Aktuelle Herausforderungen der Fügetechnik im Leichtbau

Autoren: Dr. Wolf Georgi, Dr. Jonny Kaars, Reza Kaboli, Prof. Peter Mayr

Einleitung

Abbildung 1: Maximal übertragbare Kräfte einer Einpunkt-Clinchverbindung zwischen Metall und Kunststoff in Abhängigkeit der Restfeuchte des Kunststofffügepartners zum Fügezeitpunkt

Die Fügetechnik ist nach DIN 8580 ein Teil der Fertigungsverfahren und hat die Aufgabe, Lösungen für das Verbinden verschiedenster Werkstoffe bereitzustellen. Die Palette der Fügeverfahren wird dabei ständig weiterentwickelt und an neue Werkstoffsituationen angepasst. Der aktuelle Trend zum Leichtbau stellt dabei auch große Herausforderungen an die Fügetechnik. So sind auf der einen Seite thermische Fügeverfahren zu nennen, die für hoch- und höchstfeste Stähle geeignet sein müssen oder an das Fügen von Leichtmetallen angepasst werden müssen. Auf der anderen Seite stehen mechanische Fügeverfahren, welche es ermöglichen metallische Werkstoffe, natürliche Werkstoffe oder auch Kunststoffe nicht nur mit sich selbst sondern auch untereinander zu verbinden. Die Auswahl, welches Fügeverfahren für die jeweilige Fügeaufgabe in der eigenen Produktion zu verwenden ist, stellt dabei eine große Herausforderung an die Produzenten dar. Die Professur Schweißtechnik an der Technischen Universität Chemnitz beschäftigt sich unter anderem mit Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bei Fügeaufgaben im Leichtbau. Im vorliegenden Artikel wird ein kleiner Einblick in verschiedene Projektschwerpunkte der Professur gegeben. Hierbei werden auch Themen angesprochen, die den Fügeprozess im Vorfeld und übergeordnet betrachten. Weiterführende Informationen sind unter https://www.tu-chemnitz.de/mb/SchweiTech/ zu finden. Weiterlesen

Erzeugung von Hybridbauteilen aus additiv gefertigten Kunststoffbauteilen und metallischen Grundkörpern mittels laserbasiertem Schmelzkleben

Bild 1: Schematische Darstellung des Verfahrensprinzips

Die Nachfrage nach Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen nimmt seit Jahren zu. Hybridbauteile ermöglichen dabei durch eine optimale Ausnutzung der unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften von Kunststoffen und Metallen an verschiedene Lastfälle angepasste lokal variable Bauteileigenschaften. Neben konventionellen Fertigungsverfahren, wie dem Verkleben der unterschiedlichen Werkstoffe, stellt das laserbasierte Schmelzkleben einen vielversprechenden und innovativen Ansatz dar [1]. Der Prozess ermöglicht eine flexible und berührungslose Herstellung von Kunststoff-Metall-Hybriden. Die verschleißfreie Wirkungsweise des Laserstrahls führt zu einer lokalen, berührungslosen Erwärmung des zu fügenden Metalls (Bild 1). Das darunterliegende Kunststoffbauteil wird aufgrund der Wärmeleitung lokal aufgeschmolzen und benetzt unter Druck die metallische Oberfläche, sodass nach einer Abkühlphase eine feste Verbindung zwischen den Werkstoffen ohne den Einsatz eines zusätzlichen Klebstoffs entsteht. Weiterlesen

Kunststoffschweißprozesse

Autoren:
Dipl.-Ing. Christopher Pommer, SKZ, Würzburg
Dr. Benjamin Baudrit, SKZ, Würzburg
M.Sc. Heinrich Leicht, SKZ, Würzburg
Dr.-Ing. Peter Heidemeyer, SKZ, Würzburg
Prof. Dr.-Ing. Martin Bastian, SKZ, Würzburg

Im Rahmen eines öffentlich geförderten Forschungsprojektes wurde die Einsatzmöglichkeit der passiven Thermographie im Bereich des Schweißens von Kunststoffen untersucht. Während diverser Fügeprozesse wurde die entstehende Temperatur mithilfe einer Wärmebildkamera protokolliert und zeitgleich von einer eigens entwickelten Software ausgewertet. Durch die Bestimmung der thermischen Eigenschaften und der Emissionskoeffizienten der untersuchten Materialien konnten in den Aufnahmen korrekte absolute Temperaturen angezeigt werden. Die passive Thermographie wurde an vier verschiedenen Schweißverfahren geprüft. Industrielle Anwendungen der passiven Thermographie als zerstörungsfreie Prüfmethode (ZfP) bzw. als Prozessüberwachungswerkzeug zeigen bereits den Erfolg und die vielversprechenden Möglichkeiten im Bereich des Kunststoffschweißens. Weiterlesen

Metallfügen mittels Laserstrahlung

Abbildung 1: Querschliff eines laserstrahlgeschweißten Folienstapels aus korrosionsbeständigen Stählen

Autor: Vincent Mann, M.Sc., SFI

Moderne Produkte enthalten heutzutage eine Vielzahl an Kontaktstellen, durch die einzelne Komponenten miteinander verbunden sind. Neben form- und reibschlüssigen Fügeverfahren, wie beispielsweise dem Verschrauben, spielen stoffschlüssige Verbindungen eine wichtige Rolle. Insbesondere im Kontext des Leichtbaus oder steigender Anforderungen an die Baugruppen kann durch den Einsatz stoffschlüssiger Fügeverfahren das Gewicht durch den Wegfall von Verbindungselementen wie Schrauben oder Nieten reduziert oder zumindest konstant gehalten werden. Dabei stellt das Schweißen neben dem Hart- und Weichlöten die bedeutendste Fügetechnologie dar. Diese untergliedert sich wiederum in eine Vielzahl verschiedener Verfahren, deren Eignung für den jeweiligen Anwendungsfall geprüft werden muss. Aktuell kommen im Stahl- und Kranbau hauptsächlich konventionelle Verfahren, wie das MSG-, WIG- und E-Hand-Schweißen zum Einsatz, da die Stückzahlen gering sind und der Schweißprozess meist durch Fachpersonal manuell durchgeführt werden muss. Weiterlesen

Das perfekte Klebe-Doppel

Beim Einkleben des Tanks in der Endmontage führt der Facharbeiter den Tank mit Hilfe eines Manipulators an einen Drehtisch, reinigt ihn, bringt ihn in die richtige Position und übergibt ihn zur weiteren Bearbeitung an den LBR iiwa.

Zwei sensitive KUKA Leichtbauroboter LBR iiwa arbeiten Hand in Hand mit den Werkern bei Klebeverfahren der Firma Dürr

Die Dürr AG ist ein weltweit führender Maschinen- und Anlagenbauer mit Stammsitz im baden-württembergischen Bietigheim-Bissingen. In enger Zusammenarbeit mit den Kunden entwickelt Dürr mit rund 16.000 Mitarbeitern an 92 Standorten in 28 Ländern integrierte Gesamtkonzepte für hocheffiziente Fertigungsprozesse. Zirka 60 Prozent des Umsatzes entfallen auf das Geschäft mit Automobilherstellern und -zulieferern. Als Lieferant schlüsselfertiger Anlagen für automatisierte Klebeprozesse entwickelt Dürr für die Automobilindustrie Roboterzellen mit Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK). Weiterlesen

Lötgerechte Prozessauslegung zur Sandwichherstellung

Motivation und Zielsetzung

Leichtbau ist Gegenstand der Forschung mit dem Ziel eines verantwortungsvollen Umgangs mit Ressourcen. Hierbei sind Gewichts-, aber auch Materialeinsparungen als Vorteile zu nennen. Bei auftretender Biegebeanspruchung werden diese Vorteile wirkungsvoll durch den Einsatz von Sandwichstrukturen umgesetzt. Sandwichstrukturen erhalten ihre hohe gewichtsspezifische Biegesteifigkeit, indem dehnsteife Materialien in den hochbelasteten Außenschichten der Struktur angeordnet werden. Der für ein hohes Biegewiderstandsmoment nötige Abstand der Deckbleche kann durch Abstandshalter oder Füllstoffe erreicht werden. Bei der vorliegenden Sandwichstruktur (Abbildung 1 a) wird der Deckschichtabstand durch kragengezogene Verbindungselemente (Abbildung 1 b) eingestellt. Mit der vorliegenden Bauweise kann ohne zusätzlichen Werkstoff die ertragbare Maximalkraft im 3-Punkt-Biegeversuch mehr als verdoppelt werden. Weiterlesen

Hybrides Flach-Clinchen nachwachsender Rohstoffe

Um den Anforderungen des Klimaschutzes und der Ressourceneffizienz gerecht zu werden, ist es erforderlich, die Entwicklung intelligenter Leichtbaukonzepte voranzutreiben. Perspektivisch soll der Einsatz nachwachsender Rohstoffe wie Holz gesteigert werden und auch mit konventionellen Leichtbauwerkstoffen wie Aluminium kombiniert werden. Dafür müssen neuartige Fügeverfahren entwickelt werden, beziehungsweise existierende Verfahren für die Herausforderungen des Fügens von nachwachsenden Rohstoffen modifiziert werden.

Nahezu alle konventionellen Holzfügeverfahren besitzen den entscheidenden Nachteil, dass zur Verbindungsherstellung zusätzliche Hilfsmittel eingebracht werden müssen (Schraube, Nagel, Klebstoff etc.). Im Gegensatz dazu steht das Flach-Clinchen. Bei diesem mechanischen Fügeverfahren wird eine form- und kraftschlüssige Verbindung durch die gezielte Umformung der Fügepartner erzeugt. Weiterlesen

Scientific Reports: Forscher entwickeln „blitzartige“ Alternative zum Löten von Elektronikbauteilen

Auf den Mikroprozessoren von Smartphones befinden sich zahlreiche winzige Lötpunkte. Sie verbinden die integrierten Schaltkreise mit dem Elektroniksystem und leiten den Strom hindurch. Da Mobilgeräte heute immer flacher, aber auch leistungsfähiger werden, können sie bei intensivem Betrieb erheblich erhitzen. Dann werden ihre winzigen Lötpunkte zur Schwachstelle im System. Materialforscher der Universität des Saarlandes haben jetzt mit Kollegen in Helsinki ein neues Material entdeckt, das solche Bauelemente und Werkstoffe durch eine blitzartige chemische Reaktion zusammenzufügen kann. Die Forschungsergebnisse wurden online in den Scientific Reports des US-Fachmagazins Nature veröffentlicht. Weiterlesen

EJOT TSSD® – Die innovative Verbindungslösung für Leichtbau-Werkstoffe

EJOT TSSD® – Sichere Verbindungslösung für Waben- und Schaumwerkstoffe

EJOT TSSD® – Sichere Verbindungslösung für Waben- und Schaumwerkstoffe

Das Trendthema „Leichtbau“ ist ein zentraler Ansatzpunkt branchenübergreifender Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten. So werden im Automotive-Bereich intelligente Leichtbaukonzepte von entscheidender Bedeutung für die Einhaltung neuer CO2-Ziele sein. Zur Umsetzung zukünftiger Leichtbau-Strategien sind die Gestaltung und der Montageprozess der verwendeten Verbindungselemente von entscheidender Bedeutung. Bei diesen neuen Anwendungen werden zunehmend leichte und trotzdem höchst belastbare Materialien, wie Waben- und Schaumkernstrukturen mit diversen Deckschichten sowie CFK- und GFK-Werkstoffe, eingesetzt. Weiterlesen

Neue jetbare Leitklebstoffe von Panacol

Elecolit dosieren im Jetverfahren - Foto PanacolAuf der Productronica in München präsentiert Panacol neue Leitklebstoffe mit verbesserter Leitfähigkeit, die auch im Jetverfahren applizierbar sind und sich durch Snap-Curing schnell aushärten lassen.

Panacol hat seine Elecolit®-Reihe leitfähiger Klebstoffe weiterentwickelt: dank neuer und innovativer Füllstoffe sowie optimierten Härtersystemen sind jetzt Klebstoffe mit verbesserter Leitfähigkeit erhältlich, die per Jetverfahren aufgetragen werden können. Neue Härter erlauben zudem, viele 1K-Epoxidklebstoffe im Snap-Cure-Verfahren innerhalb von Minuten auszuhärten. Weiterlesen