FOR 1224:  Bauweisen für CFK-Aluminium-Übergangsstrukturen im Leichtbau

• Fachliche Zuordnung: Materialwissenschaft und Werkstofftechnik ; Geisteswissenschaften ; Maschinenbau und Produktionstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 101721741

In Leichtbaustrukturen finden zunehmend Kombinationen von Verbundwerkstoffen und leichten Metalllegierungen Verwendung, um die Bauteileigenschaften an die lokalen Anforderungen anzupassen. Zur gewichts- und prozessoptimierten Realisierung sind neue Arten der Verbindung notwendig. Ziel der Forschergruppe ist, integrale Übergangsstrukturen zwischen Aluminium und CFK (kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) zu entwickeln, die zu einer Reduzierung von Gewicht, Bauraum und der Fertigungsschritte sowie zu Vorteilen der optimierten Krafteinleitung führen.
Die Forschergruppe nahm im Sommer 2010 ihre Arbeit auf. Drei der fünf Partner entwickeln neuartige Verbindungsarten unter Nutzung ihrer wissenschaftlichen Kernkompetenz und stellen diese her. Dabei kommen textiltechnische, schweißtechnische und gießtechnische Verfahren zum Einsatz. Die weiteren Partner unterstützen die Entwicklung in Form von experimentellen und numerischen Untersuchungen für die Validierung und Weiterentwicklung der Lösungen.
Alle Partner stellten umfangreiche Recherchen in ihren Disziplinen an und starteten Vorversuche zur Überprüfung der Machbarkeit aller Konzepte. Anhand eines Konzeptes wurden erste Untersuchungen zu den Fertigungsprozessen, zur FE-Modellierung und zum Bruchverhalten entkoppelter Verbindungszonen in der CFK-Aluminium-Übergangsstruktur unter statischer Last durchgeführt. Hier wird die Übergangsstruktur durch Titandrahtschlaufen realisiert. Dabei werden die Drahtschlaufen an das CFK textiltechnisch und an das Aluminium durch Laserstrahlschweißen bzw. durch Gießen angebunden.
Die gewonnenen Erkenntnisse aus den Untersuchungen dienen als Basis zur Erarbeitung von interdisziplinären Spezifikationen für alle Konzepte. Aufgrund der großen Gestaltungsfreiheit und der Vielzahl von Fertigungs- und Materialparametern werden die Lösungen im Laufe des Vorhabens sukzessive verbessert werden.
Als Ergebnisse der ersten Projektphase liegen Verbindungen vor, die für statische Belastungen optimiert sind, sowie Konzepte zur Fertigung der Verbindungen und die Untersuchung der Korrosionssicherheit. Weitere Aufgaben in einer möglichen zweiten Phase sind, ausgewählte Lösungen für unterschiedliche Anwendungen weiterzuentwickeln sowie die Optimierung der Konstruktionen für dynamische Lasten.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen

Projekte

• Entwicklung und Bewertung von textilen Metall-Faser-Verbindungen (Antragsteller Herrmann, Axel )
• Entwicklung von CFK-Metall-Verbindungen mittels gießtechnischer Verfahren (Antragsteller Busse, Matthias )
• Korrosion und korrosionsbedingtes Versagen hybrider CFK-Al-Übergangsstrukturen (Antragsteller Zoch, Hans-Werner )
• Rechnerische Beschreibung und Bewertung des Versagensverhaltens verschiedener CFK-Metall-Verbindungen (Antragsteller Kienzler, Reinhold )
• Thermisches Fügen integraler CFK-Metall-Verbindungen (Antragsteller Vollertsen, Frank )
• Versagensverhalten von CFK-Aluminium-Übergangsstrukturen bei unterschiedlichen quasistatischen und zyklischen Belastungen (Antragsteller Zoch, Hans-Werner )

• Sprecher: Professor Dr.-Ing. Axel Herrmann