Vorspannkraftrelaxationsverhalten von Schraubenverbindungen mit endlosfaserverstärkten Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden sowie dessen Verbesserung
von Marco JenneKonventionelle Verbindungstechniken für faserverstärkte Kunststoffe, wie bspw. Bolzenverbindungen, sind aufgrund der aufwändigen Vorarbeiten nicht für die Anwendung im Großserien-Automobilbau geeignet. In der Fahrzeugmontage hat sich die konventionelle kraftschlüssig wirkende Schraubenverbindung etabliert.
Die Schraubenvorspannkraftrelaxation ist ein Schädigungsmechanismus bei Schraubenverbindungen, der zu einem kompletten Funktionsverlust der Verbindung im Betrieb führen kann. Besonders häufig tritt die Vorspannkraftrelaxation bei der ungeeigneten Auslegung und der Verwendung von Leichtbauwerkstoffen auf. Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff ist ein typischer Vertreter der Leichtbauwerkstoffe und stellt aufgrund seiner Vielfalt und Komplexität bei der Verbindung mit Schrauben eine besondere Herausforderung dar. Die Wissensbasis zur vorspannkraftorientierten Auslegung solcher Verbindungen ist gering.
In dieser Arbeit wird das zeitliche Vorspannkraftverhalten von für den Automobilbau relevanten Schraubenverbindungen mit endlosfaserverstärkten Kohlenstofffaser-Kunststoff-Verbunden näher untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der Untersuchung von Einflussfaktoren wie bspw. der Montagevorspannkraft, der Umgebungstemperatur, des Faservolumengehalten und vielen mehr. Auf Basis der Erkenntnisse werden Optimierungsansätze hinsichtlich der Schraubmontage, der konstruktiven Gestaltung der Verbindung sowie der werkstofflichen Gestaltung des faserverstärkten Kunststoffes erarbeitet, welche dem Anwender helfen sollen, derartige Schraubenverbindungen mit dem Blick auf den Vorspannkrafterhalt besser auslegen zu können.
