Prozessintegrierte Verbindungsausbildung hybrider FKV-Metall-Systeme im Fließpressverfahren
Creators: name: Lückenkötter, Julian
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2025

description: Die Vereinigung artverschiedener Werkstoffe mit vorteilhaften gewichtsspezifischen Eigenschaften zu einem Hybridsystem bietet ein hohes Leichtbaupotenzial. Herausforderungen bestehen jedoch in der Wirtschaftlichkeit und der Rezyklierbarkeit. Ein vielversprechender Ansatz ist der Einsatz der Kunststoff-Metall-Hybridtechnik auf Basis des kostengünstigen Polymers Polypropylen. Durch die reversible Schmelzbarkeit ist eine effiziente Verarbeitung sowie eine Rückführung in die Wertschöpfungskette nach dem Lebenszyklus möglich. Zur Reduktion der Zykluszeiten und des Energieverbrauchs wird die Verbindungsausbildung zum Metall in den Formgebungsprozess des Kunststoffes integriert. Das Verfahren des Fließpressens wird gewählt, da es ein optimales Verhältnis aus mechanischen Eigenschaften und Gestaltungsfreiheit des Polymers bietet. Aufgrund der geringen Affinität von Polypropylen zu metallischen Werkstoffen wird ein Haftvermittler in der Grenzschicht eingesetzt, um eine leistungsstarke Fügeverbindung zu gewährleisten. Die systematische Analyse der Einflussgrößen auf die Verbindungsausbildung ermöglicht die Entwicklung von allgemeingültigen Verarbeitungsrichtlinien. Gleichzeitig wird die grundsätzliche Anwendbarkeit durch die Betrachtung betriebsrelevanter Belastungssituationen bewertet und durch Auslegungsrichtlinien ergänzt. Abschließend verdeutlicht die Analyse eines Technologiedemonstrators die Bedeutung der Haftfestigkeit für die Tragfähigkeit von Hybridstrukturen. Diese Arbeit liefert wesentliche Grundlagen für die Prozess- und Strukturoptimierung hybrider Bauteile und trägt zur wirtschaftlichen sowie nachhaltigen Fertigung von Leichtbaustrukturen bei.
description: Combining dissimilar materials with advantageous weight-specific properties into a hybrid system offers significant lightweight construction potential. However, challenges arise in terms of cost efficiency and recyclability. A promising approach is the use of plastic-metal hybrid technology based on cost-effective polymer polypropylene. Its reversible meltability enables efficient processing as well as reintegration into the value chain at the end of its life cycle. To reduce cycle times and energy consumption, the bonding process with metal is integrated directly into the shaping process of the polymer. Compression molding, as a manufacturing process, is chosen because it provides an optimal balance between the mechanical properties and design flexibility of the polymer. Due to the low affinity of polypropylene to metallic materials, an adhesive promoter is applied at the interface to ensure a strong bond. Systematic analysis of factors influencing joint formation enables the development of universally applicable processing guidelines. At the same time, the general applicability is evaluated by considering operationally relevant loading conditions, leading to the development of design guidelines. Finally, the analysis of a technology demonstrator illustrates the importance of adhesive strength for the load-bearing capacity of hybrid structures. This work provides an essential basis for the process as well as structural optimization of hybrid components, contributing to the economical and sustainable production of lightweight structures.