31.01.2019

Besser als Kleben

Neue Fügetechnik verknüpft Metall und Kunststoff stabil innerhalb weniger Sekunden.

Forscher des Fraun­hofer-Instituts für Werkstoff- und Strahl­technik IWS in Dresden haben eine Fügezange entwickelt, mit der innerhalb von Sekunden eine Verbindung zwischen Metall und Thermoplast hergestellt wird. Diese Zange ist modular aufgebaut und lässt sich einfach in der Produktion integrieren, beispiels­weise anstelle einer Punkt­schweißzange an einen Roboterarm.

Abb.: Die modular aufgebaute Füge­zange verbindet Metall und Kunststoff in...
Abb.: Die modular aufgebaute Füge­zange verbindet Metall und Kunststoff in Sekunden. (Bild: Fh.-IWS)

Kunststoffe und Metall zu verbinden ist wegen der unter­schiedlichen physi­kalischen Eigen­schaften der beiden Materialien eine Heraus­forderung. Alle üblichen Verbindungs­möglichkeiten wie beispiels­weise Kleben oder Nieten haben ihre Nachteile: Klebstoff braucht einige Zeit zum Aushärten, sodass sich die Weiter­verarbeitung verzögert. Beim Nieten können Kunststoffe leicht beschädigt werden. Außerdem ist sowohl beim Kleben als auch beim Nieten zusätz­liches Material notwendig, was die Produktions­kosten erhöht.

Mit dem in der Fügezange inte­grierten Heat­PressCool-Integrativ-Verfahren, das am Fraunhofer IWS entwickelt wurde, lässt sich innerhalb von Sekunden eine punktuelle Verbindung zwischen Metall und Kunststoff herstellen. Dabei werden die beiden Materia­lien miteinander verpresst und das Metall an der Füge­stelle mit induk­tiver Wärme punktuell erhitzt. Dabei schmilzt der Thermoplast partiell, und unmittelbar beim Erstarren bildet sich ein fester Verbund mit dem Metall.

Um die Verbindung aus Metall und Kunststoff stabiler zu gestalten, behandeln die Fraunhofer-Forscher das Metall mit Lasern vor, sodass Verankerungs­strukturen entstehen. „Das Besondere ist, dass wir das Metall relativ tief abtragen, bis zu hundert Mikro­meter, sodass der Kunststoff hineinfließen kann, dort abkühlt, schrumpft und so in dieser Struktur verbleibt. Dabei entsteht eine sehr stabile Verbindung“, so Annett Klotzbach.

Um die Fügezange im Produktions­betrieb in die vorhandene Anlagen­technik zu integrieren, ist sie modular aufgebaut. So kann sie beispiels­weise anstelle einer Punkt­schweißzange an einem Roboterarm montiert werden. Die Fügezange kann überall dort zum Einsatz kommen, wo Metall und Kunststoff punktuell verbunden werden sollen, beispiels­weise beim Karosseriebau in der Automobil­industrie oder auch bei Edelstahl­blenden an Kühl­schränken oder Geschirr­spülern.

FhG / JOL

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