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Faserverstärkte Kunststoffbauteile zuverlässig verschweissen

Lucian Zweifel hat eine Methode entwickelt, wie faserverstärkte Kunststoffe schnell und stabil verschweisst werden können. Für seine Entwicklung wurde der junge Maschinenbauer mit dem Nachwuchspreis des CCeV ausgezeichnet.

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Lucian Zweifel mit zwei verschweissten FVK-Bauteilen (Foto: Sandro Nydegger).

Lucian Zweifel, wie werden faserverstärkte Kunststoffe (FVK) normalerweise verbunden?

Im Bereich Luft- und Raumfahrt steht Sicherheit über allem, deshalb sind traditionelle Verbindungsmethoden wie Nieten immer noch im Gebrauch. Diese sind sehr zuverlässig, erzeugen jedoch zusätzliches Gewicht und Kosten. Mittlerweile ist das Kleben von FVK-Bauteilen zum Beispiel in der Automobilbranche weit verbreitet. Für eine gute Klebverbindung braucht es eine gute Vorbehandlung der Oberfläche, was zu langen Prozesszeiten führt. Deshalb besteht der Bedarf für ein neues innovatives Fügekonzept.

Sie haben für Ihre Bachelor-Arbeit eine dritte Methode – das Schweissen – ausprobiert. Wie sind Sie vorgegangen?

FVK-Bauteile lassen sich normalerweise nicht verschweissen. Ich integrierte deshalb eine dünne thermoplastische Folie als Randschicht. Diese Kunststoffart lässt sich bekanntlich gut schweissen. Die beschichteten Bauteile konnte ich dann mittels Widerstandsschweissen verbinden.

Wie stabil sind diese Verbindungen?

Beim Schweissprozess variierte ich mit Druck, Leistung und Zeit. Mit bestimmten Kombinationen, welche durch eine Prozessoptimierung ermittelt wurden, hielten die Bauteile beim Festigkeitstest einer Spannung von durchschnittlich 36 MPa stand. Dies ist eine Verbesserung gegenüber geklebten Verbindungen, die bereits bei ungefähr 30 MPa versagen.

Könnte der Schweissprozess in Zukunft eine grössere Rolle beim Verbinden von faserverstärkten Kunststoffen spielen?

Um dies zu beantworten sind noch weitere Tests nötig. Thermoplaste «kriechen», das heisst, sie verformen sich je nach Temperatur und Spannung. Entsprechend ändert sich auch ihre Bruchfestigkeit. Langfristige Versuche sollen über die wechselnden Eigenschaften Auskunft geben.

Für Ihre Bachelor-Arbeit wurden Sie mit dem CCeV-Preis ausgezeichnet. Was bedeutet Ihnen das?

Es freute mich besonders, dass ich am CCeV-Symposium teilnehmen durfte. In Augsburg konnte ich einige interessante Personen aus der Industrie und der Forschung kennenlernen. Zusätzlich schätze ich es sehr, Rückmeldungen bezüglich meiner Arbeit aus verschiedenen Bereichen zu erhalten. Dadurch profitiere ich für weitere Projekte, welche ich an der Fachhochschule bearbeiten werde.

Als Preisträger sind Sie sicher begehrt. Wie sieht Ihr Karriereplan aus?

Ich werde in den nächsten drei Jahren mein Master-Studium an der Fachhochschule Nordwestschweiz absolvieren. Danach wäre ein Job in der Industrie sicher sehr reizvoll. Langfristig sehe ich mich aber in einem F&E-Institut. Mir gefällt der Ausgleich zwischen Forschung und Anwendung.

CCeV-Studienpreis

Carbon Composites e.V. (CCeV) ist ein Verbund von Unternehmen und Forschungseinrichtungen, der die gesamte Wertschöpfungskette der Hochleistungs-Faserverbundwerkstoffe in Deutschland, Österreich und der Schweiz abdeckt. Mit der Vergabe der „CCeV-Studienpreise“ werden innovative Studienabschlussarbeiten (Bachelor, Master/Diplom) im Composites-Bereich gewürdigt. Die Arbeiten werden von einer Jury, bestehend aus Fachexperten der CFK-Branche, bewertet. Die CCeV-Studienpreise sind mit jeweils 1000 € dotiert.

Carbon Composites e.V.
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