Automatisiertes Fügen von Tragprofilen mittels Faserwickeln

In aktuellen Diskussionen wird die Ressourcenschonung als eine der dringlichsten Herausforderungen der nächsten Jahre und Jahrzehnte gesehen. Eine Möglichkeit, insbesondere beim Automobilbau, bietet hierbei der Leichtbau mit faserverstärkten Kunststoffen (FVK). Damit steht ein Material mit hohen spezifischen Festigkeiten und Steifigkeiten zur Verfügung. Allerdings beruhen die hierfür vorhandenen Fügeverfahren vorwiegend auf Prozessen aus dem metallischen Bereich, die bislang nicht die gleichen Festigkeiten erreichen wie die beteiligten Fügepartner. Da auch das, vor allem im Fahrzeugbau, bisher eingesetzte Verfahren des Schweißens bei den Faserverbundbauteilen auf Epoxidharz-Basis nicht einzusetzen ist, sind neue Ansätze notwendig. Ziel der vorliegenden Arbeit ist es daher, das Faserwickelns als geeignetes Fügeverfahren zum hochfesten und -steifen Verbinden von Tragprofilen aus faserverstärkten Kunststoffen zu qualifizieren. Im Vergleich zum Stand der Technik kommen hier in der Fügezone hochfeste Fasern zum Einsatz, die auf berechneten Bahnen so um die Fügepartner gelegt werden, dass die Fügestelle bei möglichst geringem Materialeinsatz eine definierte Festigkeit und Steifigkeit erreicht. Um eine einfache und produktionsnahe Auslegung der Fügeverbindungen sicherzustellen, wird eine Methodik zur Berechnung von gewickelten Fügeverbindungen entworfen, um auf Grundlage von einstellbaren Wickelparametern die Festigkeit und Steifigkeit der Verbindung prognostizieren zu können. Zur Validierung ist eine geeignete Maschinentechnik konstruiert und in Betrieb genommen worden. Hierbei hat die besondere Herausforderung darin bestanden, innerhalb geschlossener Rahmenstrukturen wickeln zu können. Mit Hilfe dieser Wickelkinematik werden abschließend die Methodik und die relevanten Prozessparameter validiert.