Einbringung struktureller Verklebungen im Preformingprozess bei Faserverbundbauteilen

Die normalerweise unzureichende Tragfähigkeit von Metalleinlagen in Faserverbundbauteilen wird durch das Aufbringen eines Strukturklebstoffs auf die Einlage deutlich verbessert. Die Einlage wird dann während des Aushärtens mit dem Fasermaterial verklebt, was die Einlage perfekt an ihrem Platz hält. Das Verfahren ermöglicht es, Metalleinlagen und Faserverbundwerkstoffe zu kombinieren, um eine tragende Verbindung zu schaffen.

Die Einleitung von Lasten in Faserverbundbauteile erfolgt in vielen Fällen über eine Verschraubung bzw. Verschweißung mit (metallischen) Nachbarbauteilen.
Hierzu müssen in die FVK-Bauteile geeignete Gewinde, Fügestellen oder Einleger eingebracht werden, über welche dann die Einleitung der Lasten in das Verbundbauteil erfolgt. Das erfordert eine lastoptimierte Anbindung der Einleger an das Laminat.

Die Verwendung von strukturellen Klebstoffen zur belast­bareren Verbindung von Faserverbundstoffen und Inserts ist oft nicht möglich, da die Fügepartner hier Hinter­schnitte aufweisen und damit geometrisch nicht fügbar sind. Ein Klebstoff zur lokalen Fixierung des Inserts kann nach dem Aushärten des Harzes demzufolge nicht mehr eingebracht werden, weshalb oft auf eine Hinterschnittigkeit verzichtet wird, auch wenn diese mechanisch vorteilhaft wäre.
Die derzeit verwendeten Lösungen mittels integrierten metallischen Inserts können zudem bei Kontakt zu CFK-Laminaten zu Kontaktkorrosion und zu Spannungsspitzen an der Schnittstelle Kunststoff/ Metall führen.
Wünschenswert wäre demnach, die Schwachstelle der Anbindung zwischen Faserverbundwerkstoff und Füge­partner beim Fügen unterschiedlicher Partner ohne sons­tige Nachteile kompensieren zu können. Falls eine nach­trägliche Anbindung des Fügepartners, wie bspw. eines Metallflansches, möglich ist, muss diese in einem sepa­raten Schritt erfolgen, der eine genaue Einhaltung der Klebespalttoleranz erfordert.

An der Universität Stuttgart wurde nun ein Verfahren ent­wickelt, metallische Komponenten wie Inserts vor der Harzeinbringung lokal mit Strukturkleber zu versehen.
Der Kleber wird während des Aushärtens der Matrix­kom­ponente oder wahlweise erst danach aktiviert und verbin­det dann das Einlegeteil adhäsiv mit dem Fasermaterial. So entsteht eine verbesserte strukturelle, kraftübertra­gende Verbindung insbesondere bei sich im Material unterscheidenden Fügepartnern. Das Einlegeteil kann beispielsweise nicht nur aus Metall, sondern auch aus Keramik oder thermoplastischen sowie duroplas­tischen Kunststoffen bestehen.
Die Erfindung ermöglicht auch die adhäsive Fixierung von Einlegeteilen, die einen Hinterschnitt gegenüber der aus­gehärteten Faserkomponente aufweisen. Somit sind nun strukturelle Verklebungen bei bisher nicht klebbaren Fügeproblematiken möglich.

• Strukturelle Verklebungen bei geometrisch nicht fügbaren FVK-Bauteilen
• Verbesserte kraftübertragende Verbindung zwischen FVK-Bauteil und Einlegeteil
• Verbesserte Fatigue-Eigenschaften der Anbindung der Inserts an den FVK
• Einlegeteil neben Verklebung zusätzlich formschlüssig in Faserkomponente integrierbar, dadurch verbesserte Lasteinleitung möglich
• One-Shot-Fertigung von Hybridbauteilen

Strukturelle Verklebungen bei Faserverbundbauteilen bzw. Hybridbauteilen