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Vortrag

Ultraschallunterstütztes thermisches Direktfügen von faserverstärkten Thermoplasten und Aluminium

Donnerstag (27.06.2019)
10:45 - 11:05 Uhr

Die Kombination von endlosfaserverstärkten Kunststoffen und Metallen in Multi-Material-Bauweisen bietet in den Bereichen des Leichtbaus und der Funktionsintegration großes Potential. Um die Vorteile dieser Hybridstrukturen vollständig nutzen zu können, ist eine angepasste Fügetechnik notwendig. Sie wird damit für Multi-Material-Strukturen zur Schlüsseltechnologie. Für die Kombination von thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen und Metallen stellt das thermische Direktfügen eine geeignete Verbindungstechnik dar. Direktgefügte Verbindungen kombinieren dabei faserverbundgerechte, flächige Kraftübertragung mit der Möglichkeit, dichte Verbindungen zu schaffen, ohne Hilfsstoffe oder Zusatzelemente zu benötigen.

Den Kern der direktgefügten Metall-Kunststoff-Verbindung bildet die Grenzfläche Metall/Kunststoff. Sie definiert maßgeblich die Verbindungseigenschaften und kann durch entsprechende Vorbehandlung des Metalls an die Anforderungen der Fügestelle angepasst werden. Neben der Grenzfläche stellt der Fügeprozess selbst den zweiten Haupteinfluss auf die Verbindungseigenschaften dar.

Im Rahmen dieser Arbeit wird die Verbindung von Organoblech (TEPEX dynalite 102RG-600) mit Aluminium (EN AW 6082) untersucht. Das Metall wird dabei mittels Lasermaterialbearbeitung vorbehandelt, um unterschiedliche Oberflächen zu erzeugen. Diese Fügepartner werden dann mittels ultraschallunterstütztem thermischen Direktfügen miteinander verbunden. Dabei wird neben Fügekraft, Ultraschall-Amplitude, Fügedauer und Fügetemperatur auch der Energieeintrag in das System betrachtet und ein Prozessfenster für stabile Fügeergebnisse erarbeitet.

Für die Analyse der Festigkeit werden zwei verschiedene Prüfkörpergeometrien eingesetzt: ein selbstentwickelter rotationssymmetrischer Probekörper erlaubt die Prüfung von Kopfzug- und Scherbelastung, sowie überlagerter Lastfälle an einer einzigen Probengeometrie. Zusätzlich werden Zugscherproben nach DIN EN 1465 geprüft. Die Qualität des Fügeergebnisses wird u.a. mittels Schliffbildern beurteilt. Je nach Vorbehandlung des Metalls und den Fügeparametern wurden Zugscherfestigkeiten von teilweise über 20 MPa erreicht, während die Prozesszeit bei wenigen Sekunden liegt. Aufgrund der hohen Prozessgeschwindigkeit und der erreichten Festigkeiten stellt ultraschallunterstütztes thermisches Direktfügen – insbesondere für Organobleche – eine vielversprechende Alternative zu bekannten Fügeverfahren wie dem Kleben dar.

Sprecher/Referent:
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Elmar Kroner
    Robert Bosch GmbH
  • Dominic Woitun
    Robert Bosch GmbH
  • Prof. Dr. Eckhard Beyer
    Technische Universität Dresden