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DER KONSTRUKTEUR 6/2015

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VERBINDUNGSTECHNIK In

VERBINDUNGSTECHNIK In Verbindung Kombination aus Kleben und Schrauben für Composite-Materialien Stärker noch als hochfeste Bleche stellen kohlenstoff- (CFK) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) neue Herausforderungen an die Fügetechnik, schließlich müssen auch Composite-Materialien an vielen Stellen mit anderen Bauteilen verbunden werden. Schweißen, Schrauben und Nieten, die Klassiker des Automobilbaus, stoßen dort an ihre Grenzen. Denn Faserverbundwerkstoffe stellen mit ihrer Matrix einen in sich geklebten Verbund dar. Das Lochen dieser Werkstoffe beim Schrauben oder Nieten ist nicht nur aufwendig, es beschädigt auch ihren laminaren Aufbau, der einen entscheidenden Anteil an ihrer Festigkeit hat. Darüber hinaus muss das Loch umständlich abgedichtet werden, sonst kann es zur Delamination des Materials kommen. Bei der Verbindung von CFK mit Metall droht sogar eine große Korrosionsgefahr. Für stabile Verbindungen und effiziente Prozesse sollte das Laminat also intakt bleiben. Das Ultraschallschweißen kommt daher als Alternative in Betracht. Es hat aber auch große Nachteile: Neben dem hohen Energieverbrauch ist es nur für thermoplastische Matrixwerkstoffe geeignet. Thermische Verfahren sind also selten, umformtechnische Verfahren aufgrund der geringen Duktilität in der Regel gar nicht anwendbar. Kleben vermeidet Zerstörung Martin Kluke Leichtbau boomt, allen Branchen voran in der Luftfahrt- und Automobilindustrie. Dabei gibt es seit längerem den Trend zu Multimaterialbauweisen: Neben dem heute etablierten Einsatz hochfester Stahl- und Aluminiumlegierungen werden auch zunehmend kohlenstoff- (CFK) und glasfaserverstärkte Kunststoffe (GFK) eingesetzt, die aufgrund hoher Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht die Herstellung sehr dünner Strukturen erlauben. Sie stellen neue Herausforderungen an die Fügetechnik. Martin Kluke, DELO Industrie Klebstoffe, Windach Es empfiehlt sich daher, für die Verbindung des Composite-Materials mit weiteren Bauteilen auf ein anderes Fügeverfahren zu setzen. Das Kleben ist nicht nur eine zerstörungsfreie und bauteilschonende Verbindungstechnik, sondern überzeugt auch mit einer hohen Materialflexibilität sowie mit einem guten Widerstand gegen dynamische Kräfte. Zudem ist das Kleben ein Prozessvorteile des Verfahrens ■ Geringe mechanische Belastung der Bauteile ■ Hohe Reproduzierbarkeit ■ Schneller Prozess ■ Kein Wärmeeintrag ■ Designfreiheit durch nachträgliches Fügen 18 Der Konstrukteur 6/2015

VERBINDUNGSTECHNIK 01 Flexible Geometrie: Neben Gewindestangen verschiedener Größen lassen sich Onserts auch als Kupplungen oder Clipse nutzen ein facher Prozess, mit dem sich eine starke Automatisierung und hohe Taktzeiten erreichen lassen. So erfüllt es die Anforderungen der industriellen Produktion, selbst die der Automobilindustrie. Kleben und Schrauben kombiniert Für das Verbinden von Composite-Materialen mit anderen Werkstoffen haben der Montagespezialist Böllhoff und der Klebstoffexperte Delo ein Verfahren entwickelt, bei dem sie sich an das Bolzenschweißen angelehnt haben. Dort wird der Bolzen bei Blechen geschweißt, um das aufwendige Bohren und Setzen von Schrauben bzw. Nieten zu vermeiden. Im Gegensatz dazu verkleben die beiden Unternehmen bei der so genannten Onsert-Technologie nun die Gewindebolzen mit den Faserverbundwerkstoffen. Als Onsert wird die Kombination aus Bolzen und Fuß bezeichnet. Bei dem Verfahren wird zunächst ein einkomponentiger Klebstoff auf den Fuß aufgebracht. Dieser wird anschließend auf den Composite-Werkstoff gefügt. Die Dicke der Klebschicht wird über Abstandhalter, sogenannte Spacer eingestellt, und liegt typischerweise bei 0,1 oder 0,2 mm. Das Besondere an diesem Verfahren ist seine Geschwindigkeit: So ist der Gewindefuß aus amorphen Kunststoff, was eine lichtdurchlässige Klebefläche schafft und so kurze Taktzeiten sicherstellt. Die Aushärtung erfolgt mit einer LED-Lampe innerhalb von etwa 4 s und lässt sich vollständig automatisieren. Die entstandene Verbindung ist sofort belastbar, womit das Kunststoffteil in kürzester Zeit ein stabiles Gewinde erhält, das verschraubt und wenn nötig wieder gelöst werden kann. Als Material für den transparenten Onsert-Fuß kommen verschiedene Kunststoffe wie Polycarbonat, Polyamid oder Polyethersulfon zum Einsatz, je nach erforder lichen mechanischen Eigenschaften und vorherrschenden Umweltbedingungen. Es muss sich einzig um amorphe Kunststoffe handeln, da diese ausreichend blaues Licht mit einer Wellenlänge von 400 nm durchlassen, das für das Aushärten des Klebstoffs erforderlich ist. Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten Onserts eignen sich für eine Vielzahl von Anwendungen, vor allem wenn Bauteile befestigt, aber nicht strukturell verbunden werden müssen. In Flugzeugen etwa wer- Folgen Sie uns auch online! Präzision für komplexe Bauteile. www.derkonstrukteur.de www.facebook.com/ derkonstrukteur Besuchen Sie uns an der Achema Halle 11 / Stand B69 www.twitter.com/ DerKonstrukteu www.google.com/ +DerkonstrukteurDe Das keramische Präzisionsgiessverfahren Exacast® ermöglicht die präzise Fertigung komplexer Gussteile, reduziert Arbeitsgänge wie Bearbeitung, Schweissen oder Schmieden und bietet höhere Freiheitsgrade für Konstrukteure. Kontaktieren Sie uns. Unser Engineering-Team berät Sie gerne über unsere Möglichkeiten: Höchste Qualität in über 100 Stahl- und Eisenwerkstoffen. www.wolfensberger.ch hält Sie stets auf dem Laufenden Der Konstrukteur 6/2015 19 Wolfensberger.indd 1 06.05.2015 13:24:46

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