Page - 1 - in Induktionsfügen von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen

1 Einleitung 1.1 Faserverbund-Werkstoffe imLeichtbau Der Leichtbau durch Faser-Verbund-Werkstoffe (FVW) ist zuBeginn des neuen Jahrtausends in der automobilen Serienproduktion angekommen. Durch den großvolumigen Einsatz vonCarbonfaserver- stärktem Kunstoff (CFK) in der primären Tragstruktur der Flugzeugkonstruktion [1] wie auch im strukturellen Karosseriebau vonKraftfahrzeugen hat sich die Verwendung von FVWals Leichtbau- werkstoff etabliert. Um das charakteristische Verhalten von FVW zu verstehen, soll ein kleines Ge- dankenspiel helfen. Hierbei wird der FVW in seine Einzelkomponenten – Faser undMatrix – zerlegt und deren Aufgaben im Verbund betrachtet. Bei einem Blick auf die für hohe Zugbelastungen ge- eignete Faser erschließt sich die starke Anisotopie dieserWerkstoffgruppe, wohingegen die Aufgabe derMatrix zu einemGroßteil im Zusammenhalt der einzelnen Faserelmemte und der geometrischen Gestaltungdient.DieEigenschaftderAnisotropie isteinedergrößtenAnforderungenandengestalten- denKonstrukteur. Faserverbundgerechte Bauteilgestaltung und Produktion ist eine interdisziplinäre Herausforderung, die nebendemspezifischenDesignundderAuslegung insbesondere diewerkstoffge- rechteMethodik undFertigungstechniken in der gesamtenProzesskette fordert. DieAnisotropie und spezifischenEigenschaften führennichtnurzuerhöhtemAufwand inderProduktion, sondernermögli- chenvorallemdashoheLeichtbaupotential [2] unddieDesignfreiheitdesWerkstoffs.Derkonsequente Einsatz dieserWerkstoffgruppe imMaterial-Mischbau der modernen Fahrzeugkarosserie fordert die AnbindunganBauteile, die ausMaterialienandererWerkstoffgruppenbestehen.UmdieseAnbindun- gen so zu gestalten, dass der FVWnicht geschädigt wird und das Potential der Kraftableitung und Steifigkeit bestmöglich ausgenutztwerdenkann,muss eine geeigneteFügetechnik ausgewähltwerden. In vielenFällen kanndies eineEinschränkungbei derVerwendungdesWerkstoffs führen,wennkeine geeignete Fügetechnik vorliegt. In der Konsequenz bedeutet dies die Notwendigkeit, neue Technolo- gien zu untersuchen und Fügetechniken zu entwickeln. Die Prämissen für eine faserverbundgerechte Fügetechnik lassen sich mit den Untersuchungen von Schürmann [2] zur Krafteinleitung bei FVW beschreiben: • Eine flächigeKrafteinleitung ist zu bevorzugen. • Die Schädigung der Fasern, welche für dieKraftaufnahme hauptverantwortlich sind, sollte wei- testgehend vermiedenwerden. • Bauteilübergänge sindmitmöglichst homogenerKrafteinleitung zu gestalten. • Spannungsspitzen sind zu vermeiden. • Hohe thermischeBeanspruchung schädigt denFVWund sollte vermiedenwerden. • ChemischeEinwirkung auf denFVWist zu vermeiden. Mit den geometrischen Einschränkungen undVorgaben, die aus demFahrzeug-Package und der Zu- gänglichkeit hinzukommen, ergeben sich dieAnforderungen an eine Fügetechnik für FVW.