P 1374 – Ultraschall unterstütztes Bearbeiten von Hypridwerkstoffen

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ISBN: 978-3-96780-077-7 Kategorien: ,

Beschreibung

P 1374 – Ultraschall unterstütztes Bearbeiten von Hypridwerkstoffen

Im Rahmen des europäischen Gemeinschaftsforschungsprojektes beschäftigte sich das Projektkonsortium bestehend aus dem Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung IVV sowie der Politechnika Wrocławska (PWr) und dem Belgian Welding Institut (BWI) mit der Erforschung von neuartigen Methoden zum ultraschallunterstützen Fügen von Metall-Kunststoff-Verbunden (MKV). Die im Rahmen des Forschungsprojektes untersuchten MKV bestehen aus zwei metallischen Decklagen und einer  polymeren Kernschicht. Diese Werkstoffklasse spielt eine wichtige Rolle für Leichtbauprodukte. Sie bieten, auf Grund ihrer hervorragenden spezifischen Steifigkeit sowie guten thermischen Isolationseigenschaften und hohem akustischen Dämpfungsvermögen ein hohes Subsitutionspotenzial für  monolithsiche metallische Wersktoffe. Eine wesentliche Herausforderung stellt das Fügen von MKV an metallische Strukturen dar. Auf Grund der spezifischen Eigenschaften der MKV ist der Einsatz konventioneller Fügetechniken (z. B. Punktschweißen, Clinchen oder Halbhohlstanznieten) limitiert bzw. nur mit einem erhöhten technischen Aufwand möglich. Das Hauptziel von HybriSonic war die Anwendung angepasster und verbesserter konventioneller Fügetechnologien auf MKV ohne eine signifikante Erhöhung der Prozesszeit oder Verschlechterung der Verbindungsqualität. Der grundlegende Ansatz ist das lokale Aufschmelzen der Polymerschicht durch Ultraschallwellen und die Verdrängung des geschmolzenen Materials durch Druck auf die Deckbleche.
Zu diesem Zweck wurden zwei verschiedene Strategien untersucht. Beim ersten Ansatz (einstufiger Ansatz) wird das Fügewerkzeug direkt von Ultraschallwellen überlagert und die Polymerschicht wird während des Fügeprozesses aufgeschmolzen und aus der Fügezone verdrängt. Dieser Ansatz wurde für das Clinchen und das Widerstandspunktschweißen verfolgt. Bei Verfahren wie dem Halbhohlstanznieten oder dem Reibrührpunktschweißen kann das Fügewerkzeug nicht zur Einkopplung der Ultraschallwellen in den MKV verwendet werden. Für diese Fügeverfahren wurde ein zweiter, zweistufiger Ansatz untersucht. Dabei wird die Polymerschicht im Fügebereich in einem vorgeschalteten Prozessschritt der Blechumformung verdrängt. Anschließend können die MKV als monolithische Werkstoffe gefügt werden.
Die untersuchten Ansätze wurden für eine Vielzahl repräsentativer industrieller Werkstoffkombinationen und Produkte validiert und es wurden die Vorteile und Grenzen der Technologie erfasst. Es wurden systematische und objektive Erkenntnisse über die Anwendbarkeit dieser neuartigen Fügekonzepte für industrielle Anwendungen gewonnen.

Veröffentlichung:
2022

Autoren:
Prof. Dr.-Ing. W.-G. Drossel, Prof. Dr.-Ing. J.-P. Majschak