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Wärmeleitungsfügen hybrider Kunststoff-Metall-Verbindungen

Die Entwicklung thermischer Fügeverfahren zur Verbindung von Kunststoffen mit Metallen, ohne Zusatzwerkstoff, zu einem hybriden Bauteil ist ein Ziel der Arbeitsgruppe „thermisches Fügen“ des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“. Um thermische Fügeverfahren entwickeln zu können, müssen Grundlagenerkenntnisse zu diesen Hybridverbindungen erarbeitet werden. Für die Erforschung dieser Grundlagenerkenntnisse wird eine Fügeanlage entwickelt, die es ermöglicht Thermoplaste mit Metallen entweder in Überlappkonfiguration oder stumpf zu fügen. Die Kunststoffe werden dabei lokal plastifiziert und unter einem Fügedruck auf das Metallbauteil appliziert. Die zur Plastifizierung notwendige Wärme wird über Wärmeleitung in das Metall eingebracht. Begleitend zu den Fügeversuchen wird der Fügeprozess simulativ abgebildet. Die numerische Simulation der Temperaturverläufe liefert Erkenntnisse über den Fügeprozess, welche sich messtechnisch nicht, oder nur durch nicht zu rechtfertigenden Aufwand, ermitteln ließen. Der relative Fehler der Simulation betrug 1,25%. Neben den Materialpaarungen werden vor allem auch klassische Fügeparameter, wie z. B. die Fügetemperatur, der Fügedruck oder auch die Fügezeit variiert. Als Materialien finden auf der Metallseite Edelstahl, Aluminium und verzinkter Stahl Anwendung. Als Kunststoffe werden die technischen Thermoplaste Polycarbonat, Polyamid und Polybutylenterephthalat eingesetzt. Die beiden letzteren Thermoplaste werden zudem noch glasfasermodifiziert. Die Oberflächenbeschaffenheit der Metalle hat einen wesentlichen Einfluss auf die Haftungsgüte. Um diesen Einfluss zu untersuchen wird die Rauheit der Metalloberfläche durch Sandstrahlen verändert oder es wird die Metalloberfläche mittels Laserstrukturieren gezielt mit Hinterschnitten versehen. Bei optimaler Parameterwahl sind Zugscherfestigkeiten bis in den Bereich des kohäsiven Versagens des Kunststoffpartners möglich. Die Haftungsgüte wird in Kurzzeitzugversuchen ermittelt. Es treten Bruchspannungen bis zu 35 MPa auf.

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 Dustin Flock

Dustin Flock
Lehr- und Forschungsgebiet Kautschuktechnologie (LFK)
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Informationen

Freie Schlagwörter: Kunststoff-Metall-Verbund , Leichtbau , Kunststoffbauteil , Fügen, Metallbauteil, Wärmeleitung, Hybrid , Hybridbauteil, Fügeverfahren, Verbindung
Institut / Lehrstuhl: Fakultät für Maschinenwesen der RWTH Aachen
Sprache: Deutsch
Fachgutachter: Prof. Dr.-Ing. Edmund Haberstroh (Betreuer), Prof. Dr.-Ing. U. Reisgen
Erscheinungsjahr: 2011
Anbieter: Wissenschaftlicher Arbeitskreis Kunststofftechnik (WAK) / Kunststoffe.de

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