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Thursday, September 28, 2017, Saal R 11:30 AM Fahrzeugbau - Mischbau |
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Lichtbogenbasierte Oberflächenstrukturierung für laserstrahlgefügten Stahl-Kunststoff-Leichtbauverbindungen |
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Jiri Zeleznik* / TU Dresden, Germany Martin Hertel/ TU Dresden, Deutschland Uwe Füssel/ TU Dresden, Deutschland Marie-Luise Kohl/ TU Ilmenau, Deutschland Klaus Schricker/ TU Ilmenau, Deutschland Jean Pierre Bergmann/ TU Ilmenau, Deutschland |
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Die Verwendung von Multi-Material Leichtbaukonstruktionen stellt einen zunehmenden Trend im Automobilbau dar. Hier gewinnt vor allem die Verbindung von Stahl mit faserverstärkten Kunststoffen (FVK) an Bedeutung. Faserverstärkte Kunststoffe bieten zum einen hohe Festigkeiten und Steifigkeiten bei geringem Gewicht und zum anderen örtlich angepasste bzw. richtungsabhängige Eigenschaften durch die Anordnung der Fasern. Für die Umsetzung von Stahl-FVK-Konzepten bieten sich insbesondere thermische Fügeverfahren an, welche eine flächige Verbindung ohne Hilfs- oder Zusatzwerkstoffe bzw. Zusatzelemente ermöglichen. Beim Laserstrahlfügen wird der metallische Fügepartner erwärmt und der Thermoplast an der Grenzfläche lokal aufgeschmolzen. Anschließend benetzt die Kunststoffschmelze die Metalloberfläche, dringt in die Oberflächenstrukturen ein und bildet nach dem Erkalten eine feste Verbindung aus. Die resultierende Verbindungsfestigkeit hängt von den Adhäsionskräften, den unter-schiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und dem Formschluss zwischen beiden Fügepartnern ab. Dabei ist der Formschluss der zentrale Ansatzpunkt für die Erreichung höchster Verbindungsfestigkeiten und kann durch die Reinigung und Strukturierung der Stahloberfläche gezielt beeinflusst werden. Im Beitrag werden unterschiedliche Strategien zum Strukturieren metallischer Ober-flächen und zum anschließenden thermischen Fügen am Beispiel der Hyridverbindung des Tiefziehstahls DX56D mit einem faserverstärkten Polyamid CF-PA6 diskutiert. Dabei wird speziell auf die Möglichkeit einer kostengünstigen Oberflächenstrukturierung mit einem WIG-Prozess mit einer anodischen Polung der Wolframelektrode eingegangen und der Einfluss der verwendeten Prozessparameter auf die Morphologie der Stahloberfläche sowie die erreichbare Verbindungsfestigkeit der Stahl-Kunststoff-Verbindung dargestellt. Die vorgestellten Untersuchungen verdeutlichen, dass durch die lichtbogenbasierte Oberflächenstrukturierung die Haftfestigkeit um bis zu 500 % gesteigert werden kann. |