Entwicklung der Spritzniettechnik als werksstoffgerechtes Fügeverfahren für hybride Strukturen

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V31_Krassmann-KTP


Kernthesen

  • Das Spritznieten kann als Sonderverfahren genutzt werden, um Metallbauteile und Organobleche direkt im Spritzgießprozess miteinander zu Hybridverbindungen zu fügen.
  • Das Verfahren kombiniert mehrere Technologien und vermeidet dadurch einen nachgeschalteten Fügeprozess.
  • Die Gestaltung der Spritzgießparameter, des Formwerkzeugs und der Geometriegrößen haben einen erkenntlichen Einfluss auf die resultierende Verbindungsfestigkeit.

Zusammenfassung

Das Spritzgießen von hybriden Strukturen ist mittlerweile eine weit verbreitete und vor allem im Automobilbereich oft genutzte Verfahrenstechnik zum Verbinden von Kunststoffen und Metallen.Außer zwischen der Insert- und der Outserttechnik wird zudem in die Hybridtechnik unterschieden, bei der beide Werkstoffe zur gesamten Bauteilsteifigkeit wesentlich beitragen.Zudem existieren Spritzgießsonderverfahren zur direkten Verarbeitung von thermoplastischen Composites (TPC) durch Umformung und An- bzw. Hinterspritzen zu hochfesten Bauteilen.

Für die Kombination beider Techniken konnte unter Zunahme des Spritznietens ein Verfahren entwickelt werden, welches durch Nietbildung beim Durchspritzten von TPC und vorgelochten Metallkomponenten eine Verbindungstechnik darstellt. Dabei werden die Verbindungstellen derart gestaltet, dass durch den Schmelzestrom das TPC in die Metallkomponente eingezogen, jedoch die Faserstruktur nicht beschädigt wird. Dies bildet einen wesentlichen Vorteil gegenüber konventioneller Fügetechnik, da diese bei TPC Spannungskonzentrationen an der Verbindungsstelle durch Fasertrennung verursachen. Unerwünschte Faser- und Zwischenfaserbrüche können so vermieden werden.

Zusätzliche Fügeelemente werden für die Fügetechnik nicht benötigt. Weil das Verfahren direkt in den Spritzgießprozess integriert ist, liegt ein hoher Grad an Funktionalisierung vor. Es ist kein zusätzlicher Fügeschritt notwendig und eine verfahrensspezifische Fügeanlage entfällt. Die Charakterisierung der Verbindungstechnik wurde im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Kunststofftechnik Paderborn (KTP) durchgeführt.


Projekt

DVS 11.059, IGF 19.796 N

Referent: Dimitri Krassmann, M.Sc., Kunststofftechnik Paderborn, Universität Paderborn


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