Intrinsische, form- und stoffschlüssige Fügetechnik von Metallen mit Faserverbundkunststoffen
Jens Roland Schoene
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK), insbesondere Kohlenstofffaserverstärkte, gelten als wichtiger Ansatz im Werkstoffbereich für den aktuellen und zukünftigen Leichtbau. Das Fügen von FVK mit artfremden, insbesondere metallischen Werkstoffen, nimmt in diesem Zusammenhang eine Schlüsselrolle ein.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde Verbindungstechnik für Metalle und FVK entwickelt, welche auf einem „intrinsischen“ Fügeprozess basiert. Dieser Begriff umschreibt, dass die Verbindung bereits innerhalb des Herstellungsprozesses entsteht. In diesem Zusammenhang wurde einerseits ein Prozess und die Oberflächenvorbehandlung für eine Edelstahl – Oberfläche entwickelt, der auf Basis des herkömmlichen Matrixharzes des FVK eine strukturell tragfähige Klebverbindung ermöglicht. Andererseits wurde ein neuartiger Schweißprozess genutzt, der aus dem Schweißdraht kleinskalige, dübelartige Strukturen als formschlüssige Elemente auf der Metalloberfläche erzeugt.
Durch die Kombination der beiden Verbundmechanismen Stoffschluss und Formschluss in einer intrinsischen Fügetechnik wurden eine Reihe von Vorteilen verwirklicht. Es konnte durch das Matrixharz des FVK eine strukturell leistungsfähige Klebverbindung mit flächiger, homogener Krafteinleitung ohne einen separaten Klebprozess erreicht werden. Die maximale Gesamttragfähigkeit der Verbindung wurde aufgrund der Überlagerung eines Formschlusses erhöht. Durch den zweiten Lastpfad und das Materialverhalten der metallischen Pins konnte ein Fail-Safe-Verhalten verwirklicht werden.
Zusammenfassend kann der hier beschriebene Verbindungstyp als leistungsfähige Fügetechnik für Neukonstruktionen aus FVK und Metallen klassifiziert werden. Sie bietet das Potential, die Vorteile der Klebtechnik und des mechanischen Fügens zu vereinen.
