Hochfest und schnell: Verbindungen aus Chemnitz

Im Automobil- und im Apparatebau können sie eingesetzt werden: Neue Verbindungen für Faserkunststoffverbunde und Metalle – sie machen die Produkte leichter.

„Bisher hat sich hier der Leichtbau noch nicht so richtig durchgesetzt, unter anderem weil noch überzeugende Fügeverfahren gefehlt haben“, erklärt Holger Seidlitz, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur Strukturleichtbau und Kunststoffverarbeitung (SLK) der TU Chemnitz. Forscher der Professur haben ein Thermomechanisches Ausformfügeverfahren (TAF) für Hybridbauteile entwickelt und zur Patentanmeldung eingereicht. Mit dem Verfahren lassen sich hochfeste Verbindungen von Faserkunststoffverbunden und Metallen in kurzer Zeit herstellen.

„Anders als bei bisher üblichen Techniken wird kein zusätzliches Fügeelement benötigt“, betont Prof. Dr. Lothar Kroll, Leiter der Professur SLK. Stattdessen werde mit Hilfe eines rotierenden Dornes eine Hülse aus dem metallischen Grundwerkstoff ausgeformt, durch das Bauteil aus Faserkunststoffverbund geschoben und anschließend umgeformt. Durch die Reibung entstehende Wärme wird zur Umorientierung der im Kunststoff angeordneten Endlosfasern genutzt, sodass sie die Hülse quasi wie beim Astloch umlaufen. Dadurch wird die Zahl der tragenden Fasern – anders als bei klassischen Verbindungen mit vorgebohrten Faserverbundbauteilen – nicht verringert. Zusätzlich wird die Verbindungsstelle im Faserkunststoffverbund aufgedickt. „Dadurch steigt die Festigkeit der Verbindung drastisch an“, sagt Seidlitz.

Das Projekt wurde von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AiF) gefördert. Die Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse auf der Sächsischen Industrie- und Technologiemesse

(SIT) in Chemnitz: Vom 23. bis zum 25. Juni 2010 stellen sie sich am Stand der TISORA Sondermaschinenbau GmbH vor (Stand C21).

Hier kommt Spannung in die Fasern

Außerdem präsentieren ebenfalls vom 23. bis zum 25. Juni 2010 auf der Chemnitzer Fachmesse & Symposium für Leichtbau im Maschinen- und Anlagenbau (LiMA) weitere Wissenschaftler der Professur SLK gemeinsam mit dem An-Institut Cetex Ergebnisse aus anwendungsorientierter Forschung (Stand H11).

Die TU-Wissenschaftler zeigen ein Handlingsystem mit einem flexibel einsetzbaren Greifer zum Einsetzen von Textilien in Spritzgießmaschinen.

Die Halbzeuge müssen in der Maschine fixiert werden, damit sie beim Einspritzen des Kunststoffes, den sie verstärken, nicht verrutschen. „Um eine exakte Orientierung der Verstärkungsfasern zu gewährleisten, wird der textile Einleger in zwei unterschiedliche Richtungen vorgespannt“, erklärt Mirko Spieler, Wissenschaftlicher Mitarbeiter der Professur SLK. Durch eine Interaktion von Handlingsystem und Maschine geht die notwendige Vorspannung des Textils beim Einsetzen nicht verloren.

Das Cetex Institut stellt ferner Verbesserungen der Carbonfaserverarbeitung vor. Immer mehr kohlefaserverstärkte Kunststoffe kommen in der Industrie zum Einsatz, was automatisierte Fertigungslösungen erfordert. Ein vom An- Institut Cetex entwickeltes Verfahren ermöglicht die Herstellung eines gewickelten Bandes aus unidirektional ausgerichteten trockenen Carbonbändchen. Auf einer Prototypanlage wurden bereits Carbonausgangsmaterialien von mehreren Herstellern in verschiedenen Breiten und Flächengewichten hergestellt. „Die Qualität der erzeugten Wickel wird als sehr gut eingeschätzt. Daraus wurden mit unterschiedlichen Fertigungsverfahren Halbzeuge für thermoplastische und duroplastische Faserverbundbauteile hergestellt. Potenzielle Anwender aus der Automobilindustrie zeigen bereits großes Interesse an der Entwicklung“, berichtet Hans-Jürgen Heinrich, Geschäftsführender Direktor des Cetex Instituts. Hauptanwendungsgebiete sind der Schiff-, Flugzeug- und Automobilbau, Druckgasbehälter, der Hoch- und Tiefbau, Maschinenbau- und Sportanwendungen sowie Windkraftanlagen.

Kontakt:
Professur SLK:
Dr. Frank Helbig, Telefon 0371 531-36681, E-Mail frank.helbig@mb.tu- chemnitz.de, Mirko Spieler, Telefon 0371 531-36768, E-Mail mirko.spieler@mb.tu- chemnitz.de, Holger Seidlitz, Telefon 0371 531-35551, E-Mail holger.seidlitz@mb.tu- chemnitz.de, Cetex Institut:

Katrin Luther, Telefon 0371 5277-280, E-Mail luther@cetex.de