Kunststoffdom Verbindungslösung für Leichtbau-Werkstoffe

Das Trendthema „Leichtbau“ ist ein zentraler Ansatzpunkt branchenübergreifender Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten. Mit dem TSSD hat Ejot ein Produkt mit dem dazu gehörigen Fügeverfahren entwickelt, dass Leichtbauwerkstoffe sicher verbindet.

Anbieter zum Thema

konstruktionspraxis – Alles, was der Konstrukteur braucht

PFLITSCH GmbH & Co. KG

ipf electronic gmbh

CADFEM Germany GmbH

EJOT SE & CO. KG

Die Gestaltung und der Montageprozess der verwendeten Verbindungselemente sind von entscheidender Bedeutung, um zukünftige Leichtbau-Strategien umzusetzen. Bei diesen neuen Anwendungen werden zunehmend leichte und trotzdem höchst belastbare Materialien, wie Waben- und Schaumkern-strukturen mit diversen Deckschichten sowie CFK- und GFK-Werkstoffe, eingesetzt. Da es sich konstruktionstechnisch zumeist um „Mischbau“ handelt, d.h. es werden ungleiche Materialien miteinander verbunden, ist es erforderlich, die Einsatzgrenzen der Verbindungstechnik bereits im Vorfeld der Bauteilauslegung intensiv zu betrachten.

In der Vergangenheit wurden derartige Materialpaarungen geklebt oder Kombinationen von Kleben mit Hilfsfügeelementen eingesetzt. Solche Verbindungstechniken sind in der Bauteilvorbereitung (Vorlochfräsen, Anschleifen, Säubern und / oder Auftrag zusätzlicher Aktivatoren) sehr zeitintensiv und im Prozess sehr aufwändig. Dazu kommen lange Aushärtezeiten einiger Klebstoffe, so dass eine Weiterverarbeitung oder Belastung der Verbindungspunkte erst deutlich später möglich ist.

Sandwichmaterialien auf dem Vormarsch

Die Verbindungstechnik-Spezialisten von Ejot unterscheiden Sandwichstrukturen nach Kernmaterial und den beiden Deckschichten. Beim Kernmaterial kann es sich um geschäumte Werkstoffe, wie EPP, PVC oder PUR, oder bei höheren Steifigkeiten, um Wabenstrukturen aus Kunststoff (meist PP) oder Papier handeln. Auch Kombinationen dieser verschiedenen Materialien sind technisch umsetzbar. Da beim Kernwerkstoff das primäre Augenmerk auf den mechanischen Eigenschaften liegt, kommt bei der Deckschicht noch ein weiteres, wichtiges Kriterium hinzu, nämlich der optische Aspekt. Dabei werden, je nach Anwendungsfall, Holz, GFK- und CFK- Werkstoffe, Aluminium, dünne Bleche oder auch Furniere, eingesetzt.

Aufgrund der geforderten Gewichtsreduzierung nimmt der Einsatz von Sandwichmaterialien in nahezu allen Bereichen deutlich zu. Ziel der Entwickler ist es, die mechanischen Eigenschaften konventioneller Werkstoffe mindestens beizubehalten, das Gewicht im gleichen Zug aber deutlich zu reduzieren. Ob im Fahrzeuginterieur, z.B. Türverkleidungen, Ladeböden im Kofferraum oder komplexen Sitzstrukturen, bei Ausstattungskomponenten im Schiffs- und Flugzeugbereich, bei Spielwaren oder Produkten für Sport und Freizeit, das potenzielle Anwendungsspektrum ist enorm und wird in den nächsten Jahren signifikant weiter wachsen.

Funktionsweise des TSSD

Nach der Auflage des TSSD (Thermischer Stoff-Schluss-Dom) auf dem zu verbindenden Bauteil wird das Element auf eine festgelegte Drehzahl beschleunigt und exakt mit der Kraft belastet, die zur kontinuierlichen Erwärmung der Deckschicht des Verbundmaterials führt. Diese obere Schicht wird bei diesem Prozess aufgerieben. Anschließend dringt das angeschmolzene TSSD Element in das Bauteil ein, „fließt“ in die Hohlkammern der Zwischenschicht und erzeugt damit eine formschlüssige Verbindung. Hat der TSSD die Endposition erreicht, werden zusätzlich Faseranteile des Deckschichtmaterials in den angeschmolzenen Randbereichen des TSSD eingebettet. Diese sind nach Erstarren des Thermoplast-Doms fest mit diesem fixiert, um zusätzliche kraft-, stoff- und formschlüssige Verbindungsmechanismen zu generieren.

Ergänzendes zum Thema

Setzprozess des Ejot TSSD

Beim Fügevorgang wird der Kunststoffdom (aus Thermoplast) unter einer definierten Drehzahl und Axiallast in das Kunststoffbauteil gesetzt. Je nach Materialart ist dies mit oder ohne Vorloch möglich. Dabei schmilzt die entstehende Reibungswärme den Kunststoff an, im durch diesen Prozess entstehenden Loch wird der Dom anschließend zur Kopfauflage gebracht. Nach kurzer Abkühlzeit (der angeschmolzene Thermoplast legt sich um die freigelegten Fasern der Deckschicht und erstarrt) wird somit ein thermischer Stoffschluss realisiert, der eine hohe verbindungstechnische Sicherheit gewährleistet.

Voll- oder halbautomatisches Setzen

In der Regel wird kein zusätzliches Vorloch im Trägerbauteil benötigt. Die Kunststoff-Dome können dabei sowohl als Schraubdom (ausgelegt für eine Ejot Delta PT Schraube) oder als direktes Verbindungselement eingesetzt werden. Je nach Ausführung und Kundenwunsch sind sowohl lösbare als auch nicht lösbare Verbindungen realisierbar. Das Setzen des TSSD Verbindungselementes erfolgt voll- oder halbautomatisch mit einer Setzspindel des Schraubtechnik-Spezialisten Weber Schraubautomaten GmbH. Um eine optimale Verbindung zu generieren, ist es mit dem Setzgerät möglich, unterschiedliche Drehzahlen (bis zu 5.000 U/min in drei Stufen) zu programmieren. Je nach Anwendungsfall und Bauteilgröße kann sowohl eine Portalanlage als auch eine robotergestützte Lösung eingesetzt werden.

Der TSSD wird bereits in einem Modell eines namhaften deutschen Premiumherstellers aus dem Automotive-Bereich zur Befestigung eines Retainers im Gepäckraumbereich eingesetzt. In diesem Anwendungsfeld wurde diese innovative Verbindungslösung als zukünftiger Standard definiert. Das enorme Marktpotenzial des TSSD resultiert aus dem stark ansteigenden Einsatz von Leichtbaumaterialien. Besonders im Bereich der GFK- und CFK- Werkstoffe sind deutliche Zuwachsraten zu erwarten, die sich auch im zunehmenden Interesse potenzieller Kunden widerspiegeln. (jup)

(ID:43773596)