Stabile Verbindung aus Faserverbund und Stahl

Wie lassen sich Faserverbundstoffe mit Stahlbauteilen verbinden? Im Rahmen eines Projekts der Industriellen Gemeinschaftsforschung ersannen Forscher ein hybrides Gewirk, mit dem sich bisheriges Kleben oder Verbolzen ersetzen lassen.

Die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto von Guericke" (AiF) hat jetzt eine innovative Fügetechnik mit dem Otto von Guericke-Preis 2019 ausgezeichnet. Lars Molter und Rafael Luterbacher-Mus, bis 2018 beide am Center of Maritime Technologies (CMT) in Hamburg, entwickelten gemeinsam mit Rigo Peters von der Schweißtechnischen Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern GmbH (SLV M-V) die Technologie "Fausst" (Faserverbund-und-Stahl-Standardverbindung). Mit Fausst ist es laut einer Mitteilung der AiF erstmals möglich, Faserverbundbauteile und Stahlbauteile mithilfe eines hybriden Gewirks ohne jedwede mechanische Sicherung fest und sicher zusammenzufügen. Die so verbundenen Strukturen genügten auch den größten Anforderungen sowohl im Fahrzeug- und Schiffbau als auch in der Luft- und Raumfahrt. Der Otto von Guericke-Preis der AiF wird einmal im Jahr für herausragende Leistungen auf dem Gebiet der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vergeben. Die vorwettbewerbliche IGF wird im Innovationsnetzwerk der AiF und ihrer 100 Forschungsvereinigungen organisiert und vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) mit öffentlichen Mitteln gefördert.

"Unser Ziel war es, eine hybride Verbindungstechnologie für unterschiedliche Anforderungen im Schiffbau zu entwickeln. Das haben wir geschafft", berichtet Lars Molter. "Vergleiche zwischen dem klebetechnischen Fügen im Schiffbau und der Fausst-Technologie zeigen deren hohes Potential: Die Prozesszeit ist bis zu 50 Prozent schneller, und selbst Einsätze, die sonst zu komplex und zeitaufwändig sind, lassen sich mittels Fausst realisieren. Zudem ist die neue Technologie einfach in bestehende Prozessketten integrierbar."

Mitentwickler Luterbacher-Mus erklärt den Aufbau des Verbinders. "Er besteht aus drei Komponenten: Einem reinen Metallteil, einem Hybridteil und einem Glasteil, die miteinander verwirkt und an ein metallisches Halbzeug angeschweißt sind." Damit könnten Faserverbünde sicher, fest und ganz konventionell an metallische Strukturen geschweißt werden. "Wir haben Fausst in umfangreichen Testreihen untersucht. Die erzielten Ergebnisse haben die Anforderungen aus der Industrie übererfüllt. Dies liegt vor allem daran, dass wir im Vergleich zum Kleben auch klassische Schweißverfahren einsetzen konnten", fügt Rigo Peters von der SLV M-V hinzu.

Gewirkte Halbzeuge für Leichtbauanwendungen basieren in ihrer Herstellung auf dem klassischen Kettenwirkverfahren, bei dem die Fäden eines oder mehrerer Wirkfadensysteme gleichzeitig und parallel zu Maschen umgeformt werden. Diese Grundlage wird genutzt, um Fadenlagen und/oder andere Flächengebilde wie beispielsweise Vliesstoffe oder vorimprägnierte Faserlagen mittels Maschen zu verbinden." Chokri Cherif, "Textile Werkstoffe für den Leichtbau", Seite 265.

Für Thomas Ketelhohn, Geschäftsführer des CMT, ist Fausst "ein Paradebeispiel für den häufig geforderten Transfer von Forschungsergebnissen aus der Wissenschaft in die Wirtschaft". Neben einer Patentanmeldung wurde im Juni 2018 das Startup Hyconnect in Hamburg gegründet, um Fausst für den industriellen Einsatz weiterzuentwickeln. Die neue Technologie stelle "genau die Verbindungsmöglichkeit dar, die den Markt trifft und den Anforderungen des Kunden entspricht", kommentiert Jörg Bünker von der Firma Saertex aus Saerbeck. "Endlich können wir klassische Konstruktionswerkstoffe wie Stahl oder Metalle sicher mit neuen Composite-Werkstoffen verbinden." Das Unternehmen war als Industriepartner an dem ausgezeichneten Entwicklungsprojekt beteiligt.