Charakterisierung einer formschlüssigen Hybrid-Verbindung aus faserverstärktem Kunststoff und Aluminium

Müller, Saskia GND

Die vorliegende Arbeit behandelt die Untersuchung und Bewertung einer innovativen formschlüssigen Hybridverbindung aus faserverstärktem Kunststoff und Aluminium. Aus Gründen der Emission- und Treibstoffkostenreduzierung wird die Gewichtsreduktion der eingesetzten Werkstoffe im Automotivesektor immer wichtiger. Hierfür eignen sich Leichtmetalle wie Aluminium, aber auch Kunststoffe. Durch die Kombination beider Werkstoffe bietet sich ein neues Leichtbaupotenzial. Um Werkstoffpaarungen nach ihrer Lebensdauer getrennt voneinander dem Recycling zuführen zu können, stellen formschlüssige Verbindungen eine gute Möglichkeit dar. In dieser Arbeit geht es um die Charakterisierung und Optimierung dieser Hybridverbindung aus kohlenstoff- bzw. glasfaserverstärktem Duromer mit einer Aluminiumlegierung. Die Metallseite wird mittels Kaltumformprozess und eines Hohlkegelwerkzeuges bearbeitet, sodass Strukturen aufgeworfen werden. Hinter diesen Strukturen werden die technischen Fasern abgelegt und anschließend mittels VARI Verfahren mit einem Harzsystem infudiert. Zur Analyse wurden die Zug- und Biegeeigenschaften sowie die Energiefreisetzungsraten der Hybridproben gemessen und mit den Einzelkomponenten bzw. einem Optimierungsansatz verglichen. Um das Potenzial der gefertigten Proben beurteilen zu können, wurden ebenfalls die theoretisch maximal erreichbaren Kräfte mittels der klassischen Laminattheorie berechnet. Eine Handlungsempfehlung zur Erstellung der formschlüssigen Hybridverbindung runden die Arbeit ab.

This thesis deals with the investigation and evaluation of an innovative interlocking hybrid connection of fibre-reinforced plastic and aluminum. For reasons of emission and fuel cost reduction, weight reduction of the materials used in the automotive sector is becoming more and more important. Light metals such as aluminum and plastics are suitable for this purpose. The combination of both materials offers a new potential for lightweight construction. In order to be able to recycle material pairs separately after their service life, interlocking connections are a good possibility. This thesis deals with the characterization and optimization of this hybrid compound of carbon- or glass-fibre reinforced thermosets with an aluminum alloy. The metal beads are machined by cold forming and a hollow cone tool so that structures are raised. Behind these structures, the technical fibres are deposited and then infused with a resin system using the VARI process. For analysis, the tensile and bending properties as well as the energy release rates of the hybrid samples were measured and compared with the individual components or an optimization approach. In order to assess the potential of the manufactured samples, the maximum theoretically achievable forces were also calculated using classical laminate theory. A recommended course of action for the creation of the positive hybrid connection completes the work.

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Müller, Saskia: Charakterisierung einer formschlüssigen Hybrid-Verbindung aus faserverstärktem Kunststoff und Aluminium. Clausthal-Zellerfeld 2021. TU Clausthal.

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