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Friday, September 18, 2020, Virtueller Raum 1 3:15 PM Leichtbau - Qualitätssicherung |
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Auswirkungen von thermisch bedingten Eigenspannungen auf die Verbindungsfestigkeit von pressgefügten Hybridstrukturen |
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Alessandra Kummerow* / Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Deutschland Klaus Dilger / Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Deutschland Sven Hartwig/ Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Deutschland |
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Die betrachteten Hybridstrukturen bestehen aus einer Kombination von Metallen und faserverstärkten Kunststoffen, wobei die Vorteile beider Werkstoffgruppen vereint werden, um das Leichtbaupotenzial optimal auszuschöpfen. Bei der Herstellung solcher Strukturen bietet das wärmeunterstützte Pressfügen einen zukunftsträchtigen Fügeansatz, da hierbei die thermoplastische Matrix des Faserverbundwerkstoffes durch die Erwärmung über die Schmelztemperatur an die Metallstruktur gefügt wird, so dass eine Art Schmelzklebung mit dem metallischen Fügepartner entsteht. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen in geringen Prozesszeiten, einer verkürzten Prozesskette sowie der Lösbarkeit der Verbindung. Ähnlich, wie auch bei anderen Fügeverfahren erweist sich die Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Faserverbundkunststoffs (FVK) und des Metalls als wesentliche Herausforderung. Diese Differenz (auch ±-Problematik) führt bei Wärmezufuhr zu unterschiedlichen Längenausdehnungen der beiden Fügepartner, wodurch es zur Ausbildung von inneren Spannungen bzw. zu einem Verzug des hybriden Bauteils kommen kann. Die aufgebauten Spannungen lassen sich dabei an zwei Stellen beobachten. Einerseits entstehen Eigenspannungen innerhalb der jeweiligen Fügepartner. Andererseits entstehen Spannungen in der Grenzfläche zwischen Metall und FVK. Insbesondere die Spannungen in der Grenzfläche sind für die Fügetechnik von besonderem Interesse, da es sich dabei um einen überlagerten Spannungszustand aus den individuellen thermisch bedingten Dehnungen der Fügepartner handelt. Die Messmethoden für Eigenspannungen in den Grundmaterialien sind hinreichend bekannt, wohingegen die Ermittlung von Spannungen in hybriden Strukturen bislang noch nicht ausreichend erforscht wurde. Deshalb müssen neben den gängigen Messmethoden für Metalle und Kunststoffe alternative Messmethoden herangezogen werden. In diesem Beitrag liegt der Fokus auf der Anwendung von faseroptischen Sensoren (FOS) zur Spannungsmessung. Die Validierung der FOS und die Machbarkeitsanalyse dieser Messmethode für Hybridverbindungen sind dabei der Hauptbestandteil der vorgestellten Untersuchungen. Neben der Entwicklung einer Messmethode für die entstehenden Dehnungen und Spannungen wird zusätzlich der Einfluss der Material- Geometrie- und Prozessparameter auf die Verformungen und Eigenspannungen untersucht, sowie die Veränderungen durch nachgeschaltete Einflüsse, wie z.B. auftretende Betriebslasten oder die KTL. |