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Vortrag

Induktives Fügen von oberflächenvorbehandelten Metallen mit thermoplastischen Faserkunststoffverbunden

Donnerstag (19.04.2018)
10:00 - 10:20 Uhr

10:00 - 10:20 Uhr

Thermoplastische Faserkunststoffverbunde (TP-FKV) werden aufgrund ihres Leichtbaupotentials und ihrer Großserientauglichkeit immer populärer. Bei industriellen Anwendungen müssen TP-FKV häufig mit artfremden Materialien gefügt werden. Für Multimaterialbauweisen haben sich bisher mechanische und chemische Fügeverfahren etabliert. Beim Schrauben und Nieten zerstören die dafür notwendigen Bohrungen die lasttragende Faserstruktur des TP-FKV. Kleben bringt zusätzliches Gewicht in die Hybridstruktur mit ein und ist zudem häufig mit langen Aushärtezeiten verbunden. Ein hybrides Fügeverfahren, das die Materialien ohne die Nachteile verbindet ist das induktive Fügen.

Das diskontinuierliche, induktive Fügen eignet sich somit als alternatives Verfahren zum Hybridfügen von TP-FKV mit Metallen. Eine Induktorspule erwärmt durch elektromagnetische Wechselfelder das Metall. Zeitgleich wird durch einen Konsolidierungsstempel der Fügedruck aufgebracht. Die im Metall induktiv erzeugte Wärmeenergie wird infolge von Konduktion in die Fügezone zum TP-FKV transportiert. Überschreitet die Temperatur im Metall die Schmelztemperatur des Polymers (TP-FKV) schmilzt die in Kontakt mit dem heißen Metall befindliche Polymerschicht auf. Wird die Verbindung wieder unter Schmelztemperatur gekühlt, bleibt das Polymer am Metall infolge von Adhäsion haften.

Die Anhaftung zwischen den Werkstoffen kann durch eine Oberflächenvorbehandlung der Metalle verbessert werden, wodurch höhere Verbindungsfestigkeiten erzielt werden können. Ein wichtiger Faktor beim Schweißen stellt der Einfluss der Eindringtiefe, in diesem Fall des Metalls, in den TP-FKV dar. Sowohl für unterschiedliche Oberflächenvorbehandlungen als auch den Einfluss der Eindringtiefe auf die Verbindungsfestigkeit wurden Parameterstudien und Zug-Scher-Prüfungen in Anlehnung an DIN EN 1465 durchgeführt.

Zum Einsatz kamen zwei Stahlsorten (1.0330 und 1.0338) sowie glasfaserverstärktes Polyamid 6 (GF/PA6, Köpergewebe, 600 g/m², 47% vol. Fasern) und glasmattenverstärktes Polypropylen (GF/PP, Langfasern, zufällig orientiert, 4992 g/m², 23% vol. Fasern). Die Stahloberfläche wurde mit Korund und einer definierten Körnung druckluftgestrahlt (Stahl 1.0330) bzw. laserstrukturiert (Stahl 1.0338).

Im Rahmen des Vortrags wird der Prozess des induktiven Fügens von Hybridverbunden sowie die experimentelle Ermittlung geeigneter Prozessfenster für das Fügen von Metall/TP-FKV-Verbunden präsentiert.

Sprecher/Referent:
Stefan Weidmann
Institut für Verbundwerkstoffe GmbH (IVW)
Weitere Autoren/Referenten:
  • Prof. Dr. Peter Mitschang
    Institut für Verbundwerkstoffe GmbH