Endlosfaserverstärkte thermoplastische Faserverbundkunststoffe können zum aktuellen Stand der Technik nicht vollständig leichtbaugerecht verbunden werden. Zur Erzielung der Grundfestigkeit des Laminats durch Schweißen oder Kleben werden große Überlappbereiche benötigt. Auch eine Einbringung von Löchern für Bolzenverbindungen schwächt den Verbund oder muss aufwendig vollzogen werden.
Ein neues integratives Fügeverfahren ist das sog. Nähschweißen, das den Schweiß- mit dem Nähprozess vereinigt. Die Kombination dieser zwei etablierten Prozesse soll ein neuartiges Fügeverfahren generieren, das Potenzial hat, hochfeste Verbindungen herzustellen. Weiter eröffnet das Nähschweißen die Möglichkeit, individuell anpassbare und lokale Verstärkungen in Bauteile einzubringen.
rechts: Trägerstruktur mit Aramid-Naht-Verstärkung im Flanschbereich (Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Kunststofftechnik)
Das in diesem Vorhaben etablierte Nähschweißkonzept nutzt die Beweglichkeit der Fasern in der Schmelze zum Einbringen von Endlosfasern über die Fügestelle hinweg. Zur Umsetzung des Projekts musste zunächst eine geeignete modulare Versuchsanlage entwickelt werden, auf der sowohl der Schweiß- als auch der Nähprozess umgesetzt werden konnte.
Die komplexen Zusammenhänge einzelner Parameter im Nähschweißen wurden durch eine Vielzahl an Variationen sowohl bei Prozesseinstellungen als auch bei der Materialwahl erforscht. Insgesamt zeigten alle Versuche, dass nähgeschweißte Probekörper ein gutmütigeres Versagensverhalten aufweisen als rein geschweißte Referenzen. Der größte Effekt der Nahteinbringung konnte bei der Durchführung statischer Drucktests erzielt werden. Die Auswertung zeigte hier eine deutlich gesteigerte Energieaufnahme im Bereich der Nähte.
