Fraunhofer IFAM, Fügetechnik, FVK-Platten
Automatisiertes Kleben von FVK-Platten entwickelt am Fraunhofer IFAM. - Bild: Fraunhofer IFAM

Faserverstärkte Kunststoffplatten bringen im Flugzeugbau Stabilitäts- und Gewichtsvorteile. Die Montage des neuen Materials ist aber komplex. Daher hat das Fraunhofer IFAM eine Testanlage für das automatisierte klebetechnische Fügen von FVK-Platten entwickelt, die die Fertigung erleichtert.

Die geforderte Flexibilität der Fügevorrichtung liefert die modulare und dezentrale Antriebstechnik Indradrive Mi von Rexroth. „Die Besonderheit unserer Anlage ist das automatisierte Toleranzmanagement, also das vorsichtige ‚Hinbiegen‘ der großen Bauteile, bis sie zueinander passen“, sagt Dr. Dirk Niermann vom Fraunhofer IFAM.

Beispiel 2: Sandwich-Panels sicher verkleben

Delo Industrie Klebstoffe, Sandwich-Panels, Delo-Duopox
Sandwich-Panels sicher verkleben mit einem zweikomponentigen Klebstoff von Delo Industrie Klebstoffe. - Bild: Delo Industrie Klebstoffe

Delo Industrie Klebstoffe hat einen zweikomponentigen Klebstoff für den Flugzeuginnenraum entwickelt. Delo-Duopox AB8390 ist für Verklebungen von Sandwich-Panels geeignet. Der Klebstoff hat eine gute Festigkeit im Temperaturbereich von -55 °C bis +85 °C. Zudem ist er weiß und farbecht, wie eine 1 000-Stunden-Lagerung bei +70 °C und 85 % Luftfeuchtigkeit zeigt. Mit dem Klebstoff werden etwa Composite-Panels für Gepäckablagen geklebt. Das Panel besteht nicht aus CFK oder GFK, sondern aus phenolharzbeschichteten Aramid-Fasern. Darauf wird noch eine transparente Dekorfolie aus Polyvinylfluorid zur Oberflächenbeschichtung geklebt.

Beispiel 3: Fügen per Steg-Schlitz-Prinzip

Steg-Schlitz-Prinzip, Fraunhofer IWS, Fügetechnik
Fügen per Steg-Schlitz-Prinzip zum Verbinden von faserverstärktem Thermoplast mit Metall entwickelt am Fraunhofer IWS. - Bild: Fraunhofer IWS.

Am Fraunhofer IWS kommt das sogenannte Steg-Schlitz-Prinzip zum form- und stoffschlüssigen Verbinden von faserverstärktem Thermoplast (Organoblech) mit Metall zum Einsatz. Das Organoblech dient als Stegblech, ein metallisches Blech als Schlitzblech. Beim Fügen kommt der Laser ins Spiel. Der Faserlaser erlaubt einen sehr fein einstell- und regulierbaren Wärmeeintrag und erhitzt berührungslos und exakt positioniert den überstehenden Teil des faserverstärkten Stegblechs. Die zweidimensionale und hochfrequente Strahlauslenkung mithilfe einer Scanneroptik ermöglicht eine gleichmäßige Erwärmung des Kunststoffs.

Beispiel 4: Selbstfurchende Gewindebuchse

IMS Verbindungstechnik, Fügetechnik, Gewindebuchse
Selbstfurchende Gewindebuchse entwickelt von IMS Verbindungstechnik. - Bild: IMS Verbindungstechnik

Das Mebux-LW Insert von IMS Verbindungstechnik ist eine neu entwickelte Gewindebuchse. Das Außengewinde wurde speziell für den Einsatz in faserverstärkten Kunststoffen entwickelt und ist selbstfurchend. So kann das Insert ohne Vorschneiden eines Gewindes eingebracht werden. Das Innengewinde ist nicht komplett ausgeformt und bewirkt zusammen mit seitlichen Schneidschlitzen, dass sich das Insert beim Eindrehen einer Schraube verspreizt. Eine zusätzliche Fixierung im Werkstück ist durch die Verspreizung der Buchse nicht erforderlich. Das Verfahren eignet sich, wenn im CFK ein dauerhafter Verschraubungspunkt benötigt wird.

Beispiel 5: Kalt lochen und kalt nieten

Profil Verbindungstechnik, Fügetechnik, Composites
Das Verfahren ‚Kalt lochen plus kalt nieten‘ von Profil Verbindungstechnik. - Bild: Profil Verbindungstechnik

Das Verfahren ‚Kalt lochen plus kalt nieten‘ von Profil Verbindungstechnik wird schon lange dafür eingesetzt, die Elemente ‚Mutter‘, ‚Bolzen‘ oder ‚Massebolzen‘ in Aluminium oder Stahl einzusetzen. Indem die Form der Nietmatrize im Setzwerkzeug verändert wurde, eignet sich die Fügetechnik nun auch für Composite-Materialien.

Zunächst wird mithilfe des kalten Werkzeugs in den kalten Composite-Kunststoff mit einer Lockkraft von rund 5 kN innerhalb von 1 s ein Loch eingebracht. Dann erfolgt im Zeitraum von rund 1 s und mit einer Nietkraft von rund 70 kN der Nietvorgang. Das Verfahren wird in Serie genutzt.

Beispiel 6: Vollstanzniet plus Scheibe

Profil Verbindungstechnik, Fügetechnik, Composites, Vollstanzniet
SBV Vollstanzniet plus Scheibe entwickelt von Profil Verbindungstechnik. - Bild: Profil Verbindungstechnik

Bringt man Halbhohlstanznieten in Composites ein, können sich Faserschichten des Composite-Materials trennen (Delamination). Um zwei Composite-Bleche sicher miteinander zu verbinden, hat Profil Verbindungstechnik daher den SBV Vollstanzniet plus Scheibe entwickelt.

Über die Scheiben wird eine Vorspannung auf das Composite-Material gebracht. Anschließend wird der Vollstanzniet selbststanzend eingebracht. Im Vergleich zum Kleben hat die Fügetechnik den Vorteil, dass keine Vorbehandlung notwendig ist und die Verbindungsfestigkeit sofort in voller Höhe vorliegt. Aktuell befindet sich das Verfahren im Entwicklungsstadium.