Header_TP0_v2

Schwarz-Silber: Bauweisen für CFK-Al-Übergangsstrukturen im Leichtbau

Motivation und Ziel In Leichtbaustrukturen finden zunehmend Kombinationen von Verbund- und Metallwerkstoffen Verwendung, um die Bauteileigenschaften an die lokalen Anforderungen anzupassen. Derzeit erfolgt das Verbinden dieser Komponenten über ein adhäsives oder mechanisches Fügen. Insbesondere im Hinblick auf gewichtsoptimierte, integrale Strukturen mit verbesserten mechanischen Eigenschaften sind jedoch neue Konstruktions- bzw. Fügekonzepte sinnvoll. Ziel des Projektes ist es, integrale Übergangsstrukturen zwischen Aluminium und CFK zu entwickeln, die zu einer Reduzierung von Gewicht, Bauraum und der Fertigungsschritte sowie zu Vorteilen der optimierten Krafteinleitung führen. Zur Entwicklung einer integralen CFK-Aluminium-Bauweise sind sowohl Ansätze für formschlüssige wie auch für stoffschlüssige Fügeverbindungen denkbar. In Phase I der DFG Forschergruppe 1224 wurden drei Konzepte zur Verbindung von Aluminium und Faserverbundbauteilen entwickelt: Drahtkonzept: Fügen eines CF-Titan-Textils an Aluminium textiltechnische Herstellung einer formschlüssigen CF-Ti Verbindung in Zone 2 schweiß- oder gießtechnische Anbindung der Titan-Struktur an Aluminium in Zone 3

Drahtkonzept
Drahtkonzept
Faserkonzept
Faserkonzept

Folienkonzept: Fügen eines Titan-CFK-Laminats mit Aluminium Herstellung einer Titan-Tapestruktur im Hybridbereich in Zone 2 schweißtechnische Anbindung der Titan-Tapestruktur an das Aluminium in Zone 3

Folienkonzept
Folienkonzept

Faserkonzept: Formschlüssiges / Stoffschlüssiges Eingießen von Fasern in Aluminium textiltechnische Herstellung der Glasfaser-Kohlenstofffaser-Verbindung gießtechnisches Anbindung von Glasfasern in Aluminium In der zweiten Förderphase sollen auf Grundlage der aus den bisherigen eigenen Arbeiten hervorgegangen Problemstellungen und der begründeten Auswahl das Folien- und das Faserkonzept erforscht werden. Die Erkenntnisse aus Arbeiten des Drahtkonzeptes fließen insbesondere in die weiteren Arbeiten des Faserkonzeptes ein. Die Verbindungen werden durch die Auslegung auf Druck- und Schublasten sowie auf Korrosion hin erweitert Projektorganisation Sprecher des Projektes ist Prof. Axel S. Herrmann vom Faserinstitut Bremen e.V. Zum Erreichen des Projektzieles sind Kompetenzen in unterschiedlichen fachlichen Disziplinen notwendig, die von ausgewiesenen Instituten aus den Bereichen Produktionstechnik, Werkstofftechnik und Strukturmechanik bereitgestellt werden. Ein Industriebeirat steht den Durchführenden während des Projektes beratend zur Seite.Teilprojekt Beschreibung Institut

  • TP1 Entwicklung und Bewertung von textilen Metall-Faser-Verbindungen FIBRE
  • TP2 Thermisches Fügen integraler CFK-Metall-Verbindungen BIAS
  • TP3 Entwicklung von CFK-Metall-Verbindungen mittels gießtechnischer Verfahren IFAM
  • TP4 Rechnerische Beschreibung und Bewertung des Versagensverhaltens verschiedenen CFK-Metall-Verbindungen BIME / HS Bremen
  • TP5 Versagensverhalten von CFK-Aluminium Übergangsstrukturen bei unterschiedlichen quasi-statischen und zyklischen Belastungen  IWT
  • TP6  Korrosion und korrosionsbedingtes Versagen hybrider CFK-Al-Übergangsstrukturen IWT

Mögliche Anwendungen Typische Anwendungsmöglichkeiten liegen in Produkten im Luft- und Raumfahrzeugbau (z.B. Seitenruderaufhängung, Sandwichplatte, Rumpfsegment), im Fahrzeugbau (z.B. CFK-Dach, Achslenker)und im allgemeinen Maschinenbau (z.B. Hydraulikelemente, Gelenkarme von Robotern, Krafteinleitungen). Daneben kann eine weitere Motivation solcher Hybridwerkstoffe die Einstellung einer definierten thermischen Ausdehnung sein (z.B. in Heat-Pipes von Satelliten, Teleskopen oder Textilmaschinen).