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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Untersuchungen zum thermischen Direktfügen mittels Induktion und Laser mit dem Hintergrund der industriellen Umsetzbarkeit

Thursday (19.09.2019)
17:00 - 17:30 Uhr Musikzimmer
Bestandteil von:


Innovative Leichtbaukonzepte im Karosserie- und Flugzeugbau vertrauen zunehmend auf das Multi-Material-Design. Eine besondere Herausforderung dabei ist der Fügeprozess. Vorhandene Technologien, zum Fügen von Metallen und Kunststoffen, wie zum Beispiel Kleben oder mechanische Verbindungssysteme, sind bezüglich der Prozesszeit uneffektiv oder leiten die Kraft nicht optimal in den Werkstoff ein. Beim thermischen Direktfügen wird der thermoplastische Fügepartner erwärmt und gegen ein vorbehandeltes Metallbauteil gepresst. Durch Aufschmelzen und anschließendes Abkühlen geht der Kunststoff eine Verbindung mit dem Metall ein. Zusatzwerkstoffe sind nicht notwendig.

Technisch einfach umsetzbar und als Referenz für die anschließenden Untersuchungen dienend, jedoch durch die langen Aufheiz- und Abkühlraten uneffektiv, ist das Wärmeleitungsfügen mit Heizelementen zu nennen. Als Vorbehandlungsmethode dient ein cw-Laserstrukturierprozess, der schnell und effizient Linienstrukturen erzeugt, die bis zu 300 μm tief sind und ein großes Aspektverhältnis: Tiefe/Breite aufweisen. Die nun größtenteils formschlüssige Verbindung ermöglicht deutlich höhere Festigkeiten als bei unvorbehandelten metallischen Fügepartnern und überwindet die Delta-Alpha-Problematik.

Zunächst wurden Konzepte erarbeitet, die es ermöglichen die Fügezone schnell und lokal mittels Induktion oder Laser zu erwärmen und gleichzeitig den nötigen Fügedruck aufzubringen. Zur induktiven Erwärmung dient ein Ringinduktor, der das angrenzende Metallblech im Außenfeld erwärmt. Magnetische Feldkonzentratoren ermöglichen die Steigerung der Prozesseffizienz und die Anpassung des Erwärmungsprofils. Bei erarbeiten Konzept für die laserinduzierte, Erwärmung werden mittels Remoteoptik, Lissajous-Figuren mit einem defokussierten Laserspot abgefahren. Der Prozess ist so an beliebige Geometrien skalierbar. Mithilfe der drei Erwärmungstechnologien wurden vorbehandelte Zugscherprobekörper aus Aluminium AW6082 beziehungsweise Baustahl E355, kombiniert mit glasfaserverstärktem Polyamid 6 hergestellt und geprüft. Zur Bewertung der Verbindungsfestigkeit bei Multiaxialen Spannungszuständen dienten modifizierte Kopfzug-Scherzug-Probekörper (KS2-Proben). Die abschließend entwickelte Fügezange (HeatPressCool-Integrative: HPCI), stellt eine Möglichkeit dar, das thermische Direktfügen in die industrielle Fertigung zu überführen.

Sprecher/Referent:
Maurice Langer
Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dipl.-Ing. Philipp Götze
    Technische Universität Dresden