Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Analyse des Versagensverhaltens geklebter Stahl-Verbindungen beim werkstoffschonenden Entfügen in der Karosserieinstandsetzung

Das Entfügen von geklebten Stahlverbindungen in automobilen Stukturanwendungen stellt nach wie vor eine große Herausforderung dar. Kleine und mittelständische Unternehmen, die sich auf die Karosserieinstandsetzung spezialisiert haben, können häufig nur durch erhöhten Arbeitsaufwand Entfügeoperationen effizient und werkstoffschonend durchführen. Die hohen Festigkeiten und Zähigkeiten sowohl der Stahlwerkstoffe, als auch der Klebstoffe, erschweren ein ökonomisches und schonendes Entfügen im Falle einer Karosserieinstandsetzung. Das Entfügen von Klebverbindungen bei tiefen Temperaturen unterhalb der gängigen Einsatzgrenze etablierter Klebstoffe von -40 °C wird in diesem Projekt untersucht. Die Versprödung der Klebstoffe führt zu einer Reduktion der notwendigen Entfügekraft.

Im Rahmen des Projektes wird ausgehend von realen Verbindungsgeometrien ein Demonstratorwerkzeug zum Entfügen bei tiefen Temperaturen entwickelt. Dieses soll als Nachweis der Anwendbarkeit der Methode des Tieftemperaturentfügens in der Werkstattanwendung dienen. Werkstattbetriebe, die meist als KMU geführt werden, werden somit in die Lage versetzt, die wissenschaftlich ergründeten Erkenntnisse in der Praxis anwenden zu können.

Zur Analyse der notwendigen Entfügeparameter wird das Versagensverhalten der Klebverbindung in Abhängigkeit der Einflussgrößen Temperatur, Belastungsart und -geschwindigkeit sowie des verwendeten Fügeteilwerkstoffes untersucht und detailliert analysiert. Die physikalischen Vorgänge im Klebstoff und Werkstoff sind dazu systematisch anhand erprobter Methoden (Mikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie, Computertomographie) zu untersuchen. Zudem soll ein einfacher Test zur Analyse von Klebstoffen entwickelt werden, der es ermöglicht, neue Klebstoffsysteme in Bezug auf den auszuwählenden Entfügemodus zu charakterisieren

Ergebniszusammenfassung:

Das Versagensverhalten von Stahl-Klebverbindungen beim werkstoffschonenden Entfügen durch tiefe Temperaturen wurde in diesem Projekt analysiert. Dabei zeigte sich die Versprödung der Zähelastifizierung des Klebstoffes als ausschlaggebend für diese innovative Entfügevariante. Entsprechende Prozessfenster wurden für gängige Karosserieklebstoffe analytisch ermittelt und durch mechanische Prüfungen validiert. Dabei zeigte sich ein sehr sprödes Versagensverhalten des Klebstoffes, was in einer stark verringerten Energieaufnahme der Verbindung resultiert. Dies ist auf eine instabile und schnelle Rissausbreitung in dem versprödeten Klebstoffsystem zurückzuführen. Zahlreiche analytische und experimentelle Untersuchungen führten zu dem Ergebnis, dass das Entfügen durch tiefe Temperaturen sowohl für die Stahlbauteile als auch für angrenzende und zu erhaltende Klebschichten schonend ist. Eine Übertragbarkeit auf Klebstoffe außerhalb des Karosseriebaus konnte gezeigt werden, was das Potential für eine branchenübergreifende Lösung zum Entfügen von Klebverbindungen offenlegt. Die praktische Anwendung dieses effizienten und nachhaltigen Verfahrens wurde durch die Entwicklung eines Demonstratorwerkzeuges sichergestellt und konnte an realen Fahrzeugstrukturen erfolgreich getestet werden. Dies ermöglicht Reparaturwerkstätten, welche in den meisten Fällen als KMU geführt werden, die Entfügeprozesse deutlich effizienter und bauteilschonender durchzuführen. Durch das große zeitliche Einsparungspotential in der Reparatur, wird die wirtschaftliche Reparierbarkeit von verunfallten Fahrzeugen gesteigert, was einen nachhaltigen Effekt im Sinne der Kreislaufwirtschaft mit sich bringt.