Multi-Materialdesign Hybrides Profil-Verbindungssystem in Großserie herstellbar

Viele Entwickler suchen nach wirtschaftlich vertretbaren, effizienten und serientauglichen Lösungen für die Herstellung von hybriden Bauteilen im sogenannten Multi-Materialdesign. Forschern ist das jetzt mittel spezieller Verfahrenstechnik bei CFK-Metall-Profilverbindern gelungen.

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TU Dresden Institut für Leichtbau und Kunststofftechnik

Wissenschaftler des Instituts für Leichtbau und Kunststofftechnik (ILK) der Technischen Universität Dresden entwickelten in Kooperation mit dem Fraunhofer Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU) einen hocheffizienten, automatisierbaren Herstellungsprozess für hochbelastbare Profilverbindungen. In dem neuentwickelten Verfahrensansatz können Hohlprofile aus Faser-Thermoplast-Verbund (FKV) mit metallischen Lasteinleitungselementen in einem einzigen Fertigungsschritt hergestellt und gefügt werden.

Im eigens am ILK entwickelten Tape-Flechtverfahren werden vorkonsolidierte Faser-Thermoplast-Halbzeuge, so genannte Tapes, zu geflochtenen Tape-Preforms verarbeitet. Anschließend werden diese Preforms in einem intrinsischen Schlauchblas-Integral-Verfahren konsolidiert und mit einem konturierten metallischen Lasteinleitungselement gefügt.

Kürzere Zyklen, geringerer Prozessaufwand

Durch die Verwendung vorkonsolidierter Tape-Halbzeuge mit thermoplastischer Matrix entfällt laut Angaben der Beteiligten der aufwendige Schritt der Faserimprägnierung im Herstellungsprozess, wodurch die Prozesszeit gegenüber dem konventionellen Schlauchblasverfahren mit unkonsolidierten Halbzeugen signifikant reduziert werden kann. Zudem ermögliche die Verarbeitung von Tape-Preforms eine Steigerung der mechanischen Eigenschaften, eine verbesserte Faserausrichtung sowie eine wesentliche Reduzierung der Faserschädigung im Herstellungsprozess.

Im Unterschied zu gängigen Fügeverfahren,wie etwa Kleben oder Nieten bieten Profil- und Konturverbindungen durch ihren werkstoff- und fertigungsgerechten Aufbau eine vielversprechende Alternative für neuartige Hochleistungs-Leichtbaustrukturen in Faserverbund-Metall-Mischbauweise, heißt es weiter. Die stoff- und formschlüssig wirkenden Verbindungssysteme gestatten die Einleitung höchster Lasten in stab- und rohrförmige Faserverbundstrukturen, wie beispielsweise Zug-Druckstreben oder Antriebswellen, wie die Forscher betonen. Die notwendige Verbindungsfestigkeit zwischen FKV und der Metallkomponente werde dabei mit einem auf die Geflechtarchitektur abgestimmten Design einer skalenübergreifenden Strukturierung ermöglicht.

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