Anbindung intrinsisch gefertigter FVK/Metall Verbunde an metallische Strukturelemente mittels Widerstandspunktschweißen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jürgen Fleischer
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418238897

Im Zuge der stetig wachsenden Anforderungen aus dem Umwelt- und Klimaschutz an den Transportsektor erlangt der Leichtbau bei der Entwicklung zukünftiger Fahrzeuge zunehmend an Bedeutung. Das größte Leichtbaupotential bietet häufig die Mischbauweise, bei welcher metallische Komponenten mit faserverstärkten Kunststoffbauteilen kombiniert werden. Der hierbei entstehende Materialmix stellt dabei besondere Ansprüche an die Fügetechnik.Beim Fügen konventioneller Stahl/Stahl Verbindungen kommen im Karosseriebau meist adhäsive Verfahren, bauteildurchdringende Zusatzelemente, wie etwa Schrauben und Nieten, zum Einsatz oder es wird die Aufschmelzbarkeit der Werkstoffe beim Schweißen genutzt. Dabei gilt das Widerstandspunktschweißen aufgrund des hohen Automatisierungsgrads und erreichbaren Taktzeiten nach wie vor als das bevorzugte und bedeutsamste Fügeverfahren im Karosseriebau. Faserverstärkte Kunststoffe mit duroplastischer Matrix lassen sich jedoch einerseits nicht aufschmelzen, andererseits zerstört ein nachträglich eingebrachtes Zusatzelement die Faserarchitektur des Bauteils und setzt dadurch die Festigkeit des Gesamtverbunds herab.Ein vielversprechender Ansatz das Widerstandspunktschweißverfahren auch für FVK/Metall Verbindungen zugänglich zu machen besteht in der intrinsischen Einbringung schweißbarer Krafteinleitungselemente in den Faserverbund. Diese sogenannten Inserts lassen sich im Gegensatz zu nachträglich eingebrachten Zusatzelementen ohne eine Schädigung der Fasern integrieren, wodurch das volle Leichtbaupotential der Faserstruktur ausgenutzt werden kann.Um den Ansatz schweißbarer Inserts umsetzen zu können sollen in diesem Vorhaben grundlegende Wirkzusammenhänge aus der Herstellung der Verbundbauteile und dem dabei einhergehenden Faserverlauf sowie dem nachfolgenden Schweißprozess untersucht werden. Mit Hilfe von Simulationsmodellen und durch eine Systematisierung der Prozess- & Bauteilauslegung soll eine Methode erarbeitet werden, welche eine Gestaltung des Fügebereichs unter Berücksichtigung des Wärmeeintrags beim Widerstandspunktschweißen ermöglicht. Die geplanten Untersuchungen sollen einen wesentlichen Beitrag zum Prozessverständnis der Herstellung und individuellen Gestaltung anschweißbarer FVK/Metall Verbunde leisten und gute mechanische Eigenschaften der Fügestelle sowie eine hohe Reproduzierbarkeit ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen