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Thursday, September 17, 2015, Saal Kopenhagen 5:00 PM Fügen von faserverstärkten Kunststoffen IV |
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Smart Multi Material Joint - Stoffschluss und Formschluss in Balance |
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Jens Lotte* / Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen, Deutschland Uwe Reisgen / Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen, Deutschland Alexander Schiebahn/ Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik, RWTH Aachen, Deutschland |
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Die Verwendung von faserverstärktem Kunststoff (FVK) bietet insbesondere in Bezug auf den Leichtbau hohes Potential, welcher in einer Vielzahl von Industrien zunehmend an Bedeutung gewinnt. FVK-Strukturen werden häufig durch metallische Anschlüsse mit dem Gesamtsystem verbunden. Die Verbindung von FVK und Metall ist seit mehreren Jahren Gegenstand zahlreicher Untersuchungen. Ein neuer fügetechnischer Ansatz basiert auf einem innovativen, modifizierten Lichtbogen-Schweißprozess, der metallische Pinstrukturen in einem Arbeitsgang formt und auf der Oberfläche aufschweißt. Die wenige Millimeter hohen Pins lassen sich mit kugelförmigen, zylindrischem oder spitzem Ende formen und ohne zusätzliche vorgefertigte Komponenten direkt aus dem Schweißdraht erzeugen. Sie können so als formschlüssige Elemente für FVK-Strukturen genutzt werden. Der hier beschriebene Ansatz verwendet auf der einen Seite das Matrixharz für den adhäsiven Verbund. Auf der anderen Seite werden angreifende Kräfte durch die metallischen Pinstrukturen formschlüssig in tiefer liegende Laminatschichten eingeleitet. Weiterhin wird durch den Formschluss ein duktiles Nachbruchverhalten erzeugt. Die sich ergebene Versagenscharakteristik ermöglicht die Überwachung der Fügestelle durch einen integrierten Sensor, wodurch vor dem endgültigen Versagen der Anschlussstelle Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden können. Ergebnisse aus Untersuchungen von Zugscherproben, welche in Anlehnung an die DIN EN 1465 zur Bestimmung der Zugscherfestigkeit von Überlappungsklebungen durchgeführt wurden, zeigen mehrstufiges Versagen durch den Einsatz von Pin-Strukturen. Durch eine Kombination mechanischer und chemischer Oberflächenbehandlungen kann ein oberflächennaher Kohäsivbruch mit einer durchschnittlichen Verbundfestigkeit von 33 MPa erreicht werden. Wird die Bruchenergie erhöht, so muss der Pin-Durchmesser bzw. die Pin-Anzahl erhöht werden, um ein sprödes Abscheren der Pins zu vermeiden. Ein mehrstufiges Versagen kann nur sichergestellt werden, wenn Form- und Stoffschluss für die jeweilige Fügestelle aufeinander abgestimmt sind. Im Rahmen des Forschungsvorhabens wird ein Leitfaden zur Erstellung solcher Hybridverbunde entwickelt. |