ISBN 9783843950763

978-3-8439-5076-3, Reihe Ingenieurwissenschaften

Jens de Freese
Untersuchung und Modellierung von Zerspanungsprozessen zur Oberflächenvorbehandlung für das strukturelle Kleben von CFK

301 Seiten, Dissertation Universität der Bundeswehr München (2021), Softcover, B5

Zusammenfassung / Abstract

Um das lasttragende Kleben von Strukturen aus Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) in der Luftfahrt umfangreich nutzen zu können, müssen Qualitätsschwankungen der Klebungen minimiert werden. Hierfür sollen zukünftig manuelle Vorbehandlungsprozesse durch automatisierte Prozesse ersetzt werden. Einer dieser automatisierten Prozesse ist das Stirnfräsen. Für eine sichere und zuverlässige Anwendung des Stirnfräsens zur Oberflächenvorbehandlung, ist jedoch ein noch genaueres Wissen über die Materialtrennung sowie die resultierenden Oberflächen im mikrostrukturellen Maßstab notwendig. Im Rahmen dieser Arbeit wurde CFK mit verschiedenen Fräs-, Schleif- und Strahlprozessen vorbehandelt. Die resultierenden Oberflächen und oberflächennahen Laminatbereiche wurden mit Hilfe von Oberflächenanalytik charakterisiert. Aus diesen Oberflächen wurden Verbunde geklebt und mit dem Kopfzugversuch geprüft. Durch die Verwendung unterschiedlich leistungsfähiger Reinigungsverfahren war es möglich die Ergebnisse weiter zu differenzieren. Für die Untersuchung der mikrostrukturellen Materialtrennung beim Fräsen wurde ein nichtlinearer Simulationsansatz entwickelt, der auch auf das Schleifen und Strahlen übertragen werden konnte. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse wurden durch bildgebende Analytik eines eigens entworfenen Schnittunterbrechungsversuchs validiert. Durch die verwendete Methodik war es möglich die Grenzflächeneffekte bei der mechanischen Vorbehandlung von CFK in verschiedene Effekte zu unterteilen und Ihre Entstehungsmechanismen zu beschreiben. Die Ergebnisse geben Aufschluss darüber, wie die Vorbehandlung durch Zerspanungsprozesse gestaltet werden muss, um reproduzierbare, qualitativ hochwertige CFK-Klebungen zu erzielen. Sie zeigen außerdem, welche Weiterentwicklungen in der Werkzeug- und Anlagentechnik notwendig sind, um die Technologie weiter in Richtung Serienanwendung voran zu treiben.