Projektkurzbeschreibung

"ProPhoMuLA" - Prozessorientierte Verfahrensentwicklung von photonischen Werkzeugen für das Kleben von Multi-Material-Leichtbaustrukturen im Automobil

Steckbrief

Eckdaten

Förderinstitution:
BMBF
Laufzeit:
01.05.2013 bis 30.04.2016
Projektnummer:
13 N 12771

Ansprechpartner am ISF

Foto des ISFInstitut für Schweißtechnik und Fügetechnik

Mit dem zunehmenden Materialmix wird die Klebtechnik als vielversprechendste Verbindungstechnik für Multi-Material-Verbindungen im Automobilbau weiter an Bedeutung gewinnen. Bisher ist der Einsatz der Klebtechnik für Metall-FVK (faserverstärkter Kunststoff)-Mischverbindungen allerdings mit hohem prozesstechnischem Aufwand verbunden und trotz erfolgreicher Einzelumsetzungen für die automobile Großserienanwendung nicht ausreichend weit entwickelt. Eine der wichtigsten Herausforderungen ist die Bereitstellung von Oberflächenbehandlungsverfahren zur Gewährleistung leistungsfähiger und dauerhafter Klebverbindungen sowie deren Integration in die klebtechnische Prozesskette unter den Randbedingungen der automobilen Großserienfertigung. Der Einsatz photonischer Verfahren, vor allem unterschiedlicher gepulster, hochenergetischer Laserstrahlung, ist für diese Aufgabe prädestiniert.
In dem BMBF-Forschungsvorhaben ProPhoMuLA sollen die Grundlagen für neuartige Prozesse zur Verbesserung der Fügeeigenschaften von Metall-FVK-Verbindungen innerhalb des automobilen Rohbauprozesses als notwendige Vorarbeit zur Ermöglichung der Serienfertigung von Leichtbaustrukturen in Mischbauweise erarbeitet werden. Damit wird eine wichtige Voraussetzung für den Einsatz der Klebtechnik und die zunehmende Reduzierung mechanischer Verbindungen ermöglicht.
Um dieses Ziel zu erreichen, werden relevante Werkstoffe und Werkstoffkombinationen identifiziert und repräsentative Fügestellen ausgelegt. Da zukünftige Leichtbauanwendungen sowie alternative Mobilitäts- und Antriebskonzepte im Fokus dieses Forschungsvorhabens stehen, sind insbesondere Mischverbindungen von FVK-Bauteilen und konventionell hergestellten Karosseriebauteilen aus Stahl von großem Interesse. Während bei der Innenverstärkung einer B-Säule die hohe spezifische Energieabsorption von FVK-Werkstoffen Vorteile gegenüber der Stahlvariante bietet, werden beim Zusammenbau der Rücksitzlehne Vorzüge in Bezug auf die mögliche Bauteilintegration und Formgebungsmöglichkeiten erwartet. Flächige Strukturen wie das Dach oder Teile der hinteren Bodengruppe können von der hohen spezifischen Festigkeit und Steifigkeit von FVK-Werkstoffen profitieren.
Zu den ausgewählten Werkstoffkombinationen und repräsentativen Fügestellen werden geeignete Klebstoffsysteme sowie Laserquellen zur Oberflächenbehandlung ausgewählt. Zur Bewertung der Verbundfestigkeiten der Werkstoffkombinationen mit verschiedenen Laserbehandlungen werden im Verlauf des Forschungsvorhabens umfangreiche empirische Untersuchungen durchgeführt. Zur Erforschung geeigneter Laserparameter wird ein für diesen Zweck entwickelter Schälversuch durchgeführt, der sich besonders qualifiziert, die adhäsiven Eigenschaften des Klebverbundes zum FVK zu charakterisieren.
Darüber hinaus werden verschiedene analytische Methoden angewandt, um den Einfluss der Laserstrahlung auf die Oberfläche zu untersuchen. Neben weiteren werden Konfokalweißlichtmikroskopaufnahmen, Kontaktwinkelmessungen, Querschliffe sowie XPS Analysen durchgeführt. Diese Ergebnisse werden im Anschluss in die Verfahrensauslegung und die Prozessgestaltung rückgekoppelt. In einem weiteren Schritt werden numerische Simulationen eines repräsentativen Bauteils unter Berücksichtigung der Ergebnisse der Verfahrensauslegung befähigt.