Ultrasonic welding of glass fiber composites: comparison and scientific evaluation of the suitability of the plastics and metal welding techniques

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Um Verbundwerkstoffen neue Einsatzfelder zu erschließen, ist es erforderlich, auch komplexe beanspruchungsgerechte Geometrien zu realisieren. Die Ultraschallschweißtechnik eröffnet die Möglichkeit, ohne unzulässige thermische und mechanische Beanspruchungen der Fügepartner Verbindungen zwischen Verbundwerkstoffen bzw. einzelnen Verbundkomponenten aber auch zu metallischen Konstruktionselementen herzustellen. Neben einer Vertiefung und Erweiterung der Kenntnisse auf dem Gebiet der Kunststoff-Ultraschallpunkt- und -rollnahtschweißtechnik steht erstmalig die Betrachtung der Metall-Ultraschallschweißtechnik als Fügeverfahren für Glasfaser-Verbundwerkstoffe im Vordergrund des Forschungsvorhabens. Hierbei soll insbesondere der Vorteil genutzt werden, dass mit der Metall-Ultraschallschweißtechnik Verbindungen zwischen den lasttragenden Komponenten des Verbundes hergestellt werden können. Ferner sollen Glasfasergewebe- und Glasfasergelegebahnen durch Ultraschallschweißen zu mechanisch beanspruchbaren komplexen Geometrien verbunden werden. Die Integration von metallischen Konstruktionselementen vor der Imprägnierung und Konsolidierung der Gewebe bzw. Gelege bildet einen weiteren technisch interessanten Fertigungsschritt, da auf diese Weise metallische Konstruktionselemente direkt in den Verbund eingebunden werden können. Ferner kommt der Ermittlung mechanischer Kennwerte wie Zugscher-, Scher- und Schälfestigkeit sowie der mikroskopischen, thermometrischen und analytischen Beurteilung der Fügezone zur Beschreibung und Klärung der vorliegenden Bindungsmechanismen eine große Bedeutung zu. Insgesamt ist mit der Durchführung des Forschungsvorhabens eine erhebliche Kenntniserweiterung im Bereich von Fertigungsverfahren für Glasfaser-Verbundwerkstoffe zu erwarten.