Im Forschungsprojekt HIGH-T arbeiten das IFW der Leibniz Universität Hannover und das Institut für Flugzeugbau und Leichtbau (IFL) der Technischen Universität Braunschweig gemeinsam an der Entwicklung eines neuartigen, hybriden Hochleistungs-Verbindungskonzeptes und der dazugehörigen Prozesskette. Ziel ist es, die strukturelle Integrität und Schadenstoleranz von T-Stößen in thermoplastischen Faserverbundstrukturen entscheidend zu verbessern. Solche Verbindungen stellen eine kritische Schwachstelle in Leichtbaustrukturen dar, insbesondere unter Impact-Belastung.
Die Verstärkung durch formschlüssige metallische Elemente ist ein bewährtes Prinzip, das in duroplastischen Systemen bereits erfolgreich zur Steigerung der Energieabsorption und zur Verhinderung von sprödem Versagen eingesetzt wird. Die Übertragung dieses Konzepts auf thermoplastische Laminate scheiterte bisher jedoch an einem fundamentalen Problem: Das nachträgliche Einbringen jeglicher z-Verstärkung in das konsolidierte thermoplastische Material führt zwangsläufig zu Faser- und Matrixschädigungen, die die strukturelle Integrität kompromittieren.
An dieser Stelle setzt das Vorhaben mit einem innovativen, interdisziplinären Ansatz an, der Fertigungstechnik und Strukturmechanik eng verzahnt. Kern des Projekts ist eine zweistufige Prozesskette, die eine vollständig schädigungsfreie Integration von metallischen Verstärkungspins ermöglicht. Dazu wird im TAFP-Prozess durch eine gezielte, lokale Reduzierung der Konsolidierungsenergie die Entstehung definierter Lücken zwischen den Faserbändern gesteuert. Diese Lücken bilden ein präzises Kanalmuster, das die anschließende, kraftfreie Positionierung der Pins ermöglicht.
In einem zweiten Schritt wird der Verbund final konsolidiert. Dabei schmilzt die thermoplastische Matrix auf, infiltriert die Hinterschnitte der Pins und erzeugt nach der Erstarrung eine hochfeste mechanische Verklammerung. Dieser Formschluss sorgt dafür, dass die Lastübertragung primär über die mechanische Verriegelung und nicht allein über Adhäsion erfolgt.
Um das volle Potenzial dieser Technologie zu erschließen, verfolgt das Projekt zwei gleichrangige Hauptziele.
- Das IFW erforscht die fertigungstechnischen Grundlagen, untersucht die Wechselwirkungen zwischen TAFP-Prozessparametern, Laminatmorphologie und dem Fließverhalten der Matrix, und stellt eine prozesssichere Herstellung der optimierten Verbindung sicher.
- Parallel dazu konzentriert sich das IFL auf die strukturmechanische Auslegung und Optimierung. Mit fortschrittlichen, validierten Simulationsmethoden wird das komplexe Versagensverhalten analysiert, um Pin-Geometrie und -Anordnung iterativ für eine maximale Ablösungsresistenz und Energieabsorption zu gestalten.
Der Erfolg des Vorhabens wird durch den Nachweis der überlegenen Leistungsfähigkeit des hybriden Verbindungskonzepts gegenüber dem Stand der Technik (rein geschweißte Verbindung) in einer abschließenden vergleichenden Impact-Testkampagne validiert.
Kontakt:
Für weitere Informationen steht Ihnen Dr.-Ing. Carsten Schmidt unter der Telefonnummer +49 4141 77638 11 oder per E-Mail an schmidtc@ifw.uni-hannover.de gern zur Verfügung.
