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Abschluss des Forschungsvorhabens „Hybridfügen von Mischbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen mit metallischen Halbzeugen“

Das IGF-AiF-Vorhaben IGF-Nr.: 17618 N / DVS-Nr.: 08.080 (Laufzeit 01.01.2013 - 31.03.2016) wurde von der Forschungsvereinigung Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS koordiniert und in Zusammenarbeit mit dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF Paderborn) bearbeitet.

Im Zuge der Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung im Karosseriebau konzentrieren sich aktuelle Entwicklungen auf innovative Leichtbaulösungen. Mehr und mehr halten daher Faser-Kunststoff-Verbunde in Fahrzeugen Einzug, da diese aufgrund ihrer exzellenten mechanischen Eigenschaften hohe Leichtbaugrade ermöglichen. Mischbauweisen dieser Materialien mit konventionellen metallischen Werkstoffen erzielen Synergieeffekte, die auf die optimale Nutzung der spezifischen Eigenschaften an der richtigen Stelle zurückzuführen sind. Die Realisierung solcher Leichtbaustrukturen erfordert eine werkstoffgerechte und effiziente Fügetechnik, die für die Gewährleistung der Funktionalität eines Fahrzeuges essentiell ist. In Anbetracht der Forderungen nach kurzen Zykluszeiten, Effizienz und Wirtschaftlichkeit im Karosseriebau werden daher mechanische Fügeverfahren mit der Klebtechnik zum Hybridfügen vereint. Die mechanischen Fügepunkte übernehmen dabei in erster Linie das Fixieren der Bauteile, während der großflächig eingesetzte Klebstoff im ausgehärteten Zustand den Zusammenhalt der Karosserie auch unter Crashbelastung sicherstellt.

Allerdings ist zu beachten, dass der direkte Einsatz etablierter Fügeverfahren ohne Anpassungsmaßen für den CFK-Mischbau wenig zielführend ist. Aufgrund einer im Vergleich zu metallischen Konstruktionsmaterialien gänzlich anderen Werkstoffcharakteristik müssen mechanische als auch klebtechnische Fügeverfahren auf die Faser-Kunststoff-Verbunde hinsichtlich gegebener Randbedingungen abgestimmt werden.

Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Qualifizierung von Hybridfügetechnologien für Rohbauanwendungen, um unlösbare FKV-Metall-Verbindungen mit optimiertem Eigenschaftsprofil zu realisieren. Dazu wurden zunächst an vier Werkstoffkombinationen sowohl elementar mechanisch als auch klebtechnisch gefügte Verbindungen hergestellt und optimiert. Im Fall des vorlochfreien, fließlochformenden Schraubens wurde zudem die Laminatschädigung bewertet. Im Anschluss wurden die mechanischen und klebtechnischen Fügeverfahren kombiniert und hybridgefügte Verbindungen gefertigt. Mittels gezielter Werkzeug- und Prozessanpassungen wurden die Hybridfügeverfahren für den Einsatz im CFK-Mischbau optimiert. Aufgrund der großen Gefahr der Kontaktkorrosion an Hilfsfügeteilen und Fügeteilen wurden im Anschluss Korrosionsuntersuchungen durchgeführt und die Resttragfähigkeit der Verbindungen nach der Alterung bestimmt. Zuletzt wurden alle Verbindungen mittels quasistatischer Scher- und Kopfzugversuche mechanisch charakterisiert.

Das IGF-Vorhaben „Hybridfügen von Mischbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen mit metallischen Halbzeugen“ (IGF-Nr. 17618 N / DVS-Nr.: 08.080) der Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e.V des DVS wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Dafür sei an dieser Stelle gedankt. Für die zur Durchführung dieses Forschungsprojektes zur Verfügung gestellten Versuchswerkstoffe, Hilfsfügeelemente und Dienstleistungen sowie für die Unterstützung und die konstruktiven Diskussionen möchten wir uns außerdem bei den Mitgliedern des projektbegleitenden Ausschusses bedanken.

Der Abschlussbericht kann über den nachfolgenden Link heruntergeladen werden.

Download des Abschlussberichtes

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