Erhöhung der Fügepunktsteifigkeit durch Z-Pins beim mechanischen Fügen von FVK-Metall-Hybridstrukturen

Die mechanisch gefügte Überlappverbindung stellt in der konstruktiven Gestaltung von Fügestellen die einfachste und vielseitigste Art der Verbindung zwischen gleichen und ungleichen werkstofflichen Fügepartnern dar. Kombinationen aus Metall und Faserverbundkunststoffen (FVK) werden dabei momentan fast ausschließlich als Scher-Lochleibungsverbindung (SL) ausgelegt oder mit Behelfskonstruktionen (bspw. Inserts - metallische Einlegeelemente in FVK-Strukturen) realisiert. SL-Verbindungen übertragen Lasten aufgrund einer punkt- bzw. linienförmigen Anlage des Fügeelements an der Vorlochwandung, was zum Versagen des Fügeelements oder des Bauteils führt. Eine Alternative stellen gleitfest vorgespannte (GV)-Verbindungen dar. Die Betriebslasten werden dabei nicht über das Fügeelement, sondern über die in der Kontaktfläche der Bauteile wirkenden Reibkräfte, abhängig von der Vorspannkraft des Verbindungselements, übertragen (vgl. Abbildung 1).Somit steht ein größerer Querschnitt als bei SL-Verbindungen zur Lastaufnahme bereit und es stellt sich ein gutmütigeres Versagensverhalten bei gleichzeitig höher ertragbaren Betriebslasten ein. Die Art der Kraftübertragung in den Kontaktflächen erlaubt den Ausgleich größerer Toleranzen bspw. bei der Vorlocheinbringung.