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Verfahren zur Einbringung von Pins zur translaminaren Verstärkung von duroplastischen und thermoplastischen Kunststoffen mit und ohne Faserverstärkung


Kurzfassung

Aufgabe der Erfindung ist eine ausreichend wirtschaftliche, extrem flexible sowie ein in der Anschaffung als auch im Einsatz kostengünstige Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Einbringung von Pins in duroplastische und thermoplastische Kunststoffe mit und ohne Faserverstärkung zu ermöglichen.


Hintergrund

Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) besitzen sehr gute mechanische Eigenschaften in der Laminatebene. Ein anderes Bild zeigt sich, wenn eine Struktur aus FKV senkrecht zur Laminatebene belastet wird. Vor allem stoß- oder impactartige Belastungen führen häufig zu Einschränkungen in Bezug auf die Resttragfähigkeit. Eine effektive Methode um impactgefährdete FKV-Strukturen zu verstärken ist das z-Pinning. Z-Pins sind nadelförmige, zumeist runde Stäbe mit geringen Durchmessern, welche in Bauteildickenrichtung in den Werkstoff eingebracht werden.


Problemstellung

Viele Methoden zum Einbringen von z-Pins können nur im Labormaßstab genutzt werden und sind für individuelle Anwendungen und Serienproduktionen nur bedingt geeignet. Die Erfindung beabsichtigt das Verfahren der ultraschallgestützten Pin-Einbringung wirtschaftlicher zu gestalten und so die Serientauglichkeit des z-Pinning-Verfahrens zu erhöhen.


Lösung

Die Einbringung von z-Pins erfolgt durch eine hochfrequente Ultraschallanregung. Diese führt im Werkstoff zu einer lokalen Erwärmung des Matrixwerkstoffes an den Kontaktflächen zwischen Pin und Bauteil. Durch die gleichzeitig ausgeführte translatorische Bewegung des Werkzeugs werden die Pins in den Werkstoff getrieben. Im Gegensatz zu vielen anderen Einbringverfahren arbeitet die Erfindung mit ausschließlich wiederverwendbaren Werk-zeugen sowie mit z-Pins, deren Länge auf die Dicke des zu verpinnenden Bauteils angepasst ist. Erstmals wird damit ein einstufiger z-Pinning-Prozess realisiert, der am Bauteil ohne jede Nachbearbeitung auskommt.  Durch Austausch der Magazine, in denen sich die z-Pins vor ihrer Einbringung befinden, können unterschied-liche Verpinnmuster und Pindichten realisiert werden. Darüber hinaus kann die gewünschte Eindringtiefe der z-Pins flexibel und reproduzierbar dem jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden. Je nach Einsatzzweck kann ein stationäres, handgeführtes oder mobiles System genutzt werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist der mögliche Einsatz in duro-plastischen und thermoplastischen FKV.


Vorteile

·   Erstmalig ausreichend wirtschaftlicher, extrem flexibler Prozess zur Einbringung von Pins in duroplas-tischen und thermoplastischen FKV

·   Serientauglichkeit

·   Z-Pinning ohne Nachbearbeitung

·   Möglichkeit das Arbeitsgerät manuell oder automatisiert anzuwenden

·   Schaffung von FKV-Fügeverbin-dungen durch z-Pinning (Organobl.)


Anwendungsbereiche


·  Leichtbau


·  Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV)

·  Luft- und Raumfahrt (vor allem im Militärbereich)


·  Fahrzeugbau (z. B. in Crashzonenbereichen)

 


Service

·  Verkauf

·  Lizenzierung

·  Entwicklungskooperation


PVA Mecklenburg-Vorpommern AG

Christian Tholen
+49 381 497474-38
c.tholen@pva-mv.de
www.pva-mv.de
Adresse
Gerhart-Hauptmann-Straße 23
18055 Rostock



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE DE 10 2016 122 563.0 anhängig

Stichworte

z-Pinning, z-Pins, FKV, Faser-Kunststoff-Verbindung, Leichtbau, Pin-Einbringung

Kontakt | Geschäftsstelle

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

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