HyBe in der Welt der FKV

Faserverstärkte Thermoplaste (TP-FKV) zeichnen sich neben der schnellen Verarbeitbarkeit und ihrem geringeren Gewicht auch durch eine gute Rezyklierbarkeit aus und sind somit eine wichtige Alternative zu duroplastischen FKV. Diese Eigenschaften qualifizieren sie für eine große Anzahl von Leichtbauanwendungen, unter anderem in der Automobilindustrie. Eine Möglichkeit, die Eigenschaften von TP-FKV-Bauteilen anwendungstechnisch zu optimieren, ist die Kombination mit Metallen. So können metallische Krafteinleitungselemente durch den Einsatz von geeigneten Hybridfügeverfahren beispielsweise bei TP-FKV-Bauteilen Anwendung finden (Abbildung 1). Insbesondere Hybridverbindungen, die eine homogene Krafteinleitung erlauben, führen übergeordnet zu einer höheren Gesamtstfestigkeit des Bauteils, wodurch infolge von Synergieeffekten wiederum das Gesamtgewicht reduziert werden kann.

HyBe- ist ein aktuelles Forschungsprojekt, das sich der Entwicklung eines vollautomatischen Fügeverfahrens zur schnellen und qualitätsgesicherten Verbindung von metallischen Befestigungselementen an TP-FKV-Bauteile widmet. Ziel des Projektes ist eine „Enabling“-Technologie, die ein automatisiertes, digitalisiertes und energieeffizientes induktives Hybridfügen ermöglicht. Durch eine drastische Verkürzung der Taktzeit, Verwendung von Finite-Elemente-Methoden zur Optimierung des Energieeintrags (Abbildung 2), In-Line-Qualitätssicherung, redundante Prozessregelung und digitale Prozesskettenabbildung soll das Verfahren als Prototyp bis zur Industriereife geführt werden. Als Krafteinleitungselemente kommen Schraubverbinder mit einer runden Anbindungsfläche zum Einsatz. Die rotationssymmetrische Geometrie eignet sich insbesondere für die induktive Erwärmung, wodurch Aufheizzeiten von weniger als 5 Sekunden erreicht werden. Nach dem Aufnehmen der Befestigungselemente durch den End-Effektor (Abbildung 3), der auch an einen Roboter montiert werden kann, werden diese zielgerichtet zur Fügestelle am TP-FKV-Bauteil transportiert und gefügt. Durch die Verwendung von eigens für das Projekt entwickelten Haftvermittlern auf der Fügefläche der Befestigungselemente können auch bei schwierig zu klebenden Matrixpolymeren wie Polypropylen hohe Verbindungsfestigkeiten erzielt werden. Diese liegen bei einer Hybridverbindung aus glasfaserverstärktem Polypropylen mit Stahl bei ca. 14 MPa (DIN1465) und übertreffen damit die Festigkeiten gängiger TP-FKV/Metall-Verbindungen. Darüber hinaus zeichnen sich die mit Haftvermittler beschichteten Befestigungselemente durch ihre unkomplizierte Verarbeitung und Lagerung, z. B. in Form von Schüttgut, aus. Im Projekt werden aufgrund der industriellen Relevanz auch Hybridverbindungen mit faserverstärktem ABS untersucht und optimiert.

Neben der Prozessentwicklung spielt im HyBe-Projekt die Charakterisierung der Hybridverbindungen anhand von Werkstoffbeispielen und Studien zur Langzeitbeständigkeit eine wichtige Rolle.

Im weiteren Projektverlauf werden die Prozesszeit, der Energieeintrag und die Haftvermittler der Befestigungselemente optimiert. Dank der engen Zusammenarbeit der drei Industriepartner mit dem Leibniz-Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) entsteht ein neuartiges Hybridfügeverfahren, welches branchenübergreifend Anwendung finden kann.

Kontakt:

Dipl.-Ing. Stefan Weidmann
Wiss. Mitarbeiter Press- & Fügetechnologien
E-Mail: stefan.weidmann@ivw.uni-kl.de
Telefon: +49 631 2017 383