Bauteile aus einem Verbund von unterschiedlichen Werkstoffen gewinnen in der industriellen Anwendung immer größere Bedeutung. Die gezielte Kombination der positiven Werkstoffeigenschaften erlaubt eine effiziente, den steigenden Anforderungen angepasste, Konstruktion. Insbesondere wo Bauteile leicht, stabil und gegen Korrosion geschützt sein müssen, wie zum Beispiel in der Automobil- oder Luftfahrtindustrie, bietet sich die Kombination von Kunststoffen und Metall an.
Der wachsende Anteil von Polymeren und der Anstieg weiterer Materialien am Fahrzeug und der damit einhergehende Rückgang von konventionellem Stahl resultiert in eine Multi-Material-Bauweise, für die geeignete Fügetechniken definiert werden müssen. Beim Fügen der verschiedenen Materialien hat die genutzte Fügetechnik einen großen Einfluss auf die Kosten und stellt gleichzeitig eine technische Herausforderung dar, da die Verbindung der Werkstoffe oft die Schwachstelle des Bauteils darstellt.
Aus diesem Grund bedarf es erhöhtem Forschungs- und Entwicklungsaufwand, um die bestehenden Verfahren aus technischer und wirtschaftlicher Sicht zu verbessern sowie neue Verfahren zu entwickeln und zu verifizieren. In dieser Arbeit wird nach einem Kapitel zum Stand der Technik über die Verbindung von Kunststoffen und Metall, eine Auswertung einer Versuchsreihe zu einer speziellen Fügetechnik, dem “InterLayer” Prozess, durchgeführt.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Motivation und Zielsetzung
- Stand der Technik - Metall-Kunststoff-Verbindungen (MKV)
- Grundlagen der Adhäsion und Kohäsion
- Fertigungsverfahren, Definitionen und Wirkprinzipien
- Laserschweißen und Laserdurchstrahlschweißen
- Laserbasiertes Metall-Kunststofffügen
- Laserstrahl-Kunststoffnieten
- Laser Assisted Metal and Plastic Joining (LAMP)
- Thermisches Direktfügen
- LIFTEC
- InterLayer-Prozess
- Mögliche Anwendungsbereiche
- Stand der Forschung des InterLayer Prozesses
- Konkretes Anwendungsbeispiel
- Experimentelle Machbarkeitsstudie - InterLayer-Prozess
- Versuchsaufbau
- Probenkörpercharakterisierung
- Experimentelle Analyse
- Probekörper
- Ergebnis der optischen Eigenschaften von PEEK
- Ergebnis der thermischen Eigenschaften von PEEK
- Versuchsdurchführung
- Auswertung des Fügeprozesses
- Fehlerbetrachtung
- Fehlerfortpflanzung
- Bestimmung des Prozessfensters
- Zusammenfassung und Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit analysiert die technische Machbarkeit und den Stand der Technik der lasergestützten Metall-Kunststoff-Verbindung. Sie untersucht dabei den "InterLayer"-Prozess und seine Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im Hinblick auf die Gewichtsreduktion im Automobilbau.
- Stand der Technik in der Metall-Kunststoff-Verbindung
- Die Funktionsweise des "InterLayer"-Prozesses
- Experimentelle Machbarkeitsstudie mit PEEK und Aluminium
- Bewertung der Prozessparameter und des Prozessfensters
- Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten
Zusammenfassung der Kapitel
Das erste Kapitel führt in die Thematik der Metall-Kunststoff-Verbindung ein und erläutert die Motivation und Zielsetzung der Arbeit. Es wird die steigende Bedeutung von Verbundwerkstoffen im Fahrzeugbau und die Herausforderung der stoffschlüssigen Verbindung von Metallen und Kunststoffen beleuchtet. Das zweite Kapitel widmet sich dem Stand der Technik. Es werden die Grundlagen der Adhäsion und Kohäsion sowie verschiedene Fertigungsverfahren für Metall-Kunststoff-Verbindungen vorgestellt. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf laserbasierten Fügetechniken und deren Anwendung in verschiedenen Industriezweigen. Im Fokus steht der "InterLayer"-Prozess, dessen Funktionsweise, mögliche Anwendungsbereiche und der aktuelle Stand der Forschung erläutert werden. Das dritte Kapitel beschreibt die experimentelle Machbarkeitsstudie. Es werden der Versuchsaufbau, die Probekörper, die Versuchsdurchführung und die Auswertung des Fügeprozesses ausführlich dargestellt. Das vierte Kapitel fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Metall-Kunststoff-Verbindung, Laserfügen, InterLayer-Prozess, PEEK, Aluminium, Prozessfenster, Machbarkeitsstudie, Gewichtsreduktion, Fahrzeugbau.
- Citation du texte
- Nicolas Ürlings (Auteur), 2021, Stand der Technik und experimentelle Machbarkeitsstudie zur lasergestützten Metall-Kunststoff-Verbindung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1431048
