Werkstoffmechanik

Advanced Polymer-Metal Hybrid Structures

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Die Entwicklung von neuen Leichtbauwerkstoffen und Herstellungsverfahren bietet eine erfolgversprechende Lösung zur Gewichtsreduzierung, Verminderung der CO2-Emmissionen und Erhöhung der Betriebsfähigkeit von Hybridstrukturen in unterschiedlichen Fachgebieten, wie zum Beispiel in Flugzeugbau, Automobilbau, Medizintechnik und Bauingenieurwesen.

Moderne Leichtbaumaterialien wie Aluminium-, Magnesium und Titanlegierungen sowie technische (Faserverstärkte-) Kunststoffe und Verbundwerkstoffe (u.a. Carbon- und Glasfaser-Laminate und Nanokomposite) haben die herkömmlichen Gestaltungskonzepte von Leichtbaustrukturen radikal verändert.

Diese neuen Materialien werden zunehmend in Hybridstrukturen kombiniert. Aufgrund deren physisch-chemischen Artungleichheit sind Polymer-Metall Hybride sehr schwer herzustellen. Somit spielt die wissensbasierte Entwicklung von hochentwickelten Fügetechnologien eine zentrale Rolle bei der Auslegung von schadenstoleranten Flugzeugbau- und crashsichereren Fahrzeugbauteilen.

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Die vom Helmholtz-Zentrum Geesthacht patentierten und preisgekrönten Fügetechniken Reibnieten („FricRiveting“), Injection Clinching Joining (ICJ) und Reibpunktschweißen /- fügen („Friction Spot Welding / Joining“) ermöglichen die Herstellung von Hochleistungs-Polymer-Metall-Hybriden auf eine schnelle, umweltfreundliche und zuverlässige Weise. Durch den Einsatz dieser Technologien können ungleichartige CFK/Magnesium, Aluminium, Titan; GFK/Titan und Thermo-, Duroplaste/Titan, Aluminium Verbindungen erzielt werden.

Aus diesem Grund möchte die Nachwuchsgruppe “Advanced Polymer-Metal Hybrid Structures” neue Fügetechnologien für die Herstellung zuverlässiger Polymer-Metal-Hybridstrukturen weiterentwickeln und erforschen. Durch die präzise Anordnung der Bildungsmechanismen der Grenzfläche und Mikrostruktur kann die Festigkeit der Verbindungen verbessert werden. Die Anwendung von Simulationswerkzeugen unterstützt die experimentelle Untersuchung der mechanischen Eigenschaften der Polymer-Metall Hybride und rundet die gesamten F&E-Aktivitäten der Nachwuchsgruppe ab.