Thermisches Direktfügen. Untersuchung zum laserinduzierten thermischen Direktfügen von Metall-Organoblech-Hybridverbindungen

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Stand der Technik

2.1 Fügeverfahren

2.2 Herstellung von Hybridverbindungen

2.2.1 Post-Mould Assembly (PMA)

2.2.2 In-Mould Assembly (IMA)

2.3 Haftungstheorien

2.3.1 Mechanische Adhäsion

2.3.2 Spezifische Adhäsion

2.3.3 Haftungsmechanismen zwischen Metall und Kunststoff

2.4 Licht

2.4.1 Laser

2.4.2 Infrarot Strahlung

3 Umsetzung

4 Experimenteller Teil

4.1 Probenherstellung

4.1.1 Verwendete Materialen und Geometrien

4.1.2 Oberflächenvorbehandlung

4.1.3 Fügeprozess

4.2 Prüf- und Untersuchungsverfahren

4.2.1 Infrarotthermografie

4.2.3 Zugscherprüfung

4.2.4 Modifizierter LWF-KSII-Prüfung

5 Ergebnisse und Auswertung

5.1 Thermografie

5.2 Laserstrukturierung

5.3 mechanische Charakterisierung

5.3.1 Zugscherprüfung

5.3.2 Zugscherfestigkeiten im Vergleich

5.3.3 Modifizierte LWF-KSII-Prüfung

5.4 Bruchbildauswertung

5.4.1 Zugschergeometrie

5.4.2 Modifizierte LWF-KSII-Geometrie

6 Zusammenfassung und Ausblick

Anhang

A Fügetabellen

B Datenblätter

C Laserstrukturierung

Zielsetzung und thematische Schwerpunkte

Das primäre Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des thermischen Direktfügens mittels Laser als effiziente Alternative zu klassischen Fügeverfahren wie Nieten oder Kleben bei Metall-Kunststoff-Hybridverbindungen. Dabei wird insbesondere der Einfluss verschiedener Laserparameter und Oberflächenvorbehandlungen auf die Festigkeit der Verbindungen analysiert.

• Methoden zur Herstellung von Metall-Kunststoff-Hybridverbindungen.
• Untersuchung der Temperaturverteilung mittels Infrarotthermografie.
• Anwendung verschiedener Oberflächenvorbehandlungen (Laserstrukturierung, Haftvermittler, Sandstrahlen).
• Mechanische Charakterisierung durch Zugscherprüfung und modifizierte LWF-KSII-Prüfung.
• Vergleich der erzielten Verbindungsfestigkeiten unter verschiedenen Belastungszuständen.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung beschreibt die Relevanz des Leichtbaus für die Industrie und stellt die Forschungsfrage nach der Effizienz des thermischen Direktfügens mittels Laser im Vergleich zu etablierten Fügeverfahren dar.

2 Stand der Technik: Hier werden gängige Fügeverfahren, die Herstellung von Hybridverbindungen, physikalische Haftungstheorien sowie die Grundlagen von Licht und Laserbearbeitung als theoretische Basis erläutert.

3 Umsetzung: Das Kapitel erläutert die methodische Vorgehensweise, insbesondere die Optimierung der Temperaturverteilung mittels Lissajou-Figuren bei der Laserbearbeitung zur Erzielung einer homogenen Fügung.

4 Experimenteller Teil: Dieser Abschnitt beschreibt detailliert die Probenherstellung, die verwendeten Werkstoffpaarungen, die verschiedenen Oberflächenvorbehandlungen sowie die angewandten Prüfverfahren.

5 Ergebnisse und Auswertung: Hier werden die Ergebnisse der thermografischen Analysen, der Laserstrukturierung und der mechanischen Prüfverfahren sowie die Bruchbildauswertung präsentiert und diskutiert.

6 Zusammenfassung und Ausblick: Das Fazit fasst die Erkenntnisse zur Eignung des laserinduzierten Direktfügens zusammen und diskutiert Potenziale für eine zukünftige industrielle Anwendung.

Schlüsselwörter

Leichtbau, Hybridverbindungen, Metall-Kunststoff, thermisches Direktfügen, Laser, Infrarotthermografie, Zugscherprüfung, LWF-KSII-Prüfung, Adhäsion, Oberflächenstrukturierung, Haftvermittler, Vestamelt, Tepex, Werkstoffpaarung, Festigkeitsanalyse.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit untersucht das Potenzial und die Festigkeit von Metall-Kunststoff-Hybridverbindungen, die durch laserinduziertes thermisches Direktfügen hergestellt wurden.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Zentrale Themen sind die thermische Fügetechnik, die physikalische Adhäsion, Laserbearbeitung von Werkstoffen sowie die mechanische Prüfung von Hybridbauteilen.

Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?

Das Hauptziel ist die Untersuchung der Festigkeit lasergefügter Hybridverbindungen und die Optimierung des Fügeprozesses hinsichtlich der Temperaturverteilung, um effizientere Alternativen zu klassischen Fügeverfahren zu finden.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Es werden experimentelle Methoden wie Infrarotthermografie zur Prozessüberwachung sowie mechanische Prüfverfahren wie die Zugscherprüfung und die modifizierte LWF-KSII-Prüfung angewandt.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil umfasst die detaillierte Beschreibung der Probenherstellung, die Analyse der Fügeparameter, die Durchführung der thermografischen Untersuchungen sowie die systematische mechanische Auswertung der Versuche.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind Leichtbau, Hybridverbindungen, thermisches Direktfügen, Laserbearbeitung und mechanische Charakterisierung.

Welche Auswirkung hat die Oberflächenstrukturierung auf die Haftfestigkeit?

Die Laserstrukturierung ermöglicht durch eine definierte Oberflächenform eine mechanische Verankerung der Kunststoffschmelze, was die Adhäsion signifikant verstärkt und die Verbindungsfestigkeit positiv beeinflusst.

Warum ist das gewählte Prüfverfahren LWF-KSII wichtig für diese Arbeit?

Die modifizierte LWF-KSII-Prüfung ist entscheidend, da sie Beanspruchungsrichtungen außerhalb der Fügeebene ermöglicht und somit realitätsnahe Belastungsszenarien im Vergleich zu reinen Zugscherversuchen abdeckt.

Wie unterscheidet sich das Verhalten von Stahl und Aluminium bei diesem Fügeprozess?

Aufgrund der unterschiedlichen thermischen Leitfähigkeit und Absorption erfordern Aluminiumlegierungen andere Laserparameter als Baustahl, wobei die homogenere Wärmeverteilung bei Aluminium eine Rolle für die Prozessstabilität spielt.