Untersuchungen zum Leichtbau mit Hilfe lasergestützter Mischbauweisen

Verkehrsträger bestehen bereits heute aus einem Materialmix, der es erlaubt, die unterschiedlichen lokalen Anforderungen optimal zu erfüllen. Dabei wurde ein wissenschaftliches Bewertungskonzept entwickelt, dass abhängig vom Verkehrsträger (Automobil, Verkehrsflugzeug und Trägerrakete) und der überwiegenden Belastung der Komponente (z. B. Festigkeit, Steifigkeit) eine Abschätzung der Gewichtseinsparung und der hierfür zulässigen Kosten für eine Werkstoffsubstitution ermöglicht. Es konnte gezeigt werden, dass sich in vielen Fällen Gewichts Einsparungen bei gleichen Eigenschaften kostendeckend über die Lebensdauer der Verkehrsträger realisieren lassen. Bei der Werkstoffsubstitution stellt sich konsequenterweise die Frage der Fügetechnik der unterschiedlichen Materialien. Eine kritische Analyse zum Stand der Technik zeigte, dass alle nichtthermischen Fügeverfahren entweder keine durchgehenden Verbindungen erzeugen (Nieten, Durchsetzfügen) oder ungelöste Probleme hinsichtlich der Handhabungstechnik und der Alterung im Einsatz aufweisen (Kleben). Verbindungen über thermische Verfahren liefern zwar durchgehende dichte Nähte, haben aber das Problem der intermetallischen Phasensäume. Aus Betrachtungen zur Gefügeausbildung beim thermischen Fügen konnten drei verschiedene Verbindungsverfahren von Werkstoffkombinationen abgeleitet werden, die sich mit Hilfe der Lasertechnik realisieren lassen. Eine mathematische Simulation ermöglichte neben einer Bestätigung der experimentellen Ergebnisse eine Extrapolation der Prozessfenster auf höhere Laserleistungen bzw. gab Hinweise für die Richtung von Prozessoptimierungen. Um die erforderliche Prozesssicherheit zu gewährleisten, wurden fertigungstechnische Aspekte, wie die Realisierung eines Bearbeitungskopfes und eine angepasste Spanntechnik bearbeitet. Eine Bewertung der drei Verfahrensvarianten ergab, dass die Variante zum Fügen im Überlappstoß, zum einen die besten Ergebnisse hinsichtlich der mechanisch-technologischen Eigenschaften liefert und zum anderen die flexibelste Methode für das Fügen der drei untersuchten Werkstoffkombinationen darstellt. Im letzten Abschnitt, belegte eine Reihe von Anwendungsstudien das Potential der entwickelten Technologien zum Fügen von Werkstoffkombinationen für einen späteren industriellen Einsatz.