Verbindungstechnik / Schweißen

Können Kunststoffbauteile aufgrund Ihrer Komplexität nicht in einem einzelnen Fertigungsschritt hergestellt werden wird der Einsatz von Fügetechnologien erforderlich. Das Schweißen bringt die Vorteile einer stoffschlüssigen und mediendichten Verbindung mit sich, die ohne den Einsatz von Zusatzwerkstoffen eine hohe Lastübertragung ermöglicht. Das Vibrationsschweißen thermoplastischer Kunststoffe ist gekennzeichnet durch kurze Zykluszeiten, Energieeffizienz, Eignung für große Teile und gute Reproduzierbarkeit. Das Infrarotschweißen bietet den Vorteil, dass die Erwärmung der Fügeflächen berührungslos erfolgt und somit das Schweißen von Kunststoffen mit höherer Temperaturbeständigkeit in einem 2-Stufen-Verfahren ohne Anhaften der entstehenden Schmelze an einem Heizelement möglich ist. Neben dem reinen Infrarotschweißen von Kunststoffen werden Infrarotstrahler auch erfolgreich zur Vorwärmung bzw. Vorplastifizierung in Kombination mit dem Vibrationsschweißen eingesetzt. Bei der Kombination dieser beiden Schweißverfahren werden die Fügeflächen vor dem eigentlichen Reibprozess mit einem Infrarotstrahler berührungslos aufgeschmolzen und nach dem Aufbau einer geringen Schmelzeschichtdicke von 0,1 bis 0,2 mm wird der Strahler zwischen den Bauteilen herausgefahren und anschließend der Reibprozess gestartet. Dadurch, dass der Reibprozess in der Schmelze startet (keine Trockenreibphase), besteht die Gefahr der Partikelabgabe nicht mehr.

Das Fügen von endlosfaserverstärkten Thermoplast/Metall-Hybridbauteilen unter Verwendung von pinartigen Strukturen bietet durch den Formschluss der Fügeteile erhebliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Klebe- und Reibverbindungen. Diese Methode ermöglicht eine größere Flexibilität bei der Anpassung von Prozessparametern oder der Verwendung unterschiedlicher Materialien. So entsteht eine flexible Produktionskette, die es ermöglicht, schnell und effizient auf Produktionsschwankungen oder veränderte Belastungsanforderungen zu reagieren. Darüber hinaus tragen der Verzicht auf zusätzliche Hilfsstoffe und die erhöhte Effizienz im Produktionsprozess zu einer nachhaltigeren Fertigung bei. Die Kombination dieser Faktoren erhöht die Anpassungsfähigkeit und Nachhaltigkeit bei der Produktion von Hybridbauteilen, was insbesondere in dynamischen Produktionsumgebungen von Vorteil ist.

Forschungsarbeiten am LKT befassen sich u.a. mit der Untersuchung der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen in der Fügezone, der Entwicklung von Strategien zur Online Qualitätssicherung sowie mit verschiedenen Möglichkeiten zur Herstellung von Mischmaterialverbunden, wie dem Schweißen von Thermoplasten ungleicher Art (z.B. Standardthermoplast mit Hochtemperaturthermoplast), FVK- Metallverbunden sowie der Verbindungstechnik von duroplastischen Kunststoffen. Weiterhin werden Untersuchungen zur Herstellung von Mischmaterialverbindungen zwischen zueinander haftungsinkompatiblen Kunststoffen durchgeführt.

---

Transregio 285

• Methodenentwicklung zur mechanischen Fügbarkeit in wandlungsfähigen Prozessketten
• Homepage: TRR 285
• Beitrag des LKT in C01: Hilfs­fü­ge­teil­frei­es Fü­gen mittels beanspruchungs- und materialangepasste Pin-Strukturen
• Ansprechpartner am LKT: Jan Gavelek, M.Sc.

---