Verbindungstechnik Laser zur Vorbehandlung beim Kleben von CFK

Für das Kleben von CFK-Bauteilen bietet sich der Laser als Werkzeug zur Oberflächenvorbehandlung an. Das zeigen Zugscherversuche mit einem CFK-Werkstoff. Bei geeigneten Vorbehandlungsparametern sind die Ergebnisse besser als bei unbehandelten und konventionell geschliffenen Proben.

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Konstruktionsbasis für energiesparende Flugzeuge sind Großkomponenten mit hoher Festigkeit und niedrigem spezifischen Gewicht. Neben Titan und Aluminium entwickelt sich daher CFK zu einem der wichtigsten Konstruktionswerkstoffe in der Luftfahrttechnik. Wurde dieser Faserverbundkunststoff in der Vergangenheit nur in Teilbereichen des Flugzeugs verwendet, ist CFK bei jüngsten Modellen wie Boing Dreamliner 787 und Airbus A350 XWB fester Bestandteil der Planung oder bereits mit großflächigen Strukturteilen verbaut.

Reparaturverfahren für CFK-Bauteile gefordert

Damit diese Entwicklung nachhaltig ist, müssen Reparaturverfahren für CFK-Bauteile entwickelt werden. Ansätze dazu bietet das Kleben. In diesem Zusammenhang ist eine sichere Vorbehandlung der Bauteiloberflächen erforderlich, um reproduzierbare Verbindungen mit hoher Festigkeit zu erzielen. Im Rahmen des Verbundprojekts Molab untersuchen die Clean-Lasersysteme GmbH, Herzogenrath, und das Institut für Füge- und Schweißtechnik (IFS), Braunschweig, die Möglichkeiten des Lasers zur Vorbehandlung von CFK-Bauteilen für Klebeprozesse.

Dazu werden anlagentechnische Entwicklungen und Anpassungen vorgenommen. Ziel ist es, der Laserstrahlvorbehandlung den Zugang zur Luftfahrtindustrie zu ermöglichen: in der Fertigung und im Serviceumfeld.

Verschiedene CFK-Werkstoffe auf Eignung untersucht

In der bisherigen Phase der Zusammenarbeit wurden unterschiedliche CFK-Werkstoffe hinsichtlich der Eignung geprüft. Das Projekt Molab ist Teil des vom AiF betreuten „Zentralen Innovationsprogramms Mittelstand (ZIM)“. In Vorversuchen wurde unter anderem ein unidirektionaler CFK-Werkstoff mit einem bei 120 °C härtenden Harzsystem (Hexply 913, Hersteller Hexcel) getestet.

Zum Kleben kam ein bei 120 °C härtender Filmklebstoff (AF 163; Hersteller 3M) zur Anwendung. Für die Vorbehandlung steuerte die Clean-Lasersysteme GmbH das System CL 20 bei, das über eine sehr kompakte Bauform sowie eine niedrige Leistungsaufnahme verfügt.

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