|
4235 |
|
Thursday, September 17, 2015, Saal Kopenhagen 11:45 AM Fügen von faserverstärkten Kunststoffen II |
|
Laserbasierte Fügeverfahren für faserverstärkte Kunststoffe |
|
Christoph Engelmann* / Fraunhofer Institut für Lasertechnik , Deutschland Kira van der Straeten / Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT), Deutschland Viktor Mamuschkin/ Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT), Deutschland Alexander Olowinsky/ Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT), Deutschland |
|
Die Einsparung von Rohstoffen und Energie sowohl bei der Herstellung als auch in der Nutzung von Produkten ist eine immer wichtiger werdende Herausforderung. Die Leistungsfähigkeit der Bauteile soll dabei erhalten, wenn nicht sogar erhöht werden. Dies gilt insbesondere für die Fahrzeugtechnik, bei der zur Reduzierung des Eigengewichts vermehrt innovative Leichtbaukonzepte zum Tragen kommen, die zu einer Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und umweltrelevanter Emissionen beitragen sollen. Dabei werden immer häufiger nicht ausschließlich nichttragende Karosseriebauteile aus thermoplastischen Faserverbundwerkstoffen (TP-FVK) hergestellt, sondern auch Funktionskomponenten aus dem Fahrwerksbereich und sicherheitsrelevante Bauteile aus dem Innenbereich wie beispielsweise Sitze. Um Leichtbaustrategien bezahlbar verfolgen zu können, ist zudem die Verbindung verschiedenartiger Werkstoffe eine grundlegende Anforderung. Der an die lokalen Belastungen angepasste Einsatz verschiedener Werkstoffe wie Kunststoff und Metall eröffnet neue Wege für eine Gewichtsoptimierung. Während Metalle eine hohe Festigkeit und ein duktiles Bruchverhalten aufweisen, bestehen die Hauptvorteile der Kunststoffe in ihren herausragenden gewichtsspezifischen Eigenschaften, dem günstigen Preis und in der Möglichkeit zur Herstellung komplexer Geometrien. Am Fraunhofer ILT werden seit vielen Jahren Verfahren entwickelt, um Faserverbundkunststoffe untereinander und Kunststoffe mit Metallen zuverlässig zu verbinden und somit neue Designmöglichkeiten und Gewichtseinsparungspotenziale zu erschließen. Während beim Laserdurchstrahlschweißen von faserverstärkten Kunststoffen eine direkte stoffschlüssige Verbindung erreicht wird, scheitert dies bei der Verbindung von Kunststoff und Metall an der chemischen und physikalischen Unterschiedlichkeit. Eine Anbindung durch Formschluss wird daher als Verbindungsmechanismus am ILT verfolgt. Verglichen mit anderen Fügeverfahren wie der Klebtechnik können mit den entwickelten laserbasierten Fügeverfahren thermoplastische Faserverbundkunststoffe untereinander und mit Metallen zuverlässig, schnell und berührungslos verbunden werden. Zudem ermöglichen die entwickelten Verfahren eine Vereinfachung der Prozesskette durch Einsparung von Prozessschritten. Beim Laserdurchstrahlschweißen von glasfaserverstärkten Thermoplasten lassen sich Festigkeiten von 20-25 N/mm² erreichen. Dies entspricht den Werten, die auch mit strukturellen Klebungen erzielbar sind. Die laserbasierte Kunststoff-Metall-Hybridverbindung erreicht abhängig von den verbundenen Materialien je nach Strukturanzahl und Strukturorientierung vergleichbare Werte. Information zu den Autoren: Dipl. Wirt.-Ing. Christoph Engelmann ist Teamleiter für Kunststoffbearbeitung am Fraunhofer Institut für Lasertechnik (ILT) und zuständig für den Schwerpunkt Leichtbau und faserverstärkte Kunststoffe. M.Sc. Kira van der Straeten ist wissenschaftliche Mitarbeiterin im Team Kunststoffbearbeitung mit dem Schwerpunkt Fügen von Kunststoff und Metall. Dipl. Ing. Dipl. Wirt. Ing Viktor Mamuschkin ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Team Kunststoffbearbeitung mit dem Schwerpunkt Fügen von Kunststoffen. Dr. Ing. Alexander Olowinsky ist Gruppenleiter der Gruppe Mikrofügen am Fraunhofer ILT, in welcher das Team Kunststoffbearbeitung eingegliedert ist. Kontakt: Dipl. Wirt.-Ing. Christoph Engelmann Teamleiter Kunststoffbearbeitung Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT Steinbachstr. 15, 52074 Aachen, Germany Tel +49 241 8906-217 Fax +49 241 8906-121 christoph.engelmann@ilt.fraunhofer.de http://www.ilt.fraunhofer.de |