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Die Kombination von Verfahren bringt viele Vorteile

Wissenschaftler der Professuren Kunststoffe und Schweißtechnik stellten ein neues Hybridfügeverfahren in den USA vor

  • Wolf Georgi (l.) von der Professur Schweißtechnik und Sven Friedrich von der Professur Kunststoffe stellten auf der Antec 2013 die Chemnitzer Forschungsergebnisse vor. Foto: privat

Konstruktionen von heute bestehen aus einer Vielzahl von Werkstoffen. Dabei werden nicht nur Schwer- und Leichtmetalle verbaut, sondern zunehmend auch Kunststoffe. Im Vordergrund stehen dabei zum einen die Gewichtseinsparung und somit geringerer Energieverbrauch, zum anderen können spezielle Eigenschaften lokal an gewünschten Stellen geschaffen werden. Diese Materialvielfalt stellt ganz spezielle Anforderungen an die Fügetechnik. Einen Ansatzpunkt stellen dabei so genannte Hybridfügeverfahren dar. Dabei werden einzelne elementare Fügeverfahren kombiniert, um somit die Einzelvorteile der jeweils separaten Verfahren zu kombinieren.

Ein solches Verfahren wird derzeit von Mitarbeitern der Professur Schweißtechnik und der Professur Kunststoffe der Technischen Universität Chemnitz entwickelt. Es handelt sich dabei um ein Verfahren, in welchem Tiefziehstähle aus dem Dünnblechbereich mit glasfaserverstärkten Thermoplasten schnell und einfach verbunden werden können. Dazu wird durch eine mit torsionalem Ultraschall beaufschlagte Sonotrode exakt in der Fügeebene örtlich eine Kunststoffschmelze erzeugt, die mit einer vorher speziell sensibilisierten Metalloberfläche eine Verbindung herstellt. Kombiniert wird dieses Schmelzklebeverfahren mit dem Clinchen, einem gängigen mechanischen Fügeverfahren. Der Clinchpunkt wird dabei zentral in die Mitte der Schmelzklebezone eingebracht.

Beide elementaren Verbindungsverfahren sind Überlappverbindungen und benötigen keine Hilfsfügeteile oder Zusatzstoffe. Klebverbindungen können dabei sehr hohe Scherzugkräfte aufnehmen, für Schäl- bzw. Zugverbindungsarten sind sie eher ungeeignet. Clinchverbindungen können auch solche Kräfte gut aufnehmen, da sie durch einen Hinterschnitt über einen Formschluss in Kopfzugrichtung verfügen. Kombiniert man nun diese beiden Verfahren, können sowohl in Scherzugrichtung als auch in Kopfzugrichtung größere Kräfte als bei den elementaren Verfahren übertragen werden. Vorteile dieses Verfahrens sind somit schnelle Taktzeiten, hohe Verbindungsfestigkeiten und dass kein Zusatzstoff zum Fügen benötigt wird.

Die Forschungsarbeiten werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert und von den beiden Professuren im Verbund bearbeitet. Erste Untersuchungen auf diesem Gebiet wurden von Sven Friedrich (Professur Kunststoffe) und Wolf Georgi (Professur Schweißtechnik) auf der Antec 2013 in den USA vorgestellt. Diese Veranstaltung ist ein internationaler Kongress, bei dem jährlich die neusten Entwicklungen und Forschungen auf dem Gebiet der Kunststoffe präsentiert werden. Stattgefunden hat die Antec diesmal in Cincinnati im Bundesstaat Ohio. Präsentiert wurden Untersuchungsergebnisse dieser kombiniert hergestellten Verbindungen und ein Ausblick auf weitere Forschungen. Weitere Informationen sind im Tagungsband der Antec 2013 zu finden.

Kontakt: Prof. Dr. Michael Gehde, E-Mail kunststoffe@mb.tu-chemnitz.de, und Prof. Dr. Peter Mayr, E-Mail schweisstech@mb.tu-chemnitz.de.

(Autor: Wolf Georgi)

Mario Steinebach
27.05.2013

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