Übertragungsverhalten von Metall/Nichtmetall-Bauteilkontakten am Beispiel eines mechanischen Fügeelementes für rohrförmige CFK-Halbzeuge

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Die steigende Notwendigkeit von mehr Energieeffizienz und reduzierten Kohlendioxid-Emissionen lenkt die Aufmerksamkeit zunehmend auf Leichtbaukonstruktionen, insbesondere auf faserverstärkte Kunststoffe. Um das hohe Werkstoffpotential dieser Materialien nicht zu schwächen, ist eine effiziente Fügetechnologie erforderlich. Bisher werden Bauteile aus faserverstärkten Kunststoffen hauptsächlich durch stoff- oder formschlüssige Technologien wie Kleben oder Bolzenverbindungen verbunden. Kraftschlüssige Technologien haben nur begrenzten Erfolg, da die niedrige Reibungszahl zwischen Stahl und CFK große Flächen und hohe Anpresskräfte erfordert. Anhand eines Fügeelementes für CFK-Rohre wird untersucht, wie verschiedene Oberflächenstrukturen die Reibungszahl im Kontakt beeinflussen. Dabei wird akzeptiert, dass der Faserverbund lokal geschädigt werden kann. Zur Berechnung des Kontaktverhaltens kommen zwei FEM-Modelle zum Einsatz, die den Mikro- und Makrobereich abdecken. Verschiedene Versuche dienen der Verifizierung der Ergebnisse. Zudem wird ein neu entwickelter Prüfstand zur Messung von Reibungszahlen eingesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Reibungszahl zwischen Stahl und CFK gezielt auf Werte über 0,7 gesteigert werden kann, ohne die Tragfähigkeit des Werkstoffs signifikant zu beeinträchtigen. Die Anwendung dieser Oberflächenstruktur auf das Fügeelement führt zu einer Vervierfachung der Leistungsfähigkeit im Vergleich zu einer gl