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J.O.C.A. – stoffschlüssige Metall-Hybrid-Verbindungen mit hoher Stabilität und einfacher Prozessintegration


Kurzfassung

Das am Institut für Umformtechnik an der Universität Stuttgart entwickelte Fügeverfahren „J.O.C.A.“ (Joining of Carbon and Aluminium Structures) ermöglicht nun eine direkte stoffschlüssige Verbindung von faserverstärkten Verbundmaterialien mit dünnen metallischen Bauteilen und kommt ohne zusätzliche Verbindungselemente oder Hilfsstoffe aus. Das Verfahren eignet sich insbesondere für die Verarbeitung von Carbon-faser-Blech-Verbunden sowie für flexible Produktionslinien und kommt mit etablierter Fügetechnik aus.


Hintergrund

Leichtbaustrukturen bestehen häufig aus Metall-Hybrid-Verbunden, d.h. aus einer Kombination hochfester Metalle und Leichtbauwerkstoffen. Dabei ist zumeist die Fügeverbindung die Schwachstelle.


Bilder & Videos


Problemstellung

Herkömmliche Fügetechnologien eignen sich bei Faserverbundwerkstoffen nur bedingt, da diese – speziell im Bereich lasttragender Fasern – sehr empfindlich auf die Einbringung lokaler Spannungsspitzen reagieren. Das weit verbreitete Kleben ist nicht nur aufgrund langer Trocknungszeiten unpraktisch; der Alterungsprozesse des Klebefilms wirkt sich auch auf die Bauteilfestigkeit aus. Bisher sind verfügbare Fügetechnologien als form- oder kraftschlüssig einzuordnen – mit den damit verbundenen Nachteilen.


Lösung

Die Erfindung J.O.C.A. ermöglicht eine direkte stoffschlüssige Verbindung von faserverstärkten Verbunden mit dünnen metallischen Bauteilen und kommt ohne zusätzliche Elemente oder Hilfsstoffe aus. Die aufeinander geschichteten Lagen werden punktuell auf die semi-solid-Temperatur des Metalls erwärmt, wobei sich lokal fließendes Metall um die Fasern legt. Ein Verpressen der Teile sorgt für zusätzliche Stabilität. So können bspw. ein- oder mehrlagige Verbundbauteile  zwischen zwei metallische Bleche gelegt und mittels zwei von außen angreifenden Elektroden gefügt werden. Da eine Erwärmung knapp oberhalb der Soliduslinie bereits für eine gute Infiltration der Fasern ausreicht, kommt das Verfahren mit moderatem Energieaufwand und ohne aufwändige Vorbehandlung aus. Lediglich einige Fasern müssen zuvor frei liegen.
Diese innovative Fügeverbindung erreicht Verbindungskräfte, die denen der einzelnen Fügepartner entsprechen und eignet sich insbesondere zur Verarbeitung von Carbonfaser-Blech-Verbunden. So können flexible Produktionslinien mittels bereits vorhandener Technik aufgebaut werden.


Vorteile

  • Stoffschlüssige Hybrid-Verbindung ohne Kleben
  • Energieeffizientes Fügeverfahren
  • Einsatz herkömmlicher Schweißtechnik
  • Lokale Fügestellen ohne Zusätze wie Flussmittel
  • Unterstützt hohe Flexibilität in der Produktion
  • Hohe Produktivität durch kurze Taktzeiten

Anwendungsbereiche

Das am Institut für Umformtechnik an der Universität Stuttgart entwickelte Fügeverfahren „J.O.C.A.“ (Joining of Carbon and Aluminium Structures) ermöglicht eine stoffschlüssige Verbindung zwischen unterschiedlichen Materialien schafft damit ganz neue Konstruktionsmöglichkeiten.


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.-Ing. Florian Schwabe
+ 49 721 790 040
fschwabe@tlb.de
www.tlb.de
Adresse
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe



Entwicklungsstand

Funktionsnachweis


Patentsituation

  • DE anhängig
  • EP anhängig

Stichworte

Thixofügen, stoffschlüssiges Fügen, MMC-Werkstoffverbunde, Hybrid-Bauteile, Faserverstärkter Kunststoff, leichtbauweise, CFK-Verbund

Kontakt | Geschäftsstelle

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

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