Umformtechnischer Hybridfitting; im Rahmen des BMWK Verbundvorhabens: AutoFit - Automatisiertes Bestücken und zerstörungsfreies Prüfen von Rohr-Fitting-Verbindungen

Abstract

Die Einsparung von Bauteilgewicht durch Leichtbau ist ein essentieller Fokus der Luftfahrtindustrie. Ein Zweig des Leichtbaus ist die Substitution von Werkstoffen durch Werkstoffe geringerer Dichte. Dieses Konzept wurde im Rahmen des Projektes AutoFit verfolgt, in dem man bisherige Metall-Metall-Verbindungen durch Metall-Polymer-Verbindungen ersetzt hat. Da der hier verwendete thermoplastische Kunststoff Polyetheretherketon ein ausgeprägtes dehnratenabhängiges Materialverhalten aufweist, wurden die Verbindungen mittels Innenhochdruckfügen (quasi-statisch) und mittels elektromagnetischem Fügen (dynamisch) gefügt. Es zeigte sich, dass die abnehmende Duktilität des Polymers mit steigender Dehnrate unvorteilhaft ist beim elektromagnetischen Fügen. Die erzeugten Verbindungen waren alle rein formschlüssig, sodass sie für eine Anwendung in einem fluidfördernden System nicht in Frage kamen. Beim quasi-statischen Fügen zeigte sich, dass durch geeignete Wahl eines Formschlusslementes die notwendige Aufweitung zur Übertragung von Zuglasten reduziert werden kann. Die damit einhergehende reduzierte Vergleichsdehnung führt zu einer geringeren Spannungsrelaxation im Thermoplasten, wodurch der zeitabhängige Abfall der Verbindungsfestigkeit nach dem Fügen minimal war. Saving component weight through lightweight construction is an essential focus of the aviation industry. One branch of lightweight construction is the substitution of materials with materials of lower density. This concept was pursued as part of the AutoFit project, in which metal-metal compounds were replaced by metal-polymer compounds. As the thermoplastic polyether ether ketone used here has a pronounced strain rate-dependent material behaviour, the joints were joined using hydroforming (quasi-static) and electromagnetic joining (dynamic). It was found that the decreasing ductility of the polymer with increasing strain rate is unfavourable for electromagnetic joining. The joints produced were all purely form-fit, meaning that they were not suitable for use in a fluid-conveying system. In the case of quasi-static joining, it was shown that the expansion required to transfer tensile loads can be reduced by selecting a suitable form-fit element. The resulting reduced comparative elongation leads to lower stress relaxation in the thermoplastic, which minimised the time-dependent drop in joint strength after joining.