Verbindung von Metall und CFK 07.07.2014, 11:20 Uhr

Das Dübel-Prinzip erobert jetzt auch den Automobilbau

Dem Heimwerker haben die Ingenieure der Universität des Saarlandes ihre neueste Entwicklung für die Automobilindustrie abgeschaut: Nach dem Vorbild des Dübels haben sie eine Technik entwickelt, die Metall und CFK in einem Arbeitsschritt verbindet. 

Überprüfung eines CFK-Bauteils am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren in Saarbrücken: Die Forscher haben jetzt nach dem Vorbild des Dübels eine Technik entwickelt, um Metall- und CFK-Teile im Automobilbau einfach zu verbinden.

Überprüfung eines CFK-Bauteils am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren in Saarbrücken: Die Forscher haben jetzt nach dem Vorbild des Dübels eine Technik entwickelt, um Metall- und CFK-Teile im Automobilbau einfach zu verbinden.

Foto: Fraunhofer IZFP

Mit dem Einzug kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe in den Automobilbau wird die Frage immer wichtiger, wie man traditionelle Materialien wie Stahl und Aluminium mit neuen CFK-Leichtbauteilen schnell, einfach und dauerhaft verbinden kann. Zwar sind CFK noch sehr teuer und werden vor allem in Elektroautos wie dem i3 von BMW oder Luxusautos eingesetzt. Aber allgemein wird erwartet, dass ihr Großserieneinsatz auch in anderen Fahrzeugklassen kurz bevorsteht.

Fügetechnik muss Spannungen zwischen Metall und CFK aushalten

Deshalb wird die Fügetechnik verschiedener Metalle mit CFK immer wichtiger. „Viele Hybride werden derzeit konventionell zusammengefügt“, erklärt Hans-Georg Herrmann, Professor für Leichtbausysteme an der Universität des Saarlandes. Allerdings entstehen dabei Spannungen: So haben Metalle und CFK unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten. Die Fügetechnik muss zwar dauerhaft und präzise sein, aber zugleich auch diese Spannungen aushalten.

Die Saarbrücker Ingenieure haben nun gemeinsam mit Kollegen der TU Dortmund und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nach dem Vorbild des Dübels eine Verbindungstechnik entwickelt, die das Kunststück vollbringen soll, Metalle und CFK spannungsfrei zu verbinden. „Das Ganze funktioniert im Prinzip ähnlich wie bei einem Dübel in einer Betonwand, der dafür sorgt, dass die Spannung zwischen Wand und Schraubengewinde nicht so groß wird“, so Herrmann.

Serientaugliche Hybride in einem Produktionsschritt

Derzeit wird die neue Technik in Bauteilen am KIT eingesetzt und dort Belastungstest unterzogen. „Unser Ziel ist es herauszufinden, ob oder ab wann es bei dem Material zu Ermüdungserscheinungen kommt und an welchen Stellen wir gegebenenfalls gegensteuern müssen“, erklärt Professor Herrmann, der auch Hauptabteilungsleiter für Methodenentwicklung am Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP ist.

Mit Hilfe von Wärmebildkameras und einem besonderen Ultraschallverfahren, dem elektromagnetisch angeregten Ultraschall (EMUS), überprüfen die Forscher in Karlsruhe derzeit, wann ihre Fügetechnik ermüdet oder aber die Bauteile Schaden nehmen.

Allerdings wird die neue Technik kurzfristig wohl nicht in die Montagehallen der Autohersteller einziehen. Denn das gerade gestartete Forschungsprojekt ist auf drei Jahre angelegt. Mit der Möglichkeit der Verlängerung.

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