Dominik Teutenberg

Relativverschiebungen elastisch ausgleichen

Die Verkleidung von Stahlrahmen mit Schubfeldern aus Faserverbundkunststoffen ist im Automobil-, im Nutzfahrzeugbau und im Schienenfahrzeugbau eine kosteneffiziente Möglichkeit, leichte und zugleich hoch feste Strukturen zu konstruieren. Eine Herausforderung dabei ist aber, die Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten so zu verbinden, dass Relativverschiebungen ausgeglichen werden können.

Influence of the dosing and mixing technology on the property profile of two-component adhesives

Adhesive bonding has become a more and more important joining technique in most branches of industries because of the increasing interest in protecting natural resources and the related trend towards lightweight design. The adhesive bonding technology enables the joining of various, sometimes temperature-sensitive materials, so that multi-material design and thereby, lightweight constructions can be realized. At the same time, the adhesive bonding helps to increase the rigidity of the component (Russo 2011). In industrial practice, not only single-component adhesives are used, but also two-component adhesives whose curing process starts once the components are mixed. In general, the automated conveying, dosing and mixing of the two adhesive components are performed by batchers. The quality of the adhesive bonding can be influenced by the dosing process (Fricke et al. 2009). Within the research project, the boundaries of automated processing of cold curing two-component adhesives were investigated. Therefore, industrially relevant adhesive processing technologies and process parameters were selected. These technologies and parameters were varied and evaluated with regard to their significance for the joining process and adhesive joint as reported by Gräter and Storz (2005) and Stipp (2007).

Predicting production influences on adhesively bonded joints subjected to cyclic load

IntroductionTolerances in the design of adhesive joints were determined and their influence on the mechanical behaviour of adhesively bonded steel joints under quasi-static and under cyclic loads was evaluated in this work.Test preparation and test performanceThe paper focuses on adhesive layer thickness, filling ratios, and surface treatments as the main production tolerances. They were varied at different levels. Four different bondline thicknesses, three different filling ratios, and two different surface treatments were investigated. The influence of tolerances was analysed on single-lap shear joints and peel joints. Toughened epoxy-based adhesives were used. Mechanical properties of bonded steel joints were investigated under static load and under cyclic load.ResultsIn both load cases, adhesive layer thickness has the highest influence on the resulting shear strength. Peel strength decreased with reduced filling ratios.ConclusionsThe influence of adhesive layer thickness on fatigue could be predicted by shift factors. Furthermore, it was possible to describe the influence of production tolerances in an analytical way. This allows an evaluation of fatigue based on quasi-static tests.

Influence of the curing process on joint strength of a toughened heat-curing adhesive

Lightweight construction methods will make a significant contribution to sustainable CO2 reduction in new car body developments. Multi-material design offers cost-efficient lightweight solutions for car mass production. The key to successfully drive this development trend is a particularly economical, safe and sustainable joining technique: adhesive bonding. In automotive production, the car body must be heated in an oven to ensure the curing process of the adhesives. The increase in temperature leads to different expansion performance of adherends according to their individual thermal expansion behaviour. Stresses occurring may be so great as to cause plastic deformation in the joint area. During cooling of the bonded construction, further relative displacements occur between the joint partners, which can lead to joint failure. These effects influence the usability, sustainability and long-term durability of adhesively bonded components and have not yet been considered for use in automotive car body design. As part of a research project, a test stand was built to allow adhesive bonds to be cured under diverse selected temperature-time profiles e.g. to simulate the cathodic dip-paint process. Various degrees of adhesive curing can be realized and the influence on the joint evaluated in a subsequent tensile test. Parameters such as the maximum strength or displacement at fracture, but also the plastic deformation behaviour of the used toughened adhesive system, depend on the degree of curing. Temperature-related relative displacements are simulated by applying an additional mechanical stress during adhesive curing. Their influence on the mechanical properties of the adhesive bond is evaluated in a subsequent tensile test. There is a significant influence of relative displacement on the mechanical behaviour of the adhesive joint during adhesive curing.

Auslegung geklebter Kunststofffügeteile

Nur durch eine beanspruchungsgerechte Auslegung der Klebverbindung kann die Leistungsfahigkeit zum Beispiel von faserverstarkten Kunststoff-Bauteilen voll ausgenutzt werden. Wichtige Einflussgrosen, die beachtet werden mussen, sind z. B. die Faserarchitektur und -orientierung sowie die Wahl eines geeigneten Klebstoffsystems.

Faserverstärkte Kunststoffe strukturell kleben

Vor dem Hintergrund der Ressourcenverknappung und der gesetzlich vorgeschriebenen Minimierung der CO2-Emissionen werden im Automobilbau zunehmend faserverstärkte Kunststoffe (FVK) im MultiMaterial-Design eingesetzt. Zum Verbinden der faserverstärkten Kunststoffe mit Stahloder Aluminiumwerkstoffen stellt die Klebtechnik ein etabliertes Fügeverfahren dar, da der FVK durch die flächige Verbindung werkstoffgerecht in die Gesamtfahrzeugstruktur eingebunden werden kann. An Metallklebungen gewonnene Erkenntnisse können nur bedingt auf FVK-Mischverbindungen übertragen werden. Zur Identifikation des mechanischen Verhaltens von FVK-Mischverbindungen sind Versuche an idealsteifen Fügepartnern unter einachsiger Beanspruchung gut geeignet, da der Spannungszustand klar definiert und der Einfluss der Fügeteildehnung auf die Eigenschaften der Klebverbindung nahezu eliminiert werden kann. Zur Untersuchung des Einflusses verschiedener Faserarchitekturen und -orientierungen oder zur Wahl einer geeigneten Oberflächenvorbehandlung des FVK eignen sich dagegen besser dünnwandige Probekörper, da sich aufgrund der Fügeteilverformung und dem auftretenden Biegemoment in der Klebschicht ein dreidimensionaler, dem Realbauteil ähnlicher Beanspruchungszustand einstellt. Prüfkonzept

Prüfkonzept für geklebte Stahl/CFK-Strukturen

Faserkunststoffverbunde, wie z.B. kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe, werden im Bereich moderner Automobilstrukturen aktuell für den Karosserie-Leichtbau eingesetzt. Die zunehmende Elektrifi zierung im Bereich des Individualpersonenverkehrs führt zu einem Serieneinsatz dieser Leichtbauschlüsseltechnologien. Dabei kann noch nicht von einem Großserieneinsatz im eigentlichen Sinne gesprochen werden. Für Fahrzeuge mit hohen Stückzahlen ist weiterhin die Stahl-Schalenbauweise dominierend, welche jedoch aufgrund des Einsatzes höchstfester Stähle und Hybridfügetechnologien, wie z.B. dem Punktschweißkleben, in ihrer Gesamtperformance ertüchtigt wurde. So konnten auch hier geringere Karosserierohbaumassen bei erhöhter Crashperformance und steigender Fahrzeugin-

A test concept for bonded steel/CFRP structures

Initial situation Fibre plastic composites, such as carbon fibre-reinforced plastics, are currently being used in the area of modern automobile structures for lightweight car body construction. The increasing electrification of private transport leads to a serial application of those lightweight construction key technologies, but it cannot yet be described as large-scale use in the proper sense. For cars produced in large numbers, the steel shell construction is still dominant, which was toughened up in its overall performance because of the use of super high strength steel and hybrid joining technologies, e.g. spot weld bonding. In this way, lower car body masses could be achieved whereas the crash performance increased and passenger safety rose. A possible synergy effect of the applied material technology is the multi-material design, which uses fibre composite material as well as super high strength steel and light metal. The adhesive bonding production of those structures is an appropriate joining process. By using an extensive bond they can be connected aligned with the material in the whole vehicle structure. To avoid prior thermic damage of the fibre plastic composite, cold setting 2C epoxy adhesives can be used in the assembly/cold shell.

Geklebte Strukturen im Fahrzeugbau – Simulation und Bewertung von Fertigungstoleranzen

Bisher blieb bei der Auslegung von Klebverbindungen im Automobilbau der Einfluss der Fertigungstoleranzen auf ihr Crashverhalten vollig unberucksichtigt. Um nun die Frage zu beantworten, in welcher Weise die Anderungen u. a. der Klebschichtdicke, des Fugenfullungsgrades und der Belastungsgeschwindigkeit infolge von Fertigungstoleranzen Wirkung auf das Verhalten geklebter Verbindungen zeigen, wurden entsprechende experimentelle und numerische Untersuchungen durchgefuhrt und analysiert.

Simulation und Bewertung von Fertigungstoleranzen

Bisher blieb bei der Auslegung von Klebverbindungen im Automobilbau der Einfluss der Fertigungstoleranzen auf ihr Crashverhalten völlig unberücksichtigt. Um nun die Frage zu beantworten, in welcher Weise die Änderungen u.a. der Klebschichtdicke, des Fugenfüllungsgrades und der Belastungsgeschwindigkeit infolge von Fertigungstoleranzen Wirkung auf das Verhalten geklebter Verbindungen zeigen, wurden entsprechende experimentelle und numerische Untersuchungen durchgeführt und analysiert.