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

Der neue Produktionsprozess mit der EHLA3D-Technologie ermöglicht es, komplexe Geometrien effizient zu produzieren, mit hochfesten Materialien zu beschichten oder zu reparieren.
02.07.2024

Eine neue Dimension der Additiven Fertigung

Vom Laserauftragschweißen zur Additiven Fertigung: Ein Forschungsprojekt hat das Potenzial, die Materialverarbeitung mit EHLA3D zu revolutionieren.

Additive Fertigung EHLA EHLA3D Extremes Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen Fertigungstechnik Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen Kreislaufwirtschaft Laserauftragschweißen Lasertechnologien Luftfahrt Raumfahrt Schweißtechnik Werkzeugbau
Mehr erfahren
29.06.2024

Kunststoffe im Automobilbau: Auf dem Weg zur Kreislaufwirtschaft

Kunststoffe bleiben im Automobilbau unverzichtbar. Doch wie kann die Nutzung in Zukunft nachhaltiger werden, bis hin zu einer funktionierenden Kreislaufwirtschaft? Das di...

AI Automobilbau KI Kunststoffe Leichtbau Nachhaltigkeit
Mehr erfahren
Mit dem richtigen Schweißbrenner lässt sich ein optimales Schweißergebnis in Verbindung mit maximaler Produktivität erzielen.
28.06.2024

Wirtschaftlich und prozesssicher schweißen – wie geht das?

Der Schweißbrenner wird oft unterschätzt und ist doch so wichtig für den Schweißprozess. Wie sich ein optimales Schweißergebnis in Verbindung mit maximaler Produktivität...

Schweißbrenner Schweißtechnik Verschleiß
Mehr erfahren
Achim Liebenau, Jens Brill, Hilko Malek, Dirk Zimmermann, Uwe Kloss.
26.06.2024

Brillgruppe übernimmt Korsing Schweißtechnik

Im Zuge einer zukunftsorientierten Nachfolgeregelung gibt die Korsing Schweißtechnik GmbH ihren Zusammenschluss mit der BRILLGRUPPE bekannt. Diese bedeutende Entwicklung...

Arbeitsschutz Handwerksbedarf Industriebedarf Schweißtechnik Schweißzusatzwerkstoffe
Mehr erfahren
Vielseitig einsetzbar: Die Speedglas Schweißmasken der Serie G5-03 sind für unterschiedliche Schweiß-und Schleifaufgaben geeignet.
25.06.2024

Die neue 3M Speedglas Schweißmaske G5-03

3M hat die die fünfte Generation der 3M Speedglas Schweißschutzmasken entwickelt, um besseren Komfort und sichereres Arbeiten zu gewährleisten. Dazu gehört die G5-03 – ei...

Arbeitsschutz Arbeitssicherheit Schweißerhelme Schweißermasken Schweißmasken Schweißtechnik
Mehr erfahren