Das hybride Insertkonzept wurde entwickelt, um hochbelastete Lasteinleitungen von mehreren 100 kN in Faserverbundstrukturen zu ermöglichen. Grundlage ist ein Multi-Layer-Design, bei dem metallische Zwischenschichten die Last über die gesamte Dicke des Laminats einleiten. Lokale Bolzenlasten werden dabei über die Klebeflächen des Inserts gleichmäßig in den Verbund übertragen. Diese Bauweise nutzt die strukturellen Eigenschaften des Laminats optimal: Sowohl die Fasern oberhalb der Einleitstelle (Druck) als auch unterhalb (Zug) werden gezielt belastet.
Die Inserts werden direkt beim Drapieren der Textillagen in das Bauteil integriert. In den Bereichen der späteren Lasteinleitung werden die Textillagen lokal gestanzt, und das Insert wird in die entstehende Aussparung eingelegt, wodurch nachträgliche Bearbeitungsschritte wie Bohren oder Kleben entfallen. Der anschließende Herstellungsprozess - Vakuumaufbau, Infusion und Aushärtung – entspricht dem konventioneller monolithischer Faserverbundbauteile.
Die Wirksamkeit des Konzepts konnte in Tests bereits erfolgreich validiert werden. Zwei Insert- und Laminatgrößen kamen dabei zum Einsatz:
- Variante 1: 12 mm dickes CFK-Laminat mit einem 17 mm Bolzen und einem Insert mit 50 mm Außendurchmesser à über 200 kN Maximallast (+ 30% gegenüber Vergleichsprobe)
- Variante 2: 6 mm dickes Laminat mit einem 6 mm Bolzen und einem Insert mit 22 mm Außendurchmesser à über 40 kN ohne Insertversagen (+100% gegenüber Vergleichsprobe)
Während bei Variante 1 ein vorhergesagtes Klebstoffversagen mit starker plastischer Verformung des Bolzens auftrat, kam es bei Variante 2 lediglich zum Bolzenversagen – ein klarer Beleg für die Tragfähigkeit des Inserts trotz kompakter Bauweise.
Die entwickelten Inserts wurden bereits im AgriLight Carbon Chassis des Krone Big X Feldhäckslers verbaut und werden demnächst auf dem X-Poster-Prüfstand im Krone Future Lab unter realitätsnahen Langzeitbelastungen getestet.
Das neue Insertkonzept besitzt eine große Anwendungsbreite: Neben Landmaschinen eignet es sich auch für weitere Nutzfahrzeuglösungen sowie für den Einsatz im Boots- und Schiffbau oder in Maschinenkomponenten.
Das Projekt wird im Rahmen des Technologietransfer-Programms Leichtbau (TTP LB) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) gefördert. Das IFW dankt dem BMWK für die finanzielle Unterstützung zur Durchführung des Projektes sowie den Partnern Krone, MD Composites und dem Institut für Polymerwerkstoffe und Kunststofftechnik für die gute Zusammenarbeit.
Für weitere Informationen steht Ihnen David Garthe, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen der Leibniz Universität Hannover, unter Telefon +49 4141 77638 24 oder per E-Mail unter garthe@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
