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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

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.
Die Er­findung ermöglicht nun eine last- und fertigungsop­timale Verbindung von Faserverbundwerkstoffen und Einlege­­teilen insbesondere sich unterscheidender Materialart.


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.
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 bisher nicht klebbaren Fügeproblematiken
  • Verwendung herkömmlicher Kleber, kein Spezialkleber erforderlich
  • Verbesserte kraftübertragende Verbindung zwischen Faserkomponente und Einlegeteil
  • Qualitativ bessere Verklebungen mit homogener Dickenverteilung
  • Stabile Verklebung auch bei Einlegeteilen mit höherer Temperaturresistenz, höherer mechanischer Festigkeit u. dgl. gegenüber der Faserkomponente
  • Einlegeteil neben Verklebung zusätzlich formschlüssig in Faserkomponente integrierbar
  • One-Shot-Fertigungvon Hybridbauteilen
  • Funktionalisierte Oberfläche durch Integration anschweißbarer, metallischer oder thermoplastischer Elemente

Anwendungsbereiche

Strukturelle Verklebungen bei Faserverbundbauteilen / Hybridbauteilen


Service

Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.


Technologie-Lizenz-Büro (TLB) der Baden-Württembergischen Hochschulen GmbH

Dr. Frank Schlotter
+ 49 721 790 040
fschlotter@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Machbarkeit


Patentsituation

  • DE 102014111176 erteilt

Stichworte

Preforming, Insert, Faserverbund, Hybridbauteile, Verklebungen, Einlegeteil, Fügetechnik, Halbzeug

Kontakt | Geschäftsstelle

TransferAllianz e. V.
Christiane Bach-Kaienburg
(Geschäftsstellenleiterin)

c/o PROvendis GmbH
Schloßstr. 11-15
D-45468 Mülheim an der Ruhr