Thermisch gefügte Steg-Schlitz-Verbindung (Hybridverbindung) aus Metallblech und faserverstärktem Thermoplast

Thermisch gefügte Steg-Schlitz-Verbindung (Hybridverbindung) aus Metallblech und faserverstärktem Thermoplast Fraunhofer IWS

Eine große Herausforderung stellt bei solchen Hybridbauweisen das Verbinden der Fügepartner dar, welches sich im Gegensatz zur monolithischen Bauweise wesentlich komplizierter gestaltet. Je nach Werkstoffpaarung ist ein speziell angepasstes, werkstoff- und fertigungsgerechtes Fügekonzept notwendig, um Verbindungen mit ausreichender Qualität und Belastbarkeit reproduzierbar herzustellen. Die Forscher des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (Fraunhofer IWS) aus Dresden, die bereits das Steg-Schlitz-Prinzip zum form- und stoffschlüssigen Verbinden zweier metallischer Bleche entwickelt haben, nutzten ihre Erfahrungen auch beim Fügen von faserverstärkten Thermoplast (Organoblech) mit Metall. Das Organoblech dient hier als Stegblech, ein metallisches Blech als Schlitzblech. Beim Fügen kommt noch der Laser ins Spiel. Der Faserlaser erlaubt einen sehr fein einstell- und regulierbaren Wärmeeintrag und erhitzt berührungslos und exakt positioniert den überstehenden Teil des faserverstärkten Stegblechs. Die zweidimensionale und hochfrequente Strahlauslenkung mithilfe einer Scanneroptik ermöglicht eine gleichmäßige Erwärmung des Kunststoffs. Das richtige Erwärmungskonzept sichert hier die Qualität dieses sensiblen Prozesses.

Querschliff einer thermisch direktgefügten Überlappverbindung aus Metallblech und glasfaserverstärktem Thermoplast mit Lasermakrostrukturierung

Querschliff einer thermisch direktgefügten Überlappverbindung aus Metallblech und glasfaserverstärktem Thermoplast mit Lasermakrostrukturierung Fraunhofer IWS

Der Laser findet aber auch Anwendung zum thermischen Direktfügen von Metall mit Organoblech für Überlappverbindungen. Die Fügestelle wird auf der Metallseite mittels Laser strukturiert und die Erwärmung erfolgt ebenso geregelt mittels Lasererwärmung. Die form- und stoffschlüssigen Verbindungen auf mikroskopischer Ebene haben eine gleiche oder höhere Festigkeit als geklebte Verbindungen.