Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Akustische Verfahren zur Charakterisierung von Klebverbindungen (ACTIVE)

In den Herstellungsprozessen geklebter Bauteile sind trotz in der Regel vorhandener qualitätssichernder Maßnahmen Imperfektionen denkbar, die den Verbund beeinflussen und z. B. zu kissing bonds u. a. führen können. Hierzu zählen Kontaminationen der Substratoberfläche (Prozesschemikalien, Umwelt), Chemikalien im Prozess (Beizbäder u. a.) oder auch Fehlstellen, welche aus dem Applikationsprozess resultieren. Im Betrieb kommt es darüber hinaus durch externe Einflussgrößen wie Feuchtigkeit und Temperatur zur Alterung der Klebstoffe und Bauteilverbunde. Obwohl es diverse Ansätze für die zerstörungsfreie Prüfung von Klebverbindungen gibt, existiert bislang kein etabliertes Prüfverfahren für eine umfassende Charakterisierung der Qualität von Klebverbindungen oder für die Detektion von lokal variierenden Adhäsionsbedingungen. Ein solches Prüfverfahren würde das Vertrauen in die Klebtechnik, besonders auch bei sicherheitsrelevanten Klebungen, deutlich steigern. Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden zwei akustische Verfahren der zerstörungsfreien Prüfung ganzheitlich untersucht, weiterentwickelt und für die Prüfung von Klebverbindung von der Herstellung bis zum „end-of-life“ validiert werden, um dem steigenden Bedarf an Verfahren zur Qualitätssicherung von Klebverbindungen gerecht zu werden. Das Vorhaben entwickelt dabei eine Systematik für die zerstörungsfreie Charakterisierung von Klebverbindungen und bietet eine Plattform für weitere Richtlinien und normungsrelevante Aktivitäten im Bereich der Qualitätssicherung in der Fertigung und im Produktleben. Die überwiegend mittelständisch geprägten Gerätehersteller von zerstörungsfreien Prüfverfahren können unter Verwendung der Projektergebnisse ohne hohe Investitionen ihr Produktportfolio erweitern und ein System für bislang nicht gelöste Prüfaufgaben anbieten. Dies steigert die Wettbewerbsfähigkeit der KMU auch im internationalen Geschäft.

Ergebniszusammenfassung:

Im Rahmen des oben genannten Forschungsvorhabens wurde die erfolgreiche Erarbeitung und Validierung einer zerstörungsfreien akustischen Prüfmethodik zur Charakterisierung der Qualität von Klebverbindungen mit dem Fokus auf Anhaftungsfehlern im Adhäsionsbereich von Klebungen erzielt. Hiermit einhergehend sind die auf Ultraschall basierenden Messverfahren optimiert worden.

Es konnte aufgezeigt werden, dass sich Kissing Bonds als Referenzfehlstellen reproduzierbar in Abhängigkeit vom Verschmutzungsgrad bei den im Projekt ausgewählten Klebstoffsystemen (2k Silikon und 2k Epoxidharz) herstellen lassen. Ebenso lässt sich die Defektinteraktion mit Ultraschall an den untersuchten Klebstoff/Materialkombinationen simulativ beschreiben. Die Validierung der akustische Prüfverfahren erfolgte an mittels Salzsprühnebelprüfung gealterten Verbundprüfkörpern mit dem Fokus auf der Detektion von Unterwanderungskorrosionseffekten im Adhäsionsbereich, welche zum Abgleich mittels Computertomografie als Referenzverfahren überprüft wurden. Hierbei wurden verschiedenen Aluminiumlegierungen eingesetzt zwecks unterschiedlich stark ausgeprägter Korrosionsneigung. Zur Verifikation des Verfahrens wurden projektbegleitend Simulationen durchgeführt hinsichtlich der numerischen Berechnung des Schwingungsverhaltens der Verbundprüfkörper. Somit lässt sich eine simulative Vorhersage des Schwingungsverhaltens des Defektes ermitteln, sowohl in der Schwingungsform als auch in der Amplitude.

Die Ergebnisse des Projektes zeigen damit das Potential der auf nichtlinearem Ultraschall basierenden akustischen Prüfmethodik zur vertieften qualitätssichernden Prüfung von Klebverbunden und damit zur Stärkung des Vertrauens in die Klebtechnik als Fügeverfahren der Zukunft. Die Möglichkeit Anhaftungsfehler im Adhäsionsbereich, wie Kissing Bonds, messtechnisch zu erfassen ist zudem von einer hohen Industrierelevanz.