kunststoff-Verbunden mit Metallen erarbeiten Wissenschaftler auf der Basis etablierter punktueller Fügeverfahren multifunktionale Schnittstellen.

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Technische Universität Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Hybride Bauweisen aus Metall und Faser-Kunststoff-Verbunden (FKV) machen intelligenten Leichtbau erst möglich, da bereichsspezifisch Material- und Bauteileigenschaften eingestellt werden können. Wesentliche Voraussetzung dafür sind wirtschaftliche, beanspruchungs- und werkstoffgerechte Lösungen zum Fügen der Einzelkomponenten. Hierfür hat das Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der TU Dresden in der Fachgruppe Verbindungstechniken im Rahmen eines Forschungsvorhabens eine neuartige Technologie auf Basis des Laserschweißens entwickelt.

Der Entwicklungsansatz basiert auf hybriden Verstärkungstextilien, in die metallische Elemente textiltechnisch eingearbeitet sind. Diese bilden in der FKV-Komponente metallische Oberflächen aus, die für das schweißtechnische Fügen mit Metallblechen genutzt werden.

Verschiedenste Materialkombinationen

Bisher wurde die Machbarkeit des Verfahrens am Beispiel von Stahlblech und Epoxidharz-basierten Verbunden gezeigt. Doch die Technologie ist grundsätzlich auf verschiedenste Materialkombinationen übertragbar.

„Das Verfahren bietet das Potenzial, erhöhte Verbindungsfestigkeiten und ein gutmütiges Versagensverhalten zu erzielen", so die Wissenschaftler zu den Untersuchungen. Außerdem sind die Forscher davon überzeugt, dass dieser innovative Lösungsansatz eine seriengerechte und auch wirtschaftliche Integration von FKV-Bauteilen in Metallkarosserien ermöglicht.

Das IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigungen Forschungskuratorium Textil e.V. (FKT) und Europäische Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) "Multifunktionale Schnittstellen FKV" wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert, hat eine Laufzeit von 30 Monaten und ist am 1. September 2019 gestartet.

Gemeinsam mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF) der Universität Paderborn entwickelt das ILK dabei die neue vorwettbewerbliche Technologie für die Herstellung schädigungsarmer, kraftflussgerechter FKV/Metall-Verbindungen auf Basis etablierter punktueller Fügeverfahren wie zum Beispiel Widerstandspunktschweißen (WPS) oder Clinchen.

Verfügbare Montageprozessketten

Fest steht: Aufgrund ihrer sehr guten mechanischen Eigenschaften und zunehmend auch der entwickelten effizienten Fertigungsprozesse sind Faser-Kunststoff-Verbunde zu einem festen Bestandteil moderner Leichtbaukonzepte geworden.

Durch eine belastungsgerechte Kombination mit metallischen Werkstoffen kann dabei ein wirtschaftliches Verhältnis zwischen Herstellungsaufwand, Leistungssteigerung und Gewichtsreduzierung erzielt werden. Ein Hemmnis für den Serieneinsatz von FKV stellt bislang jedoch häufig die Verfügbarkeit geeigneter Fügeverfahren dar. Zudem besteht in der Industrie auch die Forderung, trotz steigender Werkstoffvielfalt die Anzahl unterschiedlicher Fügeverfahren zu reduzieren.

Vor diesem Hintergrund werden die Wissenschaftler im Projekt metallische multifunktionale Schnittstellen (MFS) bereits während der Bauteilfertigung in eine FKV-Struktur integrieren. Anschließend kann das FKV-Bauteil mittels konventioneller punktueller Fügeverfahren prozesssicher mit Metall-Strukturen verbunden werden. „Dieses neuartige Verbindungssystem soll den kostengünstigen, effizienten Einsatz von FKV-Strukturen in modernen Mischbauweisen durch Integration in bereits verfügbare Montageprozessketten für klassische Metallbauweisen ermöglichen", definieren die Wissenschaftler das Ziel. (am)

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