Prinzipielle Darstellung des thermischen Direktfügens
Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik (ISF) der RWTH Aachen University
Durch den anhaltenden Trend in Richtung Mischbauweise zwecks Realisierung von Leichtbaukonzepten gewinnt die Wahl der jeweils geeigneten Fügetechnik immer mehr an Bedeutung. Es stellt sich die Frage, ob das thermische Direktfügen von Metallen und Kunststoffen eine Alternative zur Klebtechnik oder zu mechanischen Verfahren darstellen könnte.
Bereits die unterschiedlichen Schmelzpunkte von Metallen und Kunststoffen schließen ein Verschweißen der beiden Materialien aus. Zum Verbinden von Kunststoff- und Metallhalbzeugen werden aktuell deshalb insbesondere mechanische Methoden und die Klebtechnik eingesetzt.
Bei den mechanischen Verfahren kommen unter anderem Niet-, Clinch- und Bolzenverbindungen zum Einsatz. Die Vorteile dieser Verfahren begründen sich insbesondere in den niedrigen Investitionskosten, den kurzen Prozesszeiten und der hohen Prozesssicherheit. Im Gegenzug erfolgt bei den meisten Verfahren eine Schädigung der Materialien, sodass das Potential der beiden Werkstoffe nicht vollständig ausgenutzt werden kann. Weiterhin besteht aufgrund unterschiedlicher Materialkombinationen und der entstehenden Spalte ein erhöhtes Korrosionspotential.
Alternative zum Kleben?
Beim Einsatz der Fügetechnologie Kleben kann bekanntlich durch eine stoffschlüssige, flächige Verbindung eine sehr gleichmäßige Spannungsverteilung senkrecht zur Belastungsrichtung geschaffen werden. Ferner ist es möglich, aufgrund der Vielzahl der zur Verfügung stehenden Klebstoffsysteme annähernd alle Materialien sicher zu verbinden. Nachteilig sind aber die zum Teil langen Prozesszeiten, die insbesondere durch den Aushärteprozess und die Bauteilfixierung, aber auch durch den Vorbehandlungsprozess entstehen.
Vor dem Hintergrund einer Großserienfertigung bestimmt so häufig der Klebprozess die Taktzeit der Fertigung. Als Konsequenz wird daher häufig das Kleben in Kombination mit mechanischen Fügeverfahren verwendet, wodurch die Kosten steigen und die Nachteile mechanischer Verbindungen bleiben.
Abhilfe könnte das thermische Direktfügen schaffen - ein stoffschlüssiges, an die Klebtechnik angelehntes Verfahren, bei dem der Kunststoff selbst im Prinzip als Klebstoff fungiert.
Im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ wurde das thermische Direktfügen genauer untersucht.
Fazit:
Das thermische Direktfügen zeigt ein großes Potential beim Verbinden von thermoplastischen verstärkten und unverstärkten Kunststoffen mit metallischen Bauteilen. Im Vergleich zu konkurrierenden Fügeverfahren liefern nach dieser Methode gefügte Bauteile auch nach harten Alterungstests konkurrenzfähige Verbundfestigkeiten.