Hannover Messe 2019

Neue Fügezange stellt Hybridteile in Sekundenschnelle her

07.03.2019 | Redakteur: Peter Königsreuther

In der Halle 19 informieren die IWS-Experten um Annett Klotzbach darüber wie eine in bestehende Fertigungslinien einfach integrierbare Fügezange für die Herstellung von Metall-Kunststoff-Bauteilen funktioniert.

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Fraunhofer IWS Dresden

Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

Mit einer neuartigen, industrietauglichen Fügezange, die am Fraunhofer-IWS entwickelt wurde, lassen sich hybride Leichtbaukonstruktionen aus Metall- und Kunststoffkomponenten nun mithilfe einer alternativen Montagemethode miteinander kombinieren. In Halle 19 präsentieren die IWS-Experten diese Neuheit auf der Hannover Messe 2019.
(Bild: Fraunhofer-IWS)

Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden haben eine Fügezange entwickelt, mit der innerhalb von Sekunden die sichere Verbindung zwischen Metall- und Thermoplastkomponenten geschaffen wird. Die Zange ist modular aufgebaut und lässt sich einfach in der Produktion integrieren, heißt es.

Kunststoffe und Metall zu verbinden ist wegen der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der beiden Materialien eine Herausforderung. Alle üblichen Verbindungsmöglichkeiten wie beispielsweise Kleben oder Nieten haben ihre Nachteile: Klebstoff braucht einige Zeit zum Aushärten, sodass sich die Weiterverarbeitung verzögert. Beim Nieten können Kunststoffe leicht beschädigt werden. Außerdem ist sowohl beim Kle-ben als auch beim Nieten zusätzliches Material notwendig, was die Produktionskosten erhöht.

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Das ist eine Konstruktionsansicht der IWS-Fügezange, für die sekundenschnelle sowie prozessichere Verbindung zwischen Metall- und Kunststoffkomponenten. Sie könne in bestehende Produktionslinien integriert, und beispielsweise einfach an einem Roboterarm befestigt werden, wie die allseits bekannten Punktschweißzangen.

Anwendungsbeispiel der IWS-Fügezange für das Verbinden von Metallen und thermoplastischer Kunststoffe oder Composites.

Auch relativ komplexe Baugruppen können mit der IWS-Fügezange, die sich des am Fraunhofer-IWS entwickelten HPCI-Verfahrens (Heat Press Cool Integrative) bedient, zusammengebaut werden.

Innerhalb von Sekunden stellt die IPCI-Fügezange zwischen Thermoplastischen Kunststoffen und Metallen eine prozesssichere Verbindung her.

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Formschlüssige Verbindung im Mikrometerbereich

Mit dem in der Fügezange integrierten Heat-Press-Cool-Integrativ-Verfahren, das am IWS entwickelt wurde, ließe sich genauer gesagt, eine punktuelle Verbindung zwischen Metall und Kunststoff herstellen. Dabei werden die beiden unterschiedlichen Materialien miteinander verpresst und das Metall an der Fügestelle über induktiv eingebrachte Wärme punktuell erhitzt, heißt es. Dabei schmilzt der Thermoplast partiell. Unmittelbar beim Erstarren des Polymers bilde sich ein fester Verbund mit dem Metallteil aus. Hier geht es zu einem kleinen Video, das die Funktion zeigt.

Um die Verbindung aus Metall und Kunststoff stabiler zu gestalten, behandeln die Fraunhofer-Forscher das Metall noch mit Lasern vor, sodass Verankerungsstrukturen vorhanden sind. „Das Besondere daran ist, dass wir das Metall relativ tief abtragen – bis zu 100 µm – sodass der Kunststoff in die Strukturen hineinfließen kann, wo er dann abkühlt, aufschrumpft, und schließlich sicher in der Struktur sitzt“, erklärt Annett Klotzbach.

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Alfredo Aguilar, Wissenschaftler im Team Oberflächenfunktionalisierung am Fraunhofer-IWS, bedient das weltweit größte 3D-DLIP-System, das seinen Standort an der TU Dresden hat.

Attraktive Hilfe für Autobauer und Weißware-Hersteller

Um die Fügezange im Produktionsbetrieb in die vorhandene Anlagentechnik zu integrieren, ist sie außerdem modular aufgebaut. So kann sie beispielsweise leicht anstelle einer Punktschweißzange an einem Roboterarm montiert werden. Die Fügezange, heißt es, kann überall dort zum Einsatz kommen, wo Metall und Kunststoff punktuell verbunden werden sollen, etwa beim Karosseriebau in der Automobilindustrie oder auch im Hinblick auf Edelstahlblenden an Kühlschränken oder Geschirrspülern. MM

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