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Bauweisen für CFK-Aluminium - Fraunhofer IFAM

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F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R F E R T I g U N G S T E C H N I K U N D A N G E W A N D T E M AT E R I A L F O R S C H U N G I F A M
1
1 CFK-Aluminium-Hybridverbindung
Bauweisen für
CFK-Aluminium-Übergangsstrukturen im Leichtbau
gefördert durch die
Im Leichtbau finden zunehmend Kombinati-
textiltechnischer Verfahren werden in der
onen aus Faserverbundwerkstoffen und
Forschergruppe neuartige Verbindungskon-
Fraunhofer - Institut für
Aluminium Verwendung, um lokale Anfor-
zepte gestaltet, ausgelegt und herstellt. Ex-
Fertigungstechnik und
derungen mit den jeweiligen Bauteileigen-
perimentelle und numerische Untersuchun-
Angewandte Materialforschung IFAM
schaften anzupassen.
gen unterstützen dabei die Validierung und
Weiterentwicklung der Lösungen.
Formgebung und Funktionswerkstoffe
Besonders für den Flugzeug- und AutomoProf. Dr. Matthias Busse
bilbau steht die Entwicklung von schlanken,
Wiener Straße 12
gewichtsminimierten CFK-Aluminium-Ver-
28359 Bremen
bindungen im Vordergrund, die sich durch
Lösungsansätze
eine hohe Belastbarkeit und minimale Kor-
Zur Entwicklung einer Integralen CFK-Alu-
Kontakt:
rosionsanfälligkeit auszeichnen und die sich
minium-Bauweise sind sowohl Ansätze für
Jan Clausen
zugleich wirtschaftlich fertigen lassen.
formschlüssige wie auch stoffschlüssige
Die DFG-Forschergruppe »Schwarz-Silber«
Fügeverbindungen denkbar. Als potenziell
Telefon +49 421 2246 -273
(FOR 1224) an der Universität Bremen hat
besonders erfolgversprechend werden drei
Telefax +49 421 2246 -300
sich daher zum Ziel gesetzt, für die Verbin-
Ansätze untersucht.
casting@ ifam.fraunhofer.de
dung von CFK und Aluminium innovative
Übergangsstrukturen zu entwickeln und zu
www.ifam.fraunhofer.de
erforschen. Unter Berücksichtigung gießtechnischer, schweißtechnischer und
© Fraunhofer IFAM
2
3
Folienkonzept
thermischen Ausdehnung sein (z. B. in
ausstehenden Fasern mit Kohlenstofffasern
| Herstellung einer Titan-Tapestruktur
Heatpipes von Satelliten, Teleskopen oder
verbunden und mit duroplastischen Matrix-
Textilmaschinen).
systemen konsolidiert.
Aktuelle Untersuchungen
Gefördert durch
| gießtechnische Anbindung von Glas-
Die aktuellen Forschungsziele liegen in der
DFG Forschergruppe »Bauweisen für CFK-
im Hybridbereich
| Schweißtechnische Anbindung der
Titan-Tapestruktur an Aluminium
Faserkonzept
fasern in Aluminium
Weiterentwicklung der beiden Konzepte.
Aluminium-Übergangsstrukturen im Leicht-
| textiltechnische Herstellung der Glas-
Im Folienkonzept werden vornehmlich
bau«
Untersuchungen für die schweißtechnische
faser-Kohlenstofffaser-Verbindung
Fügeverbindung von Aluminium und Titanfolien mittels Laser sowie des schichtweisen
Stand der Technik
Projektpartner
Aufbaus der CFK-Titan-Übergangsstruktur
vorgenommen. Im Faserkonzept forscht
| Faserinstitut Bremen e.V. (FIBRE)
Herkömmliche Verbindungen von CFK
das Fraunhofer IFAM an der Integration
| Bremer Institut für angewandte
und Aluminium werden über Adhäsion
von verschiedenen Fasermaterialien (Glas-,
von Laminaten und Bolzenverbindungen
Keramik- Basaltfasern) in Aluminium-Druck-
| Bremer Institut für Strukturmechanik
realisiert. Diese Strukturen haben den
guss Bauteile. Vornehmlich werden hierzu
Nachteil der Aufdickung im Fügebereich,
Untersuchungen zur prozesstechnischen
| Stiftung Institut für Werkstofftechnik
der Faserschädigung und Spannungsüber-
Umsetzung der Faser-Aluminium-Teilver-
höhungen am Bolzen sowie einhergehende
bindung vorgenommen. Im speziellen wird
Gewichtssteigerung und Korrosionsanfällig-
an der Infiltrierbarkeit von Fasermaterialien
keit.
mit metallischen Schmelzen und der Positi-
Strahltechnik GmbH (BIAS)
und Produktionsanlagen (BIME)
(IWT), Bremen
onierung und Fixierung der biegeschlaffen
Fasern im Gießprozess geforscht. Derzeit
Anwendungspotenziale
wird an der Umsetzung eines DruckgießDie typischen Anwendungen liegen in
werkzeugs zur partiellen Abdichtung und
Produkten im Luft- und Raumfahrtbau
Fixierung der Fasern gearbeitet. Durch den
(z. B. Seitenruderaufhängung, Sandwich-
Einsatz eines eigens für den Infiltrations-
platte, Rumpfsegment), im Fahrzeugbau
prozess der Fasern entwickelten Werkzeugs
3 Metallographisches Schliffbild des soll der Prozess auf den industriellen Maß-
(z. B. CFK-Dach, Achsenlenker), im Wind-
stab überführt werden. Dabei wird vorran-
4 REM-Aufnahme einer mit Aluminium kraftwerksbau (Verbindung Rotorblatt –
ging das automatische Fixieren sowie das
Rotornabe), im allgemeinen Maschinenbau
partielle Infiltrieren der Fasern angestrebt.
(z. B. Hydraulikelemente, Gelenkarme von
Die Weiterverarbeitung zu Gesamtverbin-
Robotern, Krafteinleitung). Daneben kann
dungen von Aluminium und CFK erfolgt in
eine weitere Motivation solcher Hybrid-
Zusammenarbeit mit den Projektpartnern.
werkstoffe die Einstellung einer definierten
Hier werden die aus der Gussstruktur her-
Glasfaser-Aluminium-Bereichs.
benetzten Glasfaser.
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