Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Laserunterstütztes Fügen von Kunststoffen mit Metall- und Keramikbauteilen

05.09.2007
Kunststoff als Konstruktionswerkstoff wird zunehmend wichtiger für eine Vielzahl von Produkten im technischen Umfeld. Häufig müssen Kunststoffkomponenten hierbei mit anderen Bauteilen z.B. aus Metall oder Keramik verbunden werden.

Das Fraunhofer ILT hat für diese Fragestellung ein neues Verbindungsverfahren entwickelt, mit dem in kürzester Zeit hochfeste Verbindungen zwischen Kunststoff und anderen Werkstoffen erzeugt werden können.






Das als LIFTEC bezeichnete und zum Patent angemeldete Verfahren basiert auf der Tatsache, dass alle thermoplastischen Kunststoffe im unpigmentierten Zustand transparent oder zumindest transluzent sind. Bei Prozessbeginn wird ein Bauteil oder eine Teilkomponente davon durch den zu fügenden Kunststoffpartner hindurch mit Laserstrahlung erwärmt. Das Bauteil wird unter mechanischem Druck auf das Kunststoffteil gedrückt. Dabei erwärmt sich der Kunststoff über Wärmeleitung auf eine Temperatur oberhalb seiner Schmelztemperatur und das zu verbindende Bauteil bzw. ein Teil davon dringt in den Kunststoff ein. Bei Auswahl einer geeigneten Bauteilgeometrie wird nach der Abkühlung eine feste, formschlüssige Verbindung erzielt.

Wesentliches Element des Verfahrens ist ein Bauteil aus einem Material mit einer im Vergleich zum Kunststoff-Fügepartner größeren Schmelztemperatur, welches kurzzeitig durch Absorption von Laserstrahlung auf eine Temperatur erwärmt wird, die oberhalb der Schmelztemperatur des eingesetzten Kunststoffs liegt.

Das während des Eindrückvorgangs verdrängte Material führt zu unerwünschten Auswürfen auf der Kunststoffoberfläche. Diese können vermieden oder zumindest minimiert werden, wenn im Bauteil Hohlräume vorhanden sind, in die der Kunststoff fließen kann, sowie durch Vorbohrungen im Kunststoffbauteil

Mit Hilfe von transparenten Werkzeugeinsätzen aus Quarzglas, Saphir oder Diamant kann die Laserstrahlung auch in ein geschlossenes Werkzeug hinein auf die erforderlichen Stellen geführt werden.

Temperatur

Aufgrund der hohen Energiedichte von Laserstrahlung ist eine gezielte, schnelle Erwärmung mit örtlicher Begrenzung am Metallbauteil möglich. Wird die von den Bauteilen emittierte Wärmestrahlung mit einem Pyrometer gemessen, kann werkstoffabhängig die exakte erforderliche Fügetemperatur eingeregelt werden. Dabei wird das Pyrometersignal zusammen mit der Solltemperatur in einem Regler verarbeitet und ein entsprechendes, der Laserleistung äquivalentes Stellsignal an den Laser weitergegeben. Dadurch ist unter anderem ein spannungsfreies Einsetzen der Bauteile möglich, schädliche Überhitzungen der Komponenten treten nicht auf.

Vorteile

Die Erwärmung mit Laserstrahlung ist im Vergleich zu heute bereits verwendeten Heizkonzepten quasi unabhängig von der Wärmeleitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit des einzudrückenden Materials. Daher können neben Metallen unter anderem auch keramische Werkstoffe mit Kunststoffen verbunden werden. Hierbei ergeben die Eigenschaftskombination beider Werkstoffe hybride Bauteile mit einer großen mechanischen Festigkeit (Härte), Verschleißfestigkeit, sowie guter Temperaturstabilität, bei gleichzeitig geringem Gewicht und variabler Formgebung. Werden Kunststoffe mit unterschiedlichen Schmelztemperaturen eingesetzt ist auch das Fügen zweier Kunststoffe miteinander möglich sowie die Verbindung von Kunststoff mit Holz.

Vorteile der Verbindungstechnik sind:

• Kurze Zykluszeiten
• Hohe Verbindungsfestigkeit
• Eine nichtlockernde Verbindung
• Neue Designmöglichkeiten für optische Komponenten
• Nachträgliches Einpressen in bestehende Bauteile
• Nutzung von Synergieeffekten durch Werkstoffkombination
Anwendungen
Grundsätzliche Einsatzbereiche des Verfahrens sind überall dort, wo eine Eigenschaftskombination der beiden Werkstoffe Kunststoff und Metall bzw. Keramik sinnvoll erscheint. Dazu zählt beispielhaft das Fügen von Kunststoffbrillengläsern mit dem Gestell, bei dem sich neben einer Festigkeitssteigerung und der Sicherung gegen Lockern neue Designmöglichkeiten ergeben. Ein weiteres Anwendungsfeld ist das Fügen von Kunststofffenstern oder Fassaden mit einem metallischen Rahmen. Auch hierbei kann eine hochfeste Verbindung mit großer Dichtigkeit erzielt werden.

Jens Holtkamp | Fraunhofer-Institut für Lasertec
Weitere Informationen:
http://www.ilt.fraunhofer.de

Weitere Berichte zu: Bauteil Fügen Kunststoff Laserstrahlung Schmelztemperatur

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Phänomenologisches Berechnungskonzept verkürzt das Auslegen von Spritzgussformteilen
13.08.2018 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Nachweis von Mikroplastik im Wasser: Fraunhofer CSP entwickelte smarte Filteranlagen
02.08.2018 | Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Im Focus: Robots as 'pump attendants': TU Graz develops robot-controlled rapid charging system for e-vehicles

Researchers from TU Graz and their industry partners have unveiled a world first: the prototype of a robot-controlled, high-speed combined charging system (CCS) for electric vehicles that enables series charging of cars in various parking positions.

Global demand for electric vehicles is forecast to rise sharply: by 2025, the number of new vehicle registrations is expected to reach 25 million per year....

Im Focus: Der „TRiC” bei der Aktinfaltung

Damit Proteine ihre Aufgaben in Zellen wahrnehmen können, müssen sie richtig gefaltet sein. Molekulare Assistenten, sogenannte Chaperone, unterstützen Proteine dabei, sich in ihre funktionsfähige, dreidimensionale Struktur zu falten. Während die meisten Proteine sich bis zu einem bestimmten Grad ohne Hilfe falten können, haben Forscher am Max-Planck-Institut für Biochemie nun gezeigt, dass Aktin komplett von den Chaperonen abhängig ist. Aktin ist das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen. Das Chaperon TRiC wendet einen bislang noch nicht beschriebenen Mechanismus für die Proteinfaltung an. Die Studie wurde im Fachfachjournal Cell publiziert.

Bei Aktin handelt es sich um das am häufigsten vorkommende Protein in höher entwickelten Zellen, das bei Prozessen wie Zellstabilisation, Zellteilung und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Kleine Helfer bei der Zellreinigung

14.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neue Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe

14.08.2018 | Materialwissenschaften

Fraunhofer IPT unterstützt Zweitplatzierten bei SpaceX-Wettbewerb

14.08.2018 | Förderungen Preise

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics