Intrinsische Hybridverbunde für Leichtbautragstrukturen: Grundlagen der Fertigung, Charakterisierung und Auslegung

Der Einsatz von Leichtbautragstrukturen bietet heutzutage die Möglichkeit eine signifikante Gewichtsreduzierung zu realisieren. Bei der Gestaltung dieser Leichtbautragstrukturen müssen, je nach Anwendungsfall, eine Vielzahl von Anforderungen berücksichtigt werden. Die komplette Substitution eines Werkstoffes ist für die konsequente Nutzung des Leichtbaupotentials nicht immer zielführend. Eine optimale Gesamtstruktur besteht aus einer hybriden Werkstoffkombination, dem sogenannten Multi-Material-Design. Der Ansatz der Hybridisierung von Strukturkomponenten rückt somit immer stärker in den Vordergrund und kann grundsätzlich nach zwei unterschiedlichen Methoden erfolgen. Zum einen können zwei Bauteile aus Faserverbundkunststoff und Metall durch nachgeschaltete Fügeprozesse, wie beispielsweise Nieten, Schrauben oder Kleben, gefügt werden. Nachteil dieses Ansatzes ist neben dem Aufwand für den Fügeprozess die zusätzliche Masse, durch die das Leichtbaupotential nicht vollkommen ausgeschöpft werden kann. Zum anderen besteht die Möglichkeit der Herstellung des Hybridverbunds in einem einstufigen Prozess, wobei die Verbindung der verschiedenen Materialien im Ur- oder Umformprozess ohne einen nachfolgenden Fügeschritt erfolgt. Das entstehende Bauteil dieses einstufigen Prozesses wird als intrinsisches Hybrid bezeichnet. Aufgrund der intrinsischen Hybridisierung entstehen neue Gestaltungsmöglichkeiten und produktionstechnische Vorteile, aber auch Herausforderungen in Bezug auf die Prüfung, Simulation und Herstellung. Im Rahmen des Schwerpunktprogramms 1712 der Deutschen Forschungsgemeinschaft wurde hierzu auf den Fachgebieten Produktionstechnik, Mechanik und Werkstoffwissenschaften intensiv Forschungsarbeit geleistet.