Forschung
Mikrotomschnitt einer Schweißnaht - © Fraunhofer LBF
09.05.2021

Forschungsprojekt: Lebensdauer von Infrarot-Schweißverbindungen vorhersagen

Forschungsprojekt: Lebensdauer von Infrarot-Schweißverbindungen vorhersagen

Bei fast allen Entwicklungen im Maschinenbau steht heute der effiziente Leichtbau an oberster Stelle. Vor allem in der Mobilität sorgt bereits eine geringe Masseneinsparung für einen erheblich reduzierten Treibstoffverbrauch und CO2-Ausstoß. Aber wie langlebig sind solche Leichtbaulösungen im aktiven Gebrauch tatsächlich? Dieser Frage gehen Forschende des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Darmstadt, des Leibniz- Instituts für Polymerforschung Dresden und der Kunststofftechnik Paderborn in einem kürzlich gestarteten Kooperationsprojekt nach. Im Fokus stehen dabei Infrarotschweißverfahren von Kunststoffen. Das Forscherteam erwartet von den Ergebnissen des Projekts eine Kostenersparnis von 20 Prozent bei einzelnen Bauteilen aus der Automobilindustrie.

In ihrem gemeinsamen Projekt wollen die drei Forschungsstellen glasfaserverstärkte technische Kunststoffe mittels Infrarotschweißverfahren fügen und deren zyklische Belastbarkeit ermitteln. Die Ergebnisse aus den Experimenten werden mit einem mathematischen Modell verglichen, das die mechanischen Eigenschaften der gefügten Bauteile auf Grundlage der individuellen Struktureigenschaften der Schweißnaht beschreibt.

Mikrotomschnitt einer Schweißnaht. - © Fraunhofer LBF
Mikrotomschnitt einer Schweißnaht. © Fraunhofer LBF

In dem Forschungsvorhaben werden zwei verschiedene Kunststoffe untersucht und hinsichtlich ihrer Lebensdauer bewertet. Dabei handelt es sich um ein Polyamid 6 (PA6) und ein Polyphtalamid (PPA) mit Kurzglasfaserverstärkung. Im ersten Schritt werden geschweißte Flachproben in einer Vielzahl von Parameterkombinationen hinsichtlich der Schwingfestigkeit untersucht, um die Frage nach dem Einfluss der Prozessparameter beim Infrarotschweißen auf die Schwingfestigkeit der Fügeverbindung zu beantworten.

Über die Bewertung der untersuchten Kombinationen will das Forscherteam die signifikanten Faktoren, die einen Einfluss auf die Lebensdauer der Schweißverbindung haben, identifizieren und die Wechselwirkungen zwischen der Schwingfestigkeit und den eingestellten Schweißprozessparametern ableiten. Nachfolgend werden die Ergebnisse anhand eines industrienahen Demonstratorbauteiles verifiziert.

Ein potentielles Demonstratorbauteil mit einer runden Schweißnaht. - © Fraunhofer LBF
Ein potentielles Demonstratorbauteil mit einer runden Schweißnaht. © Fraunhofer LBF
Druckluftspeicher aus Kunststoff

Die in diesem Projekt erlangten Ergebnisse können beispielsweise in die Entwicklung von Druckluftspeichern aus Kunststoffen in der Automobilindustrie übertragen werden. Bisher werden Druckluftspeicher 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 mit Hilfe der Projekterkenntnisse aus Kunststoff gefertigt werden kann, sind Kostenersparnisse von 20 Prozent zu erwarten.

Das Projekt (IGF-Vorhaben Nr. 21276N) ist im Oktober 2020 gestartet. 17 Unternehmen, die im projektbegleitenden Ausschuss die Sicht der Industrie vertreten, unterstützen das Vorhaben. Dieser Ausschuss kann stetig durch weitere Unternehmen ergänzt werden. Interessenten können sich an M.Eng. Paul Töws, Telefon 06151 705- 8158, E-Mail: paul.toews@lbf.fraunhofer.de wenden.

(Quelle: Presseinformation des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF)

Schlagworte

AutomobilindustrieInfrarotschweißenKunststoffeMaschinenbauSchweißenSchweißtechnik

Verwandte Artikel

26.04.2024

Regulation und Management von Gefahrstoffen

„Gesundheits- und Umweltschutz beim Umgang mit Gefahrstoffen: Beitrag von Management und Regulation“ lautet der Schwerpunkt der ersten Ausgabe der baua: Aktuell im Jahr 2...

Gefahrstoffe Gefahrstoffmanagment Gesundheitsschutz Industriechemikalien Kunststoffe PFAS Umweltschutz
Mehr erfahren
Neuer Sensor für Dehnungsmessung QE2008-W mit Bluetooth-Übertragung.
25.04.2024

Neuer Sensor für Dehnungsmessung mit Bluetooth-Übertragung

GEFRAN Deutschland hat speziell für die Anforderungen in der Kunststoffindustrie den neuen QE2008-W-Sensor für Dehnungsmessung mit Bluetooth-Übertragung entwickelt. Der A...

Dehnungsmessung Kunststoffe Prozessoptimierung Qualitätssicherung
Mehr erfahren
Teamsprechende: (v.l.n.r. Ulrich Berners, Dr. Alexander Olowinsky, Dr. Peter Leibinger, Dr. Markus Kogel-Hollacher, Dr. Jan-Philipp Weberpals, Edwin Büchter, Gwenn Pallier, Prof. Constantin Häfner, Kristina zur Mühlen).
25.04.2024

Innovationen aus der Lasertechnik für die Industrie

Verleihung des Innovation Award Laser Technology 2024 in Aachen: Preistragender des mit 10.000 Euro dotierten Innovation Award Laser Technology 2024 ist Herr Edwin Büchte...

Automobilindustrie Batterieproduktion Laserbearbeitung Laserstrahl-Remote-Schweißverfahren Laserstrahlschweißen Lasertechnik Lasertechnologien Metallschrott Oberflächenreinigung Strahlformung
Mehr erfahren
19.04.2024

Mit neuen Schweißlösungen in Richtung Industrie 5.0

Viñolas Metall hat für die Serienfertigung eine CMT-Roboterschweißzelle in Kombination mit einer TPS-400i-Schweißstromquelle eingeführt. Gleichzeitig setzt man auf Multip...

Anlagenbau Blechbearbeitung Eisenbahnbau Kesselbau Kraftwerksbau MAG Schweißen Maschinenbau Metallbauteile Metallkomponenten Metallkonstruktionen MIG Schweißen Roboterschweißen Schweißtechnik Werkzeugbau WIG Schweißen
Mehr erfahren
Hauptsitz von Blackbird in Garching-Hochbrück (Großraum München).
19.04.2024

Laserschweißexperte stärkt Vertriebspower

Die Blackbird Robotersysteme GmbH schafft einen neuen Bereich zur Geschäftsfeldentwicklung. Benjamin Bopp die Leitung des Vertriebs übernommem, der bisherige Vertriebslei...

Automobilindustrie Elektromobilität Laserschweißen Laserstrahlschweißen Lasertechnologien Remote-Laserschweißen Remote-Laserstrahlschweißen Vertrieb
Mehr erfahren