Projektkurzbeschreibung

Smart Multi Material Joint - Materialkombination aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) und Metall mit integrierter Sensorüberwachung

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
AiF
Laufzeit:
01.12.2013 bis 30.11.2015
Projektnummer:
IGF Nr. 17.971/N2

Ansprechpartner am ISF

Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Komplexe Strukturen aus faserverstärkten Kunststoffen (FVK) kommen immer häufiger und in einer Vielzahl von Branchen zum Einsatz. Besonders im Textilmaschinenbau finden neue Komponenten aus FVK vermehrt Anwendung. FVK bieten hohes Potential bewegte Massen zu verringern und damit Produktionstempo und Effizienz zu steigern. Anschlusselemente wie Führungshülsen,Schraubaufnahmen und Lagerungen sind aus Metall und erfordern Multimaterialkombinationen.
Nieten, Bolzen und Schraubverbindungen stellen aktuelle Fügeverfahren dar, wobei zum Teil auf so genannte Inserts zurückgegriffen wird. Diese Verfahren stören durch Schädigung der Fasern und deren Lage den Kraftfluss. Die werkstoffgerechtere Fügetechnik Kleben überträgt Kräfte nicht auf innenliegende Bewehrungsschichten. Durch die nicht werkstoffgerechte Kraftübertragung nutzen hybride Strukturen aus FVK und Metallen ihr Leichtbaupotenzial nicht vollständig aus. Entscheidend ist zudem, dass Komponenten aus FVK bis zum vollständigen Bauteilversagen selten einen von außen erkennbaren Schaden aufweisen, was sich für viele potentielle Anwendungen trotz nachgewiesener technologischer Vorteile als wesentliches Markthemmnis erwiesen hat.
Es wird eine neuartige hybride Verbundstruktur aus Metall und FVK entwickelt, die aus einer
Kombination von Klebverbindung, formschlüssigen Strukturelementen und integriertem Schadenssensor besteht. Gegenüber der reinen Verklebung können höhere Festigkeiten und eine
Schadenssicherheit erreicht, sowie im Schadensfall frühzeitig alarmiert werden. Vorarbeiten haben gezeigt, dass sich die Festigkeit vom Werkstoffverbund aus FVK und Metall durch den Einsatz weniger Millimeter großer Pinstrukturen um zehn Prozent steigern lässt. Dabei versagt der Verbund nicht abrupt, sondern weist nach dem adhäsiven Versagen ein duktiles Nachbruchverhalten auf hohem Kraftniveau auf. Über eine textile bauteilintegrierte Sensortechnik zur Überwachung wird rechtzeitig vor einem Bauteilversagen gewarnt. Zusammen mit den Industriepartnern werden bedarfsgerechte FVK Elemente am Beispiel einer Tuftingmaschinen ausgelegt, die anwendungsbezogene Belastungsfälle repräsentieren.