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Februar 2025
eBook (PDF)
Julian Brodhun
Laserbasiertes Direktfügen von Thermoplasten und kohlenstofffaserverstärkten Epoxidharzen
Die Umsetzung von Leichtbaukonzepten und der Einsatz faserverstärkter Kunststoffe haben sich in vielen Industriebereichen zunehmend etabliert, um klimafreundliche und ressourcenschonende Produkte bereitzustellen. Ein besonders hohes Leichtbaupotenzial obliegt dabei der Verwendung kohlenstofffaserverstärkter Epoxidharze (EP-CFK), die vor allem im Bereich von Strukturbauteilen des Fahrzeug- und Flugzeugbaus Anwendung finden. Die zunehmende Etablierung dieser Materialklasse stellt die klassische Fügetechnik jedoch vor Herausforderungen, insbesondere was die Anbringung von Anbauteilen an den CFK-Strukturen betrifft.
Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit das laserbasierte Direktfügen thermoplastischer Verbindungselemente an EP-CFK als potenzialbehaftetes Alternativverfahren untersucht. Es wird eine Prozessanalyse durchgeführt, um die ablaufenden Mechanismen im Bereich der Laser-Material-Wechselwirkung zu verstehen und relevante Einflussfaktoren zu identifizieren. Darauf aufbauend wird das Verfahren zur Befestigung von Verbindungselementen eingesetzt und dem Kleben in einem Benchmark gegenübergestellt.
Die Ergebnisse zeigen die hohe Komplexität der ablaufenden Vorgänge und vorliegenden Wirkzusammenhänge, die im Bereich der Strahleinkopplung und der Fügeteilgrenzfläche stattfinden. Dabei ergeben sich vor allem hinsichtlich des Erwärmungsverhaltens, der morphologischen Grenzflächenausprägung und der bestehenden Schädigungsgrenzen Unterschiede gegenüber dem klassischen Laserschweißen von Kunststoffen. Der durchgeführte Benchmark zeigt zudem die Vor- und Nachteile der Technologie auf und bestätigt das insgesamt hohe Potenzial des laserbasierten Direktfügens für die adressierte Anwendung.
Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit das laserbasierte Direktfügen thermoplastischer Verbindungselemente an EP-CFK als potenzialbehaftetes Alternativverfahren untersucht. Es wird eine Prozessanalyse durchgeführt, um die ablaufenden Mechanismen im Bereich der Laser-Material-Wechselwirkung zu verstehen und relevante Einflussfaktoren zu identifizieren. Darauf aufbauend wird das Verfahren zur Befestigung von Verbindungselementen eingesetzt und dem Kleben in einem Benchmark gegenübergestellt.
Die Ergebnisse zeigen die hohe Komplexität der ablaufenden Vorgänge und vorliegenden Wirkzusammenhänge, die im Bereich der Strahleinkopplung und der Fügeteilgrenzfläche stattfinden. Dabei ergeben sich vor allem hinsichtlich des Erwärmungsverhaltens, der morphologischen Grenzflächenausprägung und der bestehenden Schädigungsgrenzen Unterschiede gegenüber dem klassischen Laserschweißen von Kunststoffen. Der durchgeführte Benchmark zeigt zudem die Vor- und Nachteile der Technologie auf und bestätigt das insgesamt hohe Potenzial des laserbasierten Direktfügens für die adressierte Anwendung.
Schlagwörter: Direktfügen; CFK; Laser; Verbindungselemente; Leichtbau
Forschungsberichte des Instituts für Füge- und Schweißtechnik
Herausgegeben von Prof. Dr.-Ing. Klaus Dilger, Braunschweig
Band 71
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Print-Version: 978-3-8440-9901-0
DOI 10.2370/9783844098952
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