Verbundprojekt

QualitätsKleben

Prozessintegrierte Qualitätssicherungsverfahren für die klebtechnische Fertigung von Faserverbundwerkstoffen

Kurzfassung:

In weiten Bereichen des produzierenden Gwerbes und besonders bei der Herstellung komplexer Erzeugnisse hat die Verbesserung der Energie- und Materialeffizienz primäre Bedeutung erlangt. Mit dem Übergang von metallischen Trag-strukturen zu Konstruktionen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) können neue Leichtbauweisen realisiert und eine wesentliche Reduzierung des Energieverbrauchs während der Produktherstellung und der Produktnutzung erreicht werden. Die breite Anwendung strukturell geklebter Faserverbundbauteile scheitert bisher hauptsächlich an verlässlichen Qualitätssicherungsmethoden für den Klebprozess. Ziel des verbundprojekts QUALITÄTSKLEBEN ist daher die Entwicklung von prozessintegrierten zerstörungsfreien Qualitätssicherungsverfahren, mit denen die Eigenschaften von strukturellen Klebverbindungen sicher bestimmt werden können. Dazu müssen geeignete Verfahren für die Oberflächenüberprüfung der Fügepartner vor dem Kleben entwickelt und zerstörungsfreie Verfahren zur Festigkeitsprüfung der Klebverbindung qualifiziert und automatisiert werden.

www: http://www.bias.de/qualitaetskleben

Projektdauer: 01.06.11 - 31.05.14

Projektkoordinator:

Dr. Christoph von Kopylow
BIAS - Bremer Institut für Angewandte Strahltechnik
Tel.: 0421 218-5016
E-Mail: vonkopylow@bias.de

Ansprechpartner bei PTKA-PFT:

Dipl.-Ing. Mischa Leistner
Tel.: +49 351 463-31429
E-Mail: mischa.leistner@kit.edu

 

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Im Bereich Luftfahrt und auch zunehmend im Automobilbau hat die Verbesserung der Energie- und Materialeffizienz primäre Bedeutung. Mit dem Übergang von metallischen Tragstrukturen zu Konstruktionen aus kohlefaserverstärkten Kunststoffen (CFK) können neue Leichtbauweisen realisiert und eine wesentliche Reduzierung des Energieverbrauchs während der Produktherstellung und der Produktnutzung erreicht werden.
Um die Leichtbaupotentiale von CFK vollständig auszunutzen, ist die Vermeidung von Bauteilschädigungen durch Nietverbindungen und deren Substitution durch Klebverbindungen notwendig. Mit verbesserten CFK-Werkstoffen allein können nur geringfügig höhere mechanische Bauteileigenschaften erzielt werden (>15 %). Die Umstellung der Fügetechnologie auf geklebte Strukturen aber kann das Potenzial von CFK-Baugruppen um bis zu 100 % steigern!
Die Einführung strukturell geklebter Faserverbundbauteile scheitert bisher hauptsächlich an verlässlichen Qualitätssicherungsmethoden. Mit derzeitigen QS-Methoden kann z.B. die tatsächlich erzielte Klebfestigkeit nicht hinreichend genau bestimmt werden. Auch Kontaminationen aus dem CFK-Herstellungsprozess (z.B. Trennmittelreste, Feuchtigkeit), die die Qualität der Klebverbindung nachhaltig beeinflussen, lassen sich derzeit nicht zuverlässig nachweisen.

Projektziele
Das übergeordnete Ziel des Projekts ist daher die Entwicklung von prozessintegrierten zerstörungsfreien Qualitätssicherungs-Verfahren für die sichere und reproduzierbare Erfassung des Vorbehandlungszustandes der Kontaktflächen und der Eigenschaften von strukturellen Klebverbindungen. Voraussetzung für die industrielle Anwendbarkeit klebetechnischer Verbindungen beim Fügen von CFK-Baugruppen ist auch die Prozessintegration und Automatisierung der notwendigen Prüfprozesse.

Vorgehensweise
Dazu müssen geeignete Verfahren für die Oberflächenüberprüfung der Fügepartner vor dem Kleben ermittelt und zu qualifizier- und zertifizierbaren Systemen für die automatisierte Überwachung weiterentwickelt werden. Die zerstörungsfreie Festigkeitsprüfung der Klebverbindung und der Fügepartner wird mittels Laserultraschall und Lock-In-Thermografie realisiert. Im Projekt soll die Erzeugung der dazu notwendigen lasergenerierten Druckwelle reproduzierbar realisiert und die zerstörungsfreie Festigkeitsprüfung als industrietaugliches System einsetzbar werden.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Neben daraus erwachsenden enormen Einsparpotentialen werden Klebeverbindungen mithilfe der automatisierten Qualitätssicherung zu effizienten, schnellen und sicheren Verfahren, die herkömmlichen Nietverbindungen in vielen Anwendungen und Industriezweigen überlegen sein werden. Über den Luftfahrzeugbau hinaus werden Anwendungen im Straßen- und Schienenfahrzeugbau erwartet.


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