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Fügen Verbindungstechniken für CFK und Metall

| Redakteur: Dorothee Quitter

Beim Leichtbau von Fahrzeugen gilt es, funktionstragende Metallteile mit leichten, hochfesten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen zu verbinden. Am Fraunhofer IGCV wurden verschiedene Möglichkeiten für eine solche Verbindung entwickelt und in einem Elektro-Roller zusammengeführt.

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Laminierhülse mit neuartiger Pinstruktur für die formschlüssige Verbindung mit den vorimprägnierten CFK-Fasern.
Laminierhülse mit neuartiger Pinstruktur für die formschlüssige Verbindung mit den vorimprägnierten CFK-Fasern.
(Bild: Fraunhofer IGCV)

Das Ziel: herkömmliche Gießtechnik-Bauteile mit solchen aus CFK zu verbinden und dabei die mechanischen Anbindungspunkte reduzieren und die Prozessschritte beim Anbinden minimieren. Der Hinterradträger des E-Rollers ist ein Bauteil mit hoher Funktionsdichte und besteht somit aus Metall. Um auch diesen möglichst leicht zu gestalten, hat das Forscherteam ihn aus hochfestem Stahl hergestellt und die Topologie optimiert – es befindet sich also nur an den Stellen Material, wo es für die Funktion erforderlich ist. Zur Herstellung des Bauteils nutzten die Forscherinnen und Forscher eine additive Fertigungstechnik, bei der die Bauteile durch die Bestrahlung mit einem Laser aus Metallpulver hergestellt werden. Der Hinterradträger ist über eine Verschraubung mit dem Trittbrett aus CFK verbunden. Der Lenkkopf des Rollers ist ein Hybridbauteil: Das Grundgerippe besteht aus Aluminium-Sandguss, es übernimmt hinten das Trittbrett und vorne die Lenkstange. Dieser Bereich weist eine dichte Funktionalität auf, während dazwischen ein größerer Raum überbrückt werden muss. CFK-Elemente sorgen für die nötige Steifigkeit. Verbunden werden die beiden Materialarten über Klebtechnik. Die Klebestellen sind genau dort angebracht, wo wenig Belastung auftritt. Die Steifigkeit kommt aus der Formgebung des CFK-Bauteils. Für die Gabel haben die Forscher eine gänzlich neuartige Verbindungstechnik entwickelt.

Laminierhülse mit neuartiger Pinstruktur für die formschlüssige Verbindung mit den vorimprägnierten CFK-Fasern.
Laminierhülse mit neuartiger Pinstruktur für die formschlüssige Verbindung mit den vorimprägnierten CFK-Fasern.
(Bild: Fraunhofer IGCV)

Das zylindrische Verbindungsstück zum Lenker ist über additive Fertigungstechnik aus Stahl hergestellt. Unten hat es eine Platte, quasi eine Art Fuß, an dessen Oberfläche kleine Pins herausstehen. Über diese Fuß-Platte legen die Wissenschaftler die Ausgangsplatten für die CFK, die aus mit Kunstharz ummantelten Fasern bestehen. Nun legen sie Vakuum an und erhöhen die Temperatur. Das Harz umfließt die Kohlenstofffasern, fließt nach unten, schließt die Lücke zur Metallplatte und härtet in dieser Konstellation wie ein Kleber aus. Zum einen klebt das Harz an der Platte, zum anderen werden die hochstehenden Pins von den Fasern umschlossen und festgehalten. Das Ergebnis: Die Bauteile sind formschlüssig und fest miteinander verbunden – gänzlich ohne Schrauben und zusätzliche Klebtechnik. (qui)

Hannover Messe 2019: Halle 17, Stand C24

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