Smarte Verbindungen von Metall und CFK für den Leichtbau

Fraunhofer Institut entwickelt neue Technik

Beim Leichtbau von Fahrzeugen werden funktionstragende Metallteile mit leichten, hochfesten kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) verbunden. Fraunhofer-Forscher haben neue Möglichkeiten für eine solche Verbindung entwickelt.

Neue Verbindungen von Metall- und CFK-Bauteilen./Bild: Fraunhofer IGCV

Die Elektromobilität ist eng mit dem Leichtbau verknüpft, weil leichte Fahrzeuge weniger Energie verbrauchen und somit mehr Reichweite haben. Bislang wurden Teile, die lange Strecken verbinden, aus CFK gefertigt und die Funktionsbauteile aus Metall. Diese Komponenten werden mit Schrauben oder Klebstoffen miteinander verbunden.

Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Einrichtung für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV am Technologiezentrum in Augsburg haben nun verschiedene neue Möglichkeiten entwickelt, herkömmliche Gießtechnik-Bauteile mit solchen aus CFK zu verbinden. Neben der tief verankerten Gießereitechnologie bieten moderne Fertigungsverfahren, wie die additive Fertigung großes Potenzial. 

Am Beispiel eines Elektrorollers haben die Forscher neue Möglichkeiten entwickelt. Den Hinterradträger haben die Wissenschaftler mit additiver Fertigung aus hochfestem Stahl hergestellt und eine Klemmtechnik für die Verbindung mit dem Trittbrett aus CFK entwickelt. Der Lenkkopf ist ein geklebtes Hybridbauteil, das Grundgerippe besteht aus Aluminiumsandguss, der mit CFK kombiniert wird. Die Klebestellen sind dort, wo wenig Belastung auftritt.

Eine neue Verbindungstechnik haben die Forscher für die Lenkergabel entwickelt: Das zylindrische Verbindungsstück zum Lenker ist mit additiver Fertigung aus Stahl hergestellt. An der Fuß-Platte stehen kleine Pins heraus. Darüber legen die Forscher die CFK-Platten, die aus mit Kunstharz ummantelten Fasern bestehen, legen dann Vakuum an und erhöhen die Temperatur. Das Harz umfließt die Kohlenstofffasern, fließt nach unten, schließt die Lücke zur Metallplatte und härtet wie ein Kleber aus. Das Harz klebt an der Platte und die Pins werden von den Fasern umschlossen. Das Ergebnis: Die Bauteile sind formschlüssig und fest miteinander verbunden – ohne Schrauben und Klebtechnik.

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