Entwicklung eines alternativen Fügeverfahrens zur wirtschaftlichen und prozesssicheren Herstellung von faserverstärkten Kunststoff-/Metallhybridstrukturen auf Basis des Widerstandsschweißverfahrens mittels integrierter metallischer Inserts

Vorhabenbeschreibung:

Zur Umsetzung von Leichtbaulösungen wird vermehrt die Multimaterialbauweise eingesetzt. Neben den etablierten Metallen kommen dafür zunehmend auch faserverstärkte Kunststoffe (FVK) - insbesondere kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK)- zum Einsatz. Die unterschiedlichen Materialkombinationen stellen jedoch Herausforderungen für die Fügetechnik dar. Durch konventionelle Fügetechniken von FVK (z. B. mechanische Verfahren und Kleben) kann eine Reihe von Nachteilen, wie z. B. Fasertrennung, Korrosion, Lochleibung oder Delaminationen entstehen. Im beantragten Forschungsvorhaben wird ein Verfahren entwickelt, mit dem es möglich wird, Stahl mit duroplastischen FVK mittels Widerstandsschweißen wirtschaftlich, schnell, prozesssicher und mit einer ausreichenden Festigkeit zu fügen, ohne dass dabei die mechanisch-technologischen Eigenschaften der FVK-Bauteile negativ beeinträchtigt werden. Der Ansatz beruht auf der Idee, metallische Inserts als integralen Bestandteil des FVK-Bauteils in den FVK-Fertigungsprozess zu integrieren. Das metallische Insert besteht dabei aus einem Trägerblech und darauf beidseitig senkrecht stehenden Pins, welche als Schweißbuckel aus dem Laminat heraus ragen und so als Anschlussstelle für den Schweißprozess dienen. Zur Vermeidung einer thermischen Schädigung des duroplastischen FVK wird der Fokus auf das Kondensatorentladungsschweißen gelegt. Der periphere Bereich der Pins wird so gestaltet, dass ein elektrischer Strom durch das metallische Insert geleitet werden kann. In Vorversuchen wurde die prinzipielle Machbarkeit einer solchen Schweißverbindung gezeigt. Mithilfe der Forschungsergebnisse kann der Anwender seine Fügestellen zielgerichtet belastungsgerecht auslegen. Hierdurch können Unternehmen Konstruktions- und Fertigungskosten einsparen. Dadurch, dass industriegängige Schweißanlagen innerhalb der Fügeversuche verwendet werden, können vorhandene Anlagen beim Unternehmen für das Fügen von FVK und Stahl genutzt werden.