Teilprojekt B4: Stoffschlüssige Verbindungs­techniken bei Mischbauweisen mit textilverstärk­ten Verbunden

Ziel ist die Entwicklung stoffschlüssiger laser- und plasmabasierter Fügetechnologien zur Herstellung hochbelastbarer Verbindungen von textilverstärkten Verbundbauteilen mit artgleichen und artfremden Werkstoffen. Durch lokales laserbasiertes Aufschmelzen der Polypropylen-Matrix und anschließendes Verpressen mit artfremden Fügepartnern soll auch eine zusatzstofffreie materialeffiziente Thermoplast-Fügetechnologie neu entwickelt werden.

Das hohe Leichtbaupotential der neuartigen Hybridgarn-Textil-Thermoplast-(HGTT-) Verbunde kann nur mittels werkstoffgerechter Fügetechniken in komplexen Produkten umgesetzt werden. Hierbei bieten sich die stoffschlüssigen Fügeverfahren aufgrund ihrer flächigen, gleichmäßigeren Lastübertragung in besonderer Weise an.

Ziel des Teilprojektes B4 ist daher die Entwicklung angepasster stoffschlüssiger Fügeverfahren zur Herstellung von HGTT-Verbund-Verbindungen mit artgleichen und artfremden Materialien in Mischbauweise. Die hier neu zu erarbeitenden Klebverfahren basieren auf Laser- und Plasmamethoden. Veränderungen an der Oberfläche sind dabei mit geeigneten Methoden zu detektieren und mit den experimentell ermittelten Verbindungsfestigkeiten derart geklebter Probekörper zu korrelieren.

Die kohäsiven Festigkeiten der verwendeten Klebstoffe sollen durch den Zusatz von Nanoteilchen gezielt eingestellt werden. Bei hochfesten Klebstoffen bietet sich weiterhin die Kombination des Stoffschlusses mit einem Formschluss an. Dieser zusätzliche Formschluss kann durch das lasergestützte Einbringen von schrägen Löchern oder Schlitzen in die Fügepartner erreicht werden, in die dann der Klebstoff fließen und nach Aushärtung als nietähnliches Verbindungselement ("Klebniet") wirken kann.

Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit zur Herstellung von HGTT-Metall- bzw. HGTT-Glas- Mischverbindungen eröffnet sich durch eine nahezu tangentiale Lasereinstrahlung in die gering geöffnete Überlappung. Durch die örtliche Aufschmelzung der PP-Matrix und das anschließend direkte Verpressen mit dem artfremden Fügepartner entfällt der Klebstoff.

In dieser Antragsphase sollen die zu entwickelnden Fügetechnologien an Flachprobekörpern mit einfacher Überlappung hinsichtlich ihres Tragverhaltens experimentell verifiziert werden. Die gewonnenen technologischen Erkenntnisse sollen dann auf die Verbindung von ebenen Sandwichstrukturen aus Spacer-Textilien übertragen werden. Dabei werden zunächst die Sandwichdeckschichten an den stegparallelen Rändern sowohl unmittelbar als auch mittels eines eingebetteten Profils verbunden (Bild).

In der abschließenden Demonstratorphase sollen dann die Deckschichten der stegorthogonalen Ränder von ebenen und einfach gekrümmten Sandwichstrukturen miteinander stoffschlüssig verbunden werden. Die erarbeiteten Lösungskonzepte fließen in die Konzipierung und technologische Umsetzung des generischen SFB-Demonstrators Funktionsintegrativer Fahrzeugsystemträger (FiF) ein.

Leitung
Dr. rer. nat. Irene Jansen
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik  
Winterbergstr. 28
01277 Dresden
Tel.: +49 351 463-35210
Fax: +49 351 463-37755

Prof. Dr.-Ing. habil. Eckhard Beyer
TU Dresden
Institut für Fertigungstechnik  
01062 Dresden
Tel.: +49 351 463-31993
Fax: +49 351 463-37755