Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
Versagen an tragenden Strukturen aus Faserverbund und Aluminium verhindern
Der Einsatz von Verbundwerkstoffen in tragenden Anwendungen nimmt in verschiedenen Industriezweigen kontinuierlich zu, insbesondere im Eisenbahn-, Automobil-, Luft- und Raumfahrt- sowie im Windkraftsektor. Wenn nur kleinste Schäden, wie Risse an tragenden Strukturen auftreten, sind Reparaturen zwingend erforderlich, um sogenanntes Ermüdungsrisswachstum zu verhindern, welches im schlimmsten Falle zu strukturellem Versagen führen kann. Patch-Klebungen bieten hierbei ein vielversprechendes Potenzial. Auch bei Aluminiumleichtbaustrukturen erweisen sich Patch-Klebreparaturen als äußerst effektiv. Geklebte Reparaturen bieten im Vergleich zu gängigen Reparaturmethoden wie Nieten oder Schweißen gleich mehrere Vorteile.
Vorteile von geklebten Reparaturen
Um im Schadensfall eine Rissausbreitung zu verhindern und die mechanischen Eigenschaften einer Struktur, wie beispielsweise einer Faserverbundaußenhaut eines Flugzeugs wiederherzustellen, empfiehlt sich eine Flächenreparatur mittels Kleben.
Geklebte Reparaturen zeichnen sich nicht nur durch ihr geringeres Gewicht aus, sondern bieten auch eine ansprechende Optik sowie verbesserte aerodynamische Eigenschaften im Vergleich zu herkömmlichen Reparaturmethoden.
Am Fraunhofer IFAM wurde die mechanische Leistungsfähigkeit verschiedener Reparaturgeometrien unter dynamischer Belastung erfolgreich untersucht. Prüfungen an geschäfteten, geklebten Reparaturverbindungen im akkreditierten Prüflabor ermöglichten validierte Lebensdauerprognosen.
Modellierung und Vorhersage des Patch-Reparaturverhaltens
Die Vorhersage, wie sich die Patch-Reparatur nach dem Aushärten verhalten wird oder wann ein etwaiger Schaden auftritt, ist der Schlüssel für eine korrekte Auslegung. Das Fraunhofer IFAM hat hierfür verschiedene Versagensmodelle entwickelt, mit denen wir das Versagensverhalten von geklebten Verbindungen unter verschiedenen Belastungsbedingungen vorhersagen können und damit potenzielle Schadensmechanismen simulieren.
Auch für die Reparatur von Aluminium-Flugzeugrümpfen eignen sich Patch-Klebreparaturen. Aufgrund des zyklischen Druckwechsels zwischen Start, Flugbetrieb in entsprechender Höhe und Landung eines Flugzeugs unterliegen kleinste Materialfehlstellen und Risse in der Außenhaut einem zyklischen Wachstumsprozess, der als Ermüdungsrisswachstum bezeichnet wird. Dass dieses Wachstum durch Patch-Reparaturklebungen aufgehalten werden kann, konnte durch eine Kombination aus mechanischen Prüfungen und Simulationen am Fraunhofer IFAM bewiesen werden.
Wir unterstützen Sie bei Ihren klebtechnischen Projekten mit unserem Know-How und unserem Prüflabor, z.B.
- Unterstützung bei der Entwicklung von sicheren, wirtschaftlichen und nachhaltigen Reparaturkonzepten mittels Kleben
- Mechanische Prüfung von Klebverbindungen und Faserverbund-Reparaturen
- Experimentell gestützte Lebensdauerabschätzung als Voraussetzung für die Zulassung von Faserverbund-Reparaturklebungen
Außerdem entwickeln unsere Expertinnen und Experten biobasierte Klebstoffe, die sowohl für die Patch-Klebreparaturen als auch als Matrixmaterial für Faserverbunde verwendet werden können.