Zur werkstoff- und anforderungsgerechten Gestaltung von fließlochgeformten Schraubverbindungen bei CFK,Metall-Hybrid-Bauteilen

Durch die im Automobilbau stetig steigenden Anforderungen tritt der Leichtbau immer weiter in den Vordergrund. Die Karosserie birgt mit einem hohen Anteil der Gesamtmasse bei den meisten Fahrzeugen ein großes Leichtbaupotenzial, welches durch den Einsatz einer Multi-Material-Mischbauweise ausgeschöpft werden kann. Dabei sind insbesondere Faser-Kunststoff-Verbunde (FKV) mit ihren hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten in den Fokus der Fahrzeugentwickler getreten. Für die Integration von FKV-Bauteile in eine sonst metallische Struktur wird mit dieser Arbeit ein Beitrag zur effizienten Gestaltung von Fügestellen geleistet. Dazu wird zunächst eine Fügestelle für das Fügen eines thermoplastischen CFK-Bauteils mit einem Aluminiumblech-Bauteil auf Basis des fließlochformenden Schraubens entwickelt. Durch Vorversuche gestützt wird ein Trägerbauteil konstruiert und hergestellt, mit welchem die Fügestelle auf ihre Tragfähigkeit untersucht werden kann. Neben verschiedenen Belastungsrichtungen werden Einflussfaktoren wie die Wanddicke des Aluminiumblechs, das Setzverhalten der Schraube, die Geometrie des Vorloches im CFK, der Konditionierungszustand, die Vorspannkraft der Schraube, Korrosions- und Alterungseffekte sowie die Hinzunahme eines Klebstoffes untersucht. Mit den Ergebnissen werden zum Schluss Gestaltungsrichtlinien entwickelt. Zusammengefasst wird eine thematisch geschlossene Betrachtung der werkstoffkundlichen und konstruktiv-technologischen Fragestellung zum anforderungsgerechten Verbinden von CFK/Aluminium-Strukturen mit fließlochformenden Schrauben durchgeführt. Die erarbeiteten technologischen Lösungen und Dimensionierungsrichtlinien gestatten dem Entwicklungsingenieur eine effiziente Gestaltung und Auslegung von hybriden Verbindungen.