Die hier angestrebte DFG-Forschergruppe zielt auf die integrale Behandlung der Herstellung, der Eigenschaftsanalyse und der Simulation von geschweißten Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden.

Im Zuge der technologischen Entwicklung kommen zunehmend Leichtbaustrukturen, ins­besondere auch aus hybriden Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden, zum Einsatz, die in vielen unterschiedlichen Industriezweigen neue Möglichkeiten für innovative Produktentwick­lungen erlauben. Typische Leichtbauwerkstoffe in diesem Zusammenhang sind dabei Leichtmetalle sowie Faser-Kunststoff-Verbunde. Hybride Leichtbaustrukturen aus Me­tall/Faser-Kunststoff-Verbunden ermöglichen im Ingenieurwesen eine neue Generation von Produkten, beispielhaft seien Anwendungen in der Kraftfahrzeug- und Luftfahrtindustrie genannt. Nach Einschätzung der Industrie wird dabei die Verwendung von Leichtbauwerk­stoffen, insbesondere in der Verkehrstechnik, in den kommenden Dekaden eine Schlüssel­technologie darstellen. Die konsequente Verwendung von Leichtbauwerkstoffen leistet hier einen zentralen Beitrag zum nachhaltigen Wirtschaften und ist generell dort interes­sant, wo aufgrund der Gewichtsreduzierung des Materials Energieeinsparungen, Kraftre­duktionen oder eine höhere Beschleunigung bei bewegten Massen erzielt werden.

Im Bereich der Ingenieurmaterialien ist an der Universität Kaiserslautern im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik sowie dem Institut für Verbundwerkstoffe (IVW) GmbH bereits eine umfassende Kompetenz vorhanden. Darüber hinaus steht mit dem Institut für Oberflächen- und Schichtanalytik (IFOS) GmbH eine sehr leistungsfähige Einrichtung für analytische Fragestellungen zur Verfügung. Die bestehenden Kooperationen und Verzah­nungen sollen in dem Themenkomplex der Leichtbaustrukturen aus Me­tall/Faser-Kunststoff-Verbunden gebündelt werden.

Die im Rahmen der hier angestrebten DFG-Forschergruppe zu betrachtenden hybriden Leichtbaustrukturen sollen dabei auf der metallischen Seite aus dem Leichtmetall Aluminium (Al) (und Al-Legierungen) sowie Stahl bestehen. Auf der Seite der Faser-Kunststoff-Verbunde sollen zunächst kontinuierlich kohlenstofffaserverstärkte Thermoplaste (CFK) betrachtet werden. Der Fokus der DFG-Forschergruppe soll hier nun insbesondere auf der Fügetechnik sowie der Charakterisierung und der Modellierung der Fügezonen zwischen den hybriden Verbundpartnern liegen.

Im Rahmen der Herstellung soll sich die angestrebte DFG-Forschergruppe aus der Bandbreite möglicher Fügetechniken auf die für thermoplastische Faser-Kunststoff-Verbunde innovativen Schweißtechniken konzentrieren. Aufgrund bereits bestehender Kompetenzen wurden hierzu das Induktionsschweißen (IS), das Wärmeimpulsschweißen (WS) sowie das Ultraschallschweißen (US) ausgewählt.

Ein weiterer Fokus der DFG-Forschergruppe ist die Eigenschaftsanalyse der so gefertigten hybriden Verbundstrukturen unter besonderer Berücksichtigung der Vorgänge in der Fügezone. Hierbei besteht ein Schwerpunkt in der Anwendung gleichartiger Prüfmethoden auf die verschiedenen Verbunde unter Verwendung innovativer experimenteller Techniken.

Schließlich sollen die so gewonnenen Erkenntnisse zur Modellierung sowie insbesondere zu der darauf aufbauenden numerischen Simulation von hybriden Leichtbaustrukturen aus Metall/Faser-Kunststoff-Verbunden verwendet werden. Die zuverlässige numerische Simulation von Leichtbaustrukturen soll langfristig die Vermeidung umfangreicher zerstörender Prototypprüfungen ermöglichen.

Die erste Antragsphase soll sich dabei den technologischen Aspekten der Herstellung sowie der grundlagenorientierten wissenschaftlichen Ermittlung relevanter Haftungsmechanismen in den Fügezonen und deren Simulation widmen. Weitere, in diesem Zusammenhang zentrale Aspekte, wie beispielsweise der Einfluss von Eigenspannungen, das Langzeitverhalten unter verschiedenen Umgebungsbedingungen, das Verhalten unter zyklischer Beanspruchung mit unterschiedlichen Verformungsgeschwindigkeiten oder etwa Fragestellungen der nachträglichen Flexibilisierung oder Umformung der Verbindungen etc. sollen gegebenenfalls in einer zweiten Antragsphase betrachtet werden.