Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Weiterentwicklung der induktiven Schnellhärtung von Klebverbindungen für robuste Fertigungsprozesse unter Berücksichtigung von serienrelevanten Einflussfaktoren

Die elementare Klebtechnik als fügeteilwerkstoffflexibles Fügeverfahren stellt in Kombination mit einer partiellen Schnellhärtung ein großes Potential bei der Erreichung des Ziels der flexiblen Fertigung dar. Es fehlen jedoch allgemein anwendbare Handlungsempfehlungen, wie bei der Auslegung von Induktionsprozessen auf eventuelle Störgrößen bzw. Einflussparameter reagiert werden kann. So muss z.B. untersucht werden, inwiefern Störgeometrien das Induktionsfeld und damit die Erwärmung beeinflussen.

Ziel des Forschungsprojektes ist die Weiterentwicklung der induktiven Schnellhärtung zur Ermöglichung elementarer Klebprozesse. Unabhängig vom Aufbau der Klebverbindung ist die möglichst schnelle Erreichung der Handhabungsfestigkeit bei gleichzeitig schonender Wärmeeinbringung und im nachgelagerten Fertigungsprozess die Vermeidung von Relativverschiebungen und damit die geforderte Maßhaltigkeit sicherzustellen.

Ausgehend von realen Anwendungsfällen sollen anhand experimenteller und numerischer Methoden optimierte exemplarische Prozessketten entwickelt werden. Diese beispielhaften Anwendungen sollen als Grundlage für eine generelle Methodik dienen, anhand derer insbesondere kleine und mittlere Unternehmen Schnellhärteprozesse aufbauen können. Im Fokus stehen dabei neben der Qualifizierung eines flexiblen/universellen Induktoreinsatzes, die Optimierung von Schnellhärteparametern im Zusammenspiel mit für Schnellhärteprozesse optimierten Klebstoffen, sowie die Ableitung von Handlungsempfehlungen bezüglich der Konstruktions- und Fertigungseinflüsse (z.B. Werkstoff, Oberfläche, Geometrie).

Ergebniszusammenfassung:

Die induktive Schnellhärtung von Klebstoffen ist ein effizientes Verfahren zur lokalen Fixierung klebtechnisch gefügter Strukturen. Insbesondere bei Fügeverbindungen mit Stahlwerkstoffen können durch die Induktionserwärmung hohe Wirkungsgrade und dadurch kurze Prozesszeiten erzielt werden. Die Komplexität der Induktionserwärmung wird durch verschiedene Einflussfaktoren des Fertigungsprozesses weiter erhöht, sodass die Auslegung von Schnellhärteprozessen aufwendig und zeitintensiv ist.

In diesem Forschungsprojekt werden die Einflussfaktoren des induktiven Schnellhärteprozesses auf die Erwärmung geklebter Überlappverbindungen untersucht. Die Einflussfaktoren, wie beispielsweise die Werkstoffe, die Stapelfolge unterschiedlicher Fügeteile oder die Klebschichtdicke beeinträchtigen die Erwärmung der Fügezone wesentlich und beeinflussen dadurch die Aushärtung der Klebschicht zwischen den Fügeteilen.

Die Klebstoffaushärtung wird mittels thermischer Analysemethoden untersucht und durch geeignete reaktionskinetische Modelle beschrieben, sodass die zeit- und temperaturabhängige Klebstoffaushärtung für induktive Schnellhärteprozesse mit hohen Heizraten und hohen Temperaturen anwendbar wird. Durch die Simulation des Reaktionsumsatzes während der Aushärtung kann die Klebstoffvernetzung mit einem speziell dafür entwickelten Mess- und Berechnungskonzept in Echtzeit bewertet werden. Dadurch wird ein innovativer Beitrag zur Effizienzsteigerung bei der Auslegung beschleunigter Klebprozesse und zur Optimierung dieser Prozesse geleistet. Die erzielten Projektergebnisse erleichtern insbesondere KMU die Auslegung von Schnellhärteprozessen zur Fixierung von Klebverbindungen durch eine methodische und zielorientierte Vorgehensweise. Die kinetische Aushärtesimulation hilft dabei unter Berücksichtigung relevanter Einflussfaktoren material- und zeitaufwendige Versuche auf ein Minimum zu reduzieren, wodurch die Anwendung der Induktionstechnologie noch wirtschaftlicher wird.