Hybridbauweisen: ausgewählte Verbindungstechnologien für Faserverbundkunststoffe
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- Hanna Esser
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1 Hybridbauweisen: ausgewählte Verbindungstechnologien für Faserverbundkunststoffe Prof. Dr.-Ing. Michael Niedermeier 12. November 2013 Werdegang M. Niedermeier Studium Maschinenbau TU München Wissenschaftlicher Mitarbeiter IKB ETH Zürich Entwicklungsingenieur Schindler Waggon Altenrhein [Schindler-Waggon 1995]
![Z22 / 2000] [Alusuisse VW Lupo CFK-Bodengruppe 2001] Leiter V&U / Programmleiter](/docs-images/76/73124890/images/2-1.jpg "Automobil-Leichtbau ALCAN Niedermeier seit 1.")
2 Werdegang M. Niedermeier Leiter Verbindungstechnologien Alusuisse T&M Neuhausen am Rheinfall [Alusuisse / BMW Z22 / 2000] [Alusuisse VW Lupo CFK-Bodengruppe 2001] Leiter V&U / Programmleiter Automobil-Leichtbau ALCAN Werdegang M. Niedermeier seit 1. März 2003: Professor an der Hochschule Ravensburg-Weingarten Leichtbau Faserverbundwerkstoffe Verbindungstechnologien / Hybridbauweisen
3 Hybridbauweisen: ausgewählte Verbindungstechnologien für FVK Definition Hybridbauweisen Aspekt Werkstoffkombinationen Verbindungstechnologien Beispiele Hybridbauweisen: ausgewählte Verbindungstechnologien für FVK Definition Hybridbauweisen Aspekt Werkstoffkombinationen Verbindungstechnologien Beispiele
4 Definition Hybridbauweisen Hybrid: mehrere Werkstoffe / Komponenten / Mechanismen in idealer Kombination => Synergie Bauweise: Konstruktion Formgebung Verbindungstechnologien Definition Hybridbauweisen Hybrid mikroskopisch : z.b. Faserverbundwerkstoffe Verstärkungsfaser & Interface & Matrix Faserkombinationen & Interface & Matrix FML: fiber metal laminate
5 Hybridbauweisen [Vorlesungsunterlagen Prof. Flemming, ETH Zürich] Definition Hybridbauweisen Hybrid makroskopisch : z.b. Faserverbundkunststoffe & Metalle Komponenten / Baugruppen
6 Hybridbauweisen: ausgewählte Verbindungstechnologien für FVK Definition Hybridbauweisen Aspekt Werkstoffkombinationen Verbindungstechnologien Beispiele Werkstoffkombinationen Beispiele FVK - Metalle Thermoplast-FVK GF-PP GF- / CF-PA GF-PBT / PET CF-PEI CF-PEEK Duromer-FVK GF-UP GF- / CF-VE GF- / AF- / CF-EP GF- / CF-PF CF- BMI Stahl DC04 E Ti-Leg. TiAlV 6-4 Mg-Leg. AM50 AZ91 Al-Leg. EN-AW 2xxx EN-AW 5xxx EN-AW 6xxx EN-AW 7xxx
7 Kill-Kriterien Korrosion CFK Al / Mg / St Wärme- Ausdehnungskoeff. CFK Al / Mg / St Steifigkeiten CFK / GFK / AFK Metalle class A Verbindungstechnologien Reparaturkonzept Hybridbauweisen: ausgewählte Verbindungstechnologien für FVK Definition Hybridbauweisen Aspekt Werkstoffkombinationen Verbindungstechnologien Beispiele
8 Verbindungstechnologien für FVK Stoffschluss Kraftschluss Formschluss [Bildnachweis: Schürmann / Konstruieren mit Faser-Kunststoffverbunden / Springer 2005] Verbindungstechnologien für FVK: Kleben conventionel Al tapered conventionel with fillet tapered tapered with fillet shear strength [MPa] Klebefestigkeit [MPa] % konventionelle berechnete konventionelle [Kress, Geometrie Naeff, Dentella, Geometrie Niedermeier: Geometrie 2002] mit Klebstoff-Fillet tapered Geometrie tapered Geometrie mit Klebstoff-Fillet Material 1: Ecodal 2mm Material 2: CFK quasiisotrop Adhesive: Betamate 1496 Bond t: 2 mm Overlap: 12 mm
![Verbindungstechnologien für FVK: Kleben => Onserts [David Keller, ETHZ, 2007] [Daniel Kießling, HRW,](/docs-images/76/73124890/images/9-0.jpg "2006] Strukturelle Krafteinleitungselemente für kontinuierlich faserverstärkte Kunststoffe IWK HSR,")
9 Verbindungstechnologien für FVK: Kleben => Onserts [David Keller, ETHZ, 2007] [Daniel Kießling, HRW, 2006] Strukturelle Krafteinleitungselemente für kontinuierlich faserverstärkte Kunststoffe IWK HSR, ETHZ, HRW, Verbindungstechnologien für FVK Kritisch: punktuelle / lokal begrenzte Lasteinleitung Verletzung der Faserstruktur: Spannungsspitzen! Steifigkeitssprung Korrosion (z.b. Kombination Al-Leg. mit CFK)
10 Verbindungstechnologien für FVK: Niet-Technologien Blindniet: + einseitige Zugänglichkeit + Bohrlochfüllung Schliessringbolzen: + gezielte Vorspannung + Reparaturfreundlichkeit Verbindungstechnologien für FVK: Schliessringbolzen (shear bolt) [ALCOA fastening systems, FORTUNE magazine]
11 Verbindungstechnologien für FVK: Stanznieten [Budde/Pilgrim, Stanznieten und Durchsetzfügen, vmi 1995] Verbindungstechnologien für FVK: Stanznieten Stanzniet mit ALMAC Beschichtung CFK (EP / CF-HT), t = 1mm Aluminium Ecodal AA6181A t = 2mm, temper T4 [Niedermeier, Alusuisse multi material approach report, 2001]
12 Verbindungstechnologien für FVK: Stanznieten Vorderseite Rückseite [Michael Niedermeier, Multi Material Project, Alusuisse 2001] Verbindungstechnologien für FVK Ideal: Schlaufenverbindung [Prof. Dr. Hütter / Uni Stuttgart]
![Hahn] Inserts für](/docs-images/76/73124890/images/13-3.jpg "FVK [Bighead UK]")
13 BO105: CFK/GFK Ti => bolt design [M. Hahn] Inserts für FVK [Bighead UK] LV: Lochleibungsversagen Lm: maximale Lochleibung [Prof. Schürmann]
![Verbindungstechnologien für FVK [Prof. Drechsler, TU München] [M.](/docs-images/76/73124890/images/14-0.jpg "Hahn => Dornier] Wickeln, Sticken, Nähen, TFP tailored fiber placement")
14 Verbindungstechnologien für FVK [Prof. Drechsler, TU München] [M. Hahn => Dornier] Wickeln, Sticken, Nähen, TFP tailored fiber placement Verbindungstechnologien für FVK Al-Karosserieblech AC 120 CFK (HT/EP RTM) Al-Strangpress. AlMgSi0,7 LASER-MIG Naht GFK Deckschicht (Crash, Korrosion, therm. Ausdehnung) Eingebettete Aramidschlaufe [Michael Niedermeier, Multi Material Project: Kunststoff- / Schweissverbinder, Alusuisse 2001]
15 Verbindungstechnologien für FVK [Bildnachweis: Dissertation F. Schievenbusch, Beitrag zu hochbelasteten Krafteinleitungselementen für Faserverbundbauteile, TU Chemnitz 2003 / BMW] Hybridbauweise: BMW i3 [Bildnachweis: auto motor sport.de, Zugriff November 2013]
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