Breite Abdeckung von FVK-Verbindungen mit wenigen Verfahren

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wbk Institut für Produktionstechnik Universität Karlsruhe (TH)

Derzeit zur Verfügung stehende Verfahren können bezüglich der Anwendungsflexibilität und der Belastbarkeit der damit hergestellten Verbindungen unterschieden werden. So eignet sich das Kleben besonders für das Fügen flächiger Bauteile. Bei diesem Verfahren ist zu beachten, dass die Klebefläche möglichst groß sein muss, um die geringere Festigkeit der Klebung im Vergleich zur Festigkeit der zu fügenden Teile zu kompensieren.

Schraub- und Nietverbindungen führen bei FVK immer zu Faserbruch

Hinsichtlich der Belastbarkeit stellt der Schlaufenanschluss das ideale Verfahren dar, jedoch ist dessen industrielle Umsetzung aufwendig und lässt sich nicht auf alle Bauteilstrukturen übertragen. Fügeverfahren wie Schrauben, Nieten und Insertverfahren sind dagegen flexibel einsetzbar. Aufgrund ihrer Charakteristika setzen Schraub- und Nietverbindungen immer Bohrlöcher in FVK-Bauteilen voraus, was Faser- und Zwischenfaserbrüche verursacht. Die bei Insertverbindungen eingebrachten Zusatzelemente begünstigen dagegen Delamination.

Derartige Vorschädigungen führen zu einer Schwächung des Verbundes und somit zu einer Abnahme der maximalen Belastbarkeit an den Fügestellen [2 bis 5]. Mit dem Ziel einer optimalen Verbindungstechnik werden am wbk Institut für Produktionstechnik des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sowohl der Schlaufenanschluss hinsichtlich Flexibilität als auch die Insertstrukturen bezüglich Belastbarkeit weiterentwickelt.

Insertelemente werden häufig zur Anbindung flächiger FVK-Bauteile an metallische Strukturen verwendet. Das Insertelement ist dabei in der Regel so gestaltet, dass über eine Metallfläche, die in die Faserstruktur eingebettet wird, eine möglichst gleichmäßige Krafteinleitung in das FVK-Bauteil erfolgt.

Steigerung der Belastbarkeit von FVK-Bauteilen mit Insertstrukturen

Am wbk Institut für Produktionstechnik werden neue Insertformen entwickelt. Ziel ist es, die Belastbarkeit zu steigern. Dies gelingt, indem die angreifenden Kräfte möglichst gleichmäßig in das Bauteil eingeleitet werden, um die auftretenden mechanischen Spannungen niedrig zu halten. Ferner gilt es, zusätzliche Anforderungen zu erfüllen, zum Beispiel die Vermeidung elektrochemischer Korrosion bei bestimmten Werkstoffpaarungen sowie die kostengünstige Anwendung in der Serienfertigung. Dazu gehört die automatisierte Einbringung in das FVK-Bauteil.

Die entwickelten Strukturen basieren auf einem Schichtaufbau aus Fasermatten und metallischen Einlegern. Diese Sandwichstrukturen werden mit einem Blindniet verpresst. Um den Einfluss der Belastbarkeit auf die Zusammensetzung zu untersuchen, wurde die Gestalt der Metalleinleger variiert. Getestet wurden Scheiben-, Lochblech-, Gitter- und Wurzelinserts. Beim Lochblechinsert handelt es sich um ein gekauftes Standardteil, das als Referenz in den Vergleich einbezogen wurde.

Zur Herstellung der Proben kam das RTM-Verfahren (Resin Transfer Molding) zur Anwendung. Als textile Halbzeuge wurden Kohlenstofffasergewebe verarbeitet.

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