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05.05.2021 09:40

Mathematische Modelle sollen Lebensdauer von Infrarot-Schweißverbindungen vorhersagen

Anke Zeidler-Finsel Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

    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 mit ihren beiden Partnern in einem kürzlich gestarteten Kooperationsprojekt nach. Im Fokus stehen dabei Infrarotschweißverfahren von Kunststoffen. Das Forscherteam erwartet eine Kostenersparnis von 20 Prozent bei einzelnen Bauteilen aus der Automobilindustrie.

    In ihrem gemeinsamen Projekt wollen die drei Forschungsstellen Fraunhofer LBF in Darmstadt, Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden und Kunststofftechnik Paderborn, 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.

    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.

    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, Tel. 06151 705-8158, E-Mail: paul.toews@lbf.fraunhofer.de wenden.


    Wissenschaftliche Ansprechpartner:

    M.Eng. Paul Töws, Tel. 06151 705-8158, E-Mail: paul.toews@lbf.fraunhofer.de


    Bilder

    Mikrotomschnitt einer Schweißnaht.
    Mikrotomschnitt einer Schweißnaht.

    Fraunhofer LBF

    Potenzielles Demonstratorbauteil mit einer runden Schweißnaht.
    Potenzielles Demonstratorbauteil mit einer runden Schweißnaht.
    Ursula Raapke
    Fraunhofer LBF


    Merkmale dieser Pressemitteilung:
    Journalisten, Wirtschaftsvertreter
    Chemie, Maschinenbau, Umwelt / Ökologie, Werkstoffwissenschaften
    überregional
    Forschungsprojekte, Kooperationen
    Deutsch


     

    Mikrotomschnitt einer Schweißnaht.


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    Potenzielles Demonstratorbauteil mit einer runden Schweißnaht.


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