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Einbringung struktureller Verklebungen im Preformingprozess bei Faserverbundbauteilen

Kurzfassung

Bei der Herstellung von Faserverbundbauteilen werden während des Preformingprozesses häufig Einlegeteile wie z. B. metallische Inserts, Flansche oder andere, meist metallische Komponenten in das Fasermaterial eingefügt (Hybridbauteile).
Diese Einfügungen haften nur über etwaige mechanische Hinterschnitte und die Verbindung Harz/Metall, welche nicht besonders belastbar ist. An der Universität Stuttgart wurde nun ein Verfahren entwickelt, metallische Komponenten wie Inserts vor der Harzeinbringung lokal mit Strukturkleber zu versehen. Dabei entsteht eine verbesserte strukturelle, kraftübertragende Verbindung, insbesondere bei sich im Material unterscheidenden Fügepartnern. Die Technologie 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.

Hintergrund

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

Problemstellung

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.

Lösung

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.

Vorteile

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

Anwendungsbereiche

Strukturelle Verklebungen bei Faserverbundbauteilen / Hybridbauteilen

Exposé
Kontakt
Dr. Dirk Windisch
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
windisch(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Konzept / TRL2
Patentsituation
DE 102014111176 B4 erteilt
Referenznummer
14/014TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.