Verfahrenstechnik

Schweißen von FVK an Metall mittels metallischer Inserts

Ref.-Nr. 4517

Keywords: Faserverstärkter Kunststoff, FVK-Metall-Verbindung, Widerstandsschweißen, Metallische Inserts, Fiber-reinforced plastics, FRP-metal connection, Resistance Projection Welding, Metallic inserts

Häufig werden faserverstärkte Kunststoffe (FVK) verwendet, die hohe spezifische Steifigkeiten und Festigkeiten aufweisen. Sie sind allerdings weniger geeignet für die Einleitung komplexer Spannungen oder für Bereiche, in denen hohe Druckfestigkeit oder hoher abrasiver Verschleißwiderstand gefordert ist. Daher müssen Strukturen aus FVK meist mit dem metallischen Gesamtsystem verbunden werden. Am Institut für Schweiß- und Fügetechnik der RWTH Aachen wurde nun ein Verfahren entwickelt, um FVK-Komponenten an andere FVK-Bauteile oder an metallische Strukturen zu schweißen. Ermöglicht wird dies mittels Einbringen von metallischen Inserts in den Verbund. Diese Inserts fungieren als Verbindungspunkte für das Widerstandsschweißen. Sie bestehen aus einer Trägerplatte, die stiftförmige Ankerelemente aufweist und eine Stromleitung durch den FVK ermöglicht, ohne das dabei Vorlochoperationen (und damit Faserschädigungen) notwendig sind. Die Trägerplatte führt zu einem Formschluß zwischen den Inserts und dem Verbund.

Vorteile

  • Schweißen von FVK auf FVK oder auf metallische Bauteile
  • Vermeidung von Beschädigungen der Fasern
  • Leichter und schneller Fügeprozess
  • Keine vorherigen Bohrungen oder Vorbehandlungen der Oberfläche erforderlich

Kommerzielle Anwendung

Mit dem neuen Prozess ist es möglich faserverstärkte Kunststoffe auf Stahl oder auch FVK auf FVK zu schweißen. Es wird eine Verbindung erzeugt, die effektiv Kräfte und Momente übertragen kann. Eine Beschädigung der Fasern wird dabei vermieden. Es können sowohl thermoplastische als auch duroplastische Matrices verwendet werden. Die Technologie ermöglicht ein einstufiges Fügeverfahren, welches weder vorgeschaltetes Bohren noch eine Oberflächenbehandlung des metallischen Werkstoffes erfordert. Die kleinen formschlüssigen Elemente bewirken ein duktiles und mehrstufiges Versagen, ein plötzliches Versagen wird somit vermieden. Das Matrixmaterial fungiert als Diffusionsbarriere und vermeidet daher eine galvanische Korrossion, falls Kohlenstofffasern verwendet werden.

Aktueller Stand

Eine deutsche und eine internationale PCT-Patentanmeldung wurden eingereicht. Anhand erster Protoypen konnte die Funktionalität nachgewiesen werden. PROvendis bietet im Auftrag der RTWH Aachen interessierten Unternehmen Lizenzen an der Erfindung und Möglichkeiten zur Weiterentwicklung der Technologie an.

Eine Erfindung der RWTH Aachen.


Dr.-Ing. Ilona Gehrig

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