12 Mai Lebensdauer von IR-Schweißverbindungen mathematisch modellieren
Ziel eines Forschungsprojekts ist es zum einen, glasfaserverstärkte technische Kunststoffe mittels Infrarotschweißen zu fügen und ihre zyklische Belastbarkeit ermitteln. Zum anderen werden die experimentellen Ergebnisse mit einem mathematischen Modell verglichen, das die mechanischen Eigenschaften der gefügten Bauteile auf Grundlage der individuellen Struktureigenschaften der Schweißnaht beschreibt.
Wie langlebig sind Leichtbaulösungen, etwa für die schadstoffreduzierte Mobilität, im aktiven Gebrauch? Dieser Frage gehen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt, des Leibniz-Instituts für Polymerforschung Dresden und der Kunststofftechnik Paderborn nach. Im Fokus ihres Projekts steht das IR-Schweißen von Kunststoffen; sie erwarten als Ergebnis eine Kostenersparnis von 20 % bei einzelnen Bauteilen aus der Automobilindustrie.
Potenzielles Demonstratorbauteil mit runder Schweißnaht
In dem Forschungsvorhaben werden zwei verschiedene Kunststoffe untersucht und hinsichtlich ihrer Lebensdauer bewertet: ein Polyamid 6 (PA6) und ein Polyphtalamid (PPA) mit Kurzglasfaserverstärkung. Zunächst untersuchen die Wissenschaftler geschweißte Flachproben in vielen Parameterkombinationen hinsichtlich der Schwingfestigkeit, um die Frage nach dem Einfluss der Prozessparameter beim IR-Schweißen auf die Schwingfestigkeit der Fügeverbindung zu beantworten. Über die Bewertung der untersuchten Kombinationen will das Forscherteam die signifikanten Einflussfaktoren identifizieren und die Wechselwirkungen zwischen der Schwingfestigkeit und den eingestellten Schweißprozessparametern ableiten. Nachfolgend werden die Ergebnisse anhand eines industrienahen Demonstrators verifiziert.
Automotive-Applikation: Kunststoff-Druckluftspeicher
Die in diesem Projekt erlangten Ergebnisse lassen sich beispielsweise in die Entwicklung von Druckluftspeichern aus Kunststoffen in der Automobilindustrie übertragen. Diese werden bisher klassisch aus metallurgischen Werkstoffen gefertigt. Nur mit einer Schweißnaht, die hohen Belastungen standhält, wäre es denkbar, die Speicher aus faserverstärkten Kunststoffen herzustellen. Darüber hinaus spielen Faktoren wie Dichtigkeit und Medienbeständigkeit eine wichtige Rolle. Stellt sich heraus, dass ein Druckluftspeicher mithilfe der Projekterkenntnisse aus Kunststoff gefertigt werden kann, sind Kostenersparnisse von 20 % zu erwarten.
Das Projekt (IGF-Vorhaben Nr. 21276N) startete im Oktober 2020 . 17 Unternehmen, die im projektbegleitenden Ausschuss die Sicht der Industrie vertreten, unterstützen das Vorhaben. Dieser Ausschuss kann durch weitere Unternehmen ergänzt werden.
Das Titelbild zeigt den Mikrotomschnitt einer Schweißnaht.
Quelle und Fotos: https://www.lbf.fraunhofer.de
