Neue Projektideen versprechen hohen wirtschaftlichen Nutzen

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AUS FORSCHUNG UND ENT WICKLUNG

11. Sitzung des Gemeinschaftausschusses Klebtechnik

Neue Projektideen versprechen hohen wirtschaftlichen Nutzen Im September traf sich der Gemeinschaftsausschuss Klebtechnik (GAK) turnusgemäß in Frankfurt, um über neue anwendungsbezogene Forschungsprojekte zu diskutieren und für die Förderung zu priorisieren. Die im Folgenden vorgestellten Arbeiten zeigen vielversprechende Ansätze, um die Leistungsfähigkeit der Klebtechnik weiter zu erhöhen und die Einsatzbreite dieses wirtschaftlich interessanten Fügeverfahrens zu vergrößern.

D

er Gemeinschaftsausschuss Klebtechnik, in dem derzeit die Forschungsvereinigungen DVS, DECHEMA, FOSTA und der iVTH im Gemeinschaftausschuss aktiv sind, tagte am 8. September zum 11. Mal, um die vorher von Industrievertretern per Internetverfahren begutachteten Forschungsvorhaben einem Ranking zu unterziehen. Eingereicht wurden wieder hochinteressante Forschungsvorhaben, deren

Umsetzung zukünftig bedeutende wirtschaftliche Vorteile in verschiedenen Industriebranchen versprechen. Die Priorisierung der Vorhaben erfolgte im Anschluss an die Projekt-Präsentationen. Dazu gaben die anwesenden Experten aus der Industrie ihr Urteil hinsichtlich der wissenschaftlichen Qualität sowie der wirtschaftlichen Bedeutung auf Basis eines 3-Punkte-Auswahlsystems ab. Welche anwendungstechni-

Projekttitel: Vorhersage des Alterungsverhaltens (fördernde Forschungsvereinigung: DECHEMA) Problem Bei der Planung und Auslegung von Klebverbindungen muss das Alterungsverhalten der Klebstoffe berücksichtigt werden, um Schadensfälle zu vermeiden. Stand der Technik ist die stark beschleunigte Alterung durch Auslage-

Eignet sich die Chemilumineszenz für die Charakterisierung von Klebstoffproben bezüglich des Alterungszustandes und des voraussichtlichen Alterungsverhaltens? (Bild: Fraunhofer IFAM)

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schen sowie wirtschaftlichen Vorteile die vorgestellten Projekten erwarten lassen, dokumentieren die folgenden Kurzfassungen. Unternehmen, die sich für diese Arbeiten interessieren oder im jeweiligen projektbegleitenden Ausschuss mitarbeiten möchten, sind eingeladen, sich direkt mit den entsprechenden Forschungsstellen (Ansprechpartner s. am Ende der jeweiligen Projektbeschreibungen) in Verbindung zu setzen.

von Klebstoffen mittels Chemilumineszenz (CL)

rung bei erhöhter Temperatur, Feuchte und medialen Belastungen. Dabei muss sorgfältig darauf geachtet werden, dass bei der künstlichen Alterung der gleiche Alterungsmechanismus auftritt wie im Einsatzfall. Zielsetzung Ziel des Projektes ist es zu prüfen, ob die Chemilumineszenz für die Charakterisierung von Klebstoffproben bezüglich des Alterungszustandes und des voraussichtlichen Alterungsverhaltens geeignet ist. Dabei werden sich die Ar-

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beiten auf die thermische Beständigkeit unter Einbeziehung von mechanischer Beanspruchung konzentrieren. Lösung Das Alterungsverhaltens der Klebstoffe sowie der Alterungszustand nach Auslagerung werden mittels CL und mechanischer Tests analysiert. Aus dem CL-Signal werden die kinetischen Parameter für die thermische Oxidation berechnet. Die Korrelation des Oxidationsverlaufes mit der Veränderung der mechanischen Eigenschaften der Kleb-

Projekttitel: Effektives

stoffe während der Alterung erlaubt eine Aussage über den für die Klebung kritischen Alterungszustand und damit über die voraussichtliche Lebensdauer der Klebung. Wirtschaftliche Vorteile Durch eine Reduzierung der Auslagerungszeiten und durch realistische Alterungsbedingungen kann bei der Produktentwicklung viel Zeit und Geld gespart werden. Die Unternehmen werden in die Lage versetzt, schneller am Markt zu reagieren und dadurch Wettbewerbsvorteile zu sichern.

Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss Carl Zeiss Jena, Siemens, Continental Automotive, Henkel, Microelectronic Packaging Dresden, PMC, Delo Industrie Klebstoffe, F&E Technologiebrocker, Setaram Instrumentation Kontakt: Dr. Jana Kolbe, Tel.: +49 421 2246-446, [email protected], Fraunhofer IFAM, Bremen

Bolzensetzen zur Fixierung von Klebungen im Karosserierohbau

Problem Das zunehmende Bestreben nach Leichtbau führt im Automobilbau zu einem verstärkten Einsatz des Multi-Material-Designs und der proﬁlintensiven Bauweise. Zur Umsetzung dieser Leichtbaustrategien bedarf es Fügetechnologien, die artverschiedene Werkstoffe bei hoher Werkstoffausnutzung und zum Teil nur einseitig zugänglichen Fügestellen miteinander verbinden, wobei eine großserientechnische Umsetzung gegeben sein muss. Lösung Eine fügetechnische Lösung dieser Herausforderung stellt das Kleben in Kombination mit dem druckluftbetrieben Bolzensetzen dar. Dies ermöglicht ein Fixieren der Fügeteile bis zur Aushärtung der Klebschicht bei einseitiger Zugänglichkeit und geringen Prozesszeiten. Zielsetzung Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Bereitstellung einer Datenbank für die Auslegung des Hybridfügeverfahrens Bolzensetzkleben auf Basis der Prozessparameter, der Verbindungsausbildung, der Klebschichtverteilung und der benötigten Bauteilsteiﬁgkeiten an der Fügestelle. Dem Anwender und insbesondere dem

Verfahrensprinzip des Bolzensetzklebens

Konstrukteur soll mit der Datenbank ein Werkzeug zur Verfügung stehen, mit dem zukünftige Fahrzeugstrukturen effektiv unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen mit dem druckluftbetriebenen Bolzensetzkleben ausgelegt werden können. Wirtschaftliche Vorteile Unternehmen, die in Zukunft das Bolzensetzkleben einsetzen, werden mit Hilfe der Ergebnisse des Projektes in die Lage versetzt, Fügestellen gezielt auszulegen. Darüber hinaus kann mit der geschaffenen Datenbasis eine schnelle und kostengünstige Abschätzung der Realisierbarkeit in einer frühen Entwicklungsphase erfolgen. Proﬁtieren können von den Ergebnissen neben den Anwendern aus der industriellen Ferti-

gung ebenso Software-Hersteller, da die Projektergebnisse zur Weiterentwicklung von Simulations-Software genutzt werden können. Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss Audi, Böllhoff Automation, BMW Group, Daimler, Delo Industrie Klebstoffe, Dow Automotive Systems, Heggemann, LWF-Transfer, Salzgitter Mannesmann Forschung, Sika Deutschland, ThyssenKrupp Steel Kontakt: Frederic Flüggen, Tel.: +49 5251 60-3036, frederic.ﬂ[email protected], Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF), Universität Paderborn adhäsion 12/2010

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Projekttitel: Experimentelle und numerische Untersuchungen des Crashverhaltens hybrid gefügter Verbindungen (fördernde Forschungsvereinigung: FOSTA)

Problem

hohlstanznieten und Fließformschrau-

Bei der Umsetzung innovativer Leichtbau-

ben) und das Kleben weiterentwickelt

konzepte in Multimaterialbauweise ﬁnden

und anschließend miteinander ver-

verstärkt mechanische Fügeverfahren in

knüpft werden.

Kombination mit der Fügetechnologie Kleben Anwendung. Eine umfassende Charak-

Lösung

terisierung des Crashverhaltens dieser hy-

Das Crashverhalten hybrid gefügter

brid gefügten Verbindungen auf Basis von

Verbindungen aus Stahl/Stahl- und

Versuchsergebnissen fehlt jedoch bislang.

weiteren Werkstoffkombinationen soll

Zudem besteht ein großer Bedarf an robus-

zunächst mit Hilfe der LWF-KS-2-Probe

ten und praxistauglichen Ersatzmodellen,

charakterisiert werden. In der Projektlauf-

ben für crash- und stoßbelastete Struktu-

die eine Abbildung des Tragverhaltens er-

zeit soll dazu eine umfangreiche Datenba-

ren aufgezeigt.

möglichen und mit denen eine virtuelle

sis geschaffen werden. Die Validierung er-

Produktentwicklung vorgenommen werden

folgt dann anhand von bauteilähnlichen

Vorläuﬁger projektbegleitender

kann.

T-Stoßproben. Aufbauend auf den Versu-

Ausschuss

chen werden die Ersatzmodelle entwickelt.

Audi, BMW Group, Böllhoff Automation,

Zielsetzung

Skizze einer hybridgefügten Stahl-AluminiumVerbindung (Halbhohlstanznietkleben)

Daimler, Heggemann, LWF-Transfer, Por-

Das angestrebte Ziel dieses Forschungs-

Wirtschaftliche Vorteile

vorhabens ist die Weiterentwicklung von

Kleine und mittlere Unternehmen werden

Ersatzmodellen zur numerischen Simulati-

mit Hilfe der Ergebnisse des Projektes in

Kontakt: Dipl.-Wirt.-Ing. Frederik Klokkers,

on hybrid gefügter Verbindungen unter

die Lage versetzt, Fügestellen gezielt aus-

Tel.: +49 5251 60-5281,

Crashbelastung auf Basis von Versuchen.

zulegen und zu optimieren. Zudem wird

[email protected],

Hierzu sollen Ersatzmodelle für das ele-

das Potential der Hybridfügeverfahren

Laboratorium für Werkstoff- und Füge-

mentare mechanische Fügen (hier: Halb-

Fließformschraubkleben und Stanznietkle-

technik (LWF), Universität Paderborn

sche, Sika, ThyssenKrupp Steel Europe

Projekttitel: Hybridfügen

von Mischbaustrukturen aus faserverstärkten Kunststoffen mit metallischen Halbzeugen (fördernde Forschungsvereinigung: DVS)

Problem Eine Reduktion der zu bewegenden Masse von Fahrzeugen hat eine direkte Verbesserung der Fahrdynamik bzw. eine Herabsetzung des Energie- / Kraftstoffverbrauchs zur Folge. Großes Leichtbaupotential ließe sich durch den vermehrten Einsatz von faserverstärkten Kunststoffkomponenten (FVK) in Mischbaustrukturen erzielen. Eine wesentliche Grundvoraussetzung hierfür ist eine wirtschaftliche Fügetechnik. Eine hohe Werkstoffausnutzung sowie kurze Taktzeiten lassen sich mittels Hybridfügen erzielen. Aufgrund

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Skizze einer hybridgefügten FVK-Metall-Verbindung mit modiﬁziertem Hilfsfügeteil

des stark anisotropen Werkstoffverhaltens der FVK kann es bei Belastung einer geklebten Verbindung allerdings zu einer Delamination der äußeren Werkstoffschicht kommen und die Prozesskräfte beim mechanischen Fügen können Klebstoffverdrängungen mit anschließenden

Lufteinzügen in die Fügezone zur Folge haben. Zielsetzung Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines Hybridfügeverfahrens zum prozesssicheren Verbinden von

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FVK mit modernen Leichtbauwerkstoffen, wie Aluminium bzw. hochfesten Stählen.

ﬂuss auf die Verbindungseigenschaften nehmen.

Lösung Durch Kombination des Klebens mit dem mechanischen Fügen soll eine Delamination der Verbindung im FVK verhindert werden. Weiter soll die Entwicklung eines speziellen Nietkopfes eine Lasteinleitung in den FVK außerhalb des Lochbereiches gewährleisten, sodass mögliche Schädigungen des Faser-Matrix-Verbundes durch den Stanzprozess keinen signiﬁkanten Ein-

Wirtschaftliche Vorteile Als Ergebnis steht den Anwendern eine Methode zur wirtschaftlichen Realisierung von Mischbaustrukturen in Kombination mit FVK mit einer hohen Werkstoffausnutzung aufgrund der ﬂächigen Lastübertragung der Verbindungen zur Verfügung. Durch die Qualiﬁzierung des Fügeprozesses wird die Entwicklung innovativer Produkte mit hoher Leichtbaugüte ermöglicht.

Projekttitel: Feuchte- und Delaminierungsbeständigkeit (fördernde Forschungsvereinigung: iVTH) Problem Aufgrund der geringen Feuchte-/ Delaminierungsbeständigkeit von Lärchenholzverklebungen mit feuchtehärtenden 1K-PUKlebstoffen ist ein Einsatz derartiger Verklebungen für tragende Zwecke im Bauwesen heute nur mittels industriell nicht wirtschaftlich umsetzbarer Primervorbehandlungen möglich. Ursächlich für die Delaminierungsproblematik erscheint ein im Lärchenholz ausgeprägt vorkommender kaltwasserlöslicher verzweigter Mehrfachzucker — Arabinogalaktan (AG).

Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss ACC, Audi, Benteler SGL, BMW Group, Böllhoff Systemtechnik, Daimler, Dow Automotive, Ejot Verbindungstechnik, Kerb Konus Vertriebs, Sika Technology, Gebr. Titgemeyer, Tox Pressotechnik Kontakt: Christian Schübeler, Tel.: +49 5251 60-5277, [email protected] Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik (LWF), Universität Paderborn

tragender Lärchenholzverklebungen

y Entwicklung von industrietauglichen Verklebungsverbesserungen durch neue Primeransätze, Atmosphärendruck-PlasmaVerfahren, Hobelverfahren sowie Klebstoffmodiﬁkationen auf der Grundlage des veriﬁzierten AG-Wirkungsmechanismus. Wirtschaftliche Vorteile Der Nutzen für kmUs der deutschen Holzleimbau-, Brettsperrholz- sowie Fensterkantelindustrie besteht darin, dass zukünftig langfristig (feuchte-)beständige Lärchenholzverklebungen mit 1K-PU-Klebstoffen unter industriell praktikablen Bedin-

gungen hergestellt werden können. Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss AkzoNobel, ante-Holz, Bayer Material Science, Feyler-Holzleimbau, Henkel/ Purbond, Hess Timber, Holzwerk Gebr. Schneider, Jowat, Ladenburger, Ledinek Engineering, Leitz, Paul Stephan, Weinig, Wiehag, Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Kontakt: Dr. Simon Aicher, Tel.: +49 711 685-62287, [email protected], MPA Universität Stuttgart

Zielsetzung Aufbauend auf veriﬁzierten Klebstoff-AGSchädigungsmechanismen sollen Vorgaben für geeignete Klebstoffe, Primer, Oberﬂächenbehandlungen-/ bzw. bearbeitungsverfahren deﬁniert werden. Lösung Folgende Arbeiten werden durchgeführt: y Chemische und mikroskopische Charakterisierung des AG-Gehaltes sowie Identiﬁzierung der strukturellen AG-Holz-Zellwandbindung. y Oberﬂächenanalytische und mechanische Untersuchungen zur 1K-PU-Klebstoff-AG-Interaktion an Proben mit deﬁnierten AG-Gehalten, die durch sukzessives Auswaschen des Lärchenholzes hergestellt werden.

Links: auskristallisiertes AG auf einer Lärchen-Hirnholzﬂäche; rechts: delaminiertes Lärchen-Brettschichtholz mit extremen Klebfugenöffnungen nach Delaminierungsprüfung

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Projekttitel: Einﬂuss des Pressdrucks (fördernde Forschungsvereinigung: iVTH) Problem Die Pressdrücke bei dem vergleichsweise neuen Vakuumverfahren (Bild) zur Verklebung tragender Holzbauteile liegen deutlich (rd. 10fach) unter den Pressdrücken bei langzeiterprobten Hydraulikpressen und bei Klebstoffzulassungsprüfungen. Diese Abweichung vom bewährten Stand der Technik führte in einigen Fällen zu bisher unbekannten gravierenden Verklebungsfehlern. Zielsetzung Das Projekt soll die Auswirkung des Pressdrucks auf die Verklebungsqualität grundlegend klären und zeigen, unter welchen Voraussetzungen Holz auch bei sehr niedrigen Pressdrücken sicher verklebt werden kann. Lösung Der Einﬂuss des Pressdrucks und damit wechselwirkender Veklebungsparameter wie Klebstoffviskosität und Fügeteil-Oberﬂächentopologie auf die Klebfugenstruktur (Fugendicke, Eindringtiefe, Porenbild…) wird experimentiell parametrisch unter-

sucht und durch strömungsmechanische Simulationen modelliert. Aus der Klebfugenstruktur werden sodann in einem zweiten Simulationsschritt die mechanischen Eigenschaften der Verklebung abgeleitet. Die Simulationsergebnisse werden mittels umfangreicher mechanischer, mikroskopischer und analytischer Versuche abgeglichen und kalibriert.

Unter welchen Voraussetzungen kann Holz auch bei sehr niedrigen Pressdrücken sicher verklebt werden?

Wirtschaftliche Vorteile Die genaue Kenntnis, welche Randbedingungen sehr geringe Pressdrücke für langfristig beständige Holzverklebung erlauben, ermöglicht kmUs das Produktions-Sicherheitsniveau zu erhöhen und gleichzeitig Betriebs- und Investitionskosten für Pressen zu optimieren. Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss ante-holz, BASF, Bayer MaterialScience,

Projekttitel: Kleben stückverzinkter (fördernde Forschungsvereinigung: FOSTA) Problem In Deutschland werden jährlich ca. 1,4 Mio. Tonnen Stahl durch Stückverzinken vor Korrosion geschützt. Anwendungsbereiche liegen vor allem im Bauwesen, in der Verkehrstechnik und im Nutzfahrzeugbau. Der Vorfertigungsgrad ist dabei durch die Größe des Verzinkungskessels be-

bei der Herstellung von geklebten Holzbauteilen

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Kontakt: Dr. Simon Aicher, Tel.: +49 711 685-62287, [email protected], MPA Universität Stuttgart

Bauteile

schränkt. Die Verbindung dieser verzinkten Halbzeuge durch Schrauben und Schweißen führt zur lokalen Zerstörung der Zinkschicht sowie zu Verzug und der Notwendigkeit des Richtens und Nachbeschichtens. Hier bietet die Klebtechnik eine vielversprechende Alternative zur materialgerechten Optimierung des Fügeprozesses.

Unter welchen Bedingungen lassen sich stückverzinkte Bauteile dauerhaft fügen?

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Finnforest Merk, Grossmann Bau,HecoSchrauben, Henkel / Purbond, Hess Timber, Jowat, Ledinek Engineering, Minda Industrieanlagen, Paul Stephan, Schafﬁtzel Holzindustrie, Schönox, Türmerleim, Weinig, Woodtec Fankhauser

Zielsetzung Ziel dieses Forschungsvorhaben ist die Erarbeitung eines Anwendungskonzeptes für ein verlässliches klebtechnisches Fügen verzinkter Halbzeuge mit Anwendungsschwerpunkten im Nutzfahrzeugbau und im Bauwesen. Lösung Neben der Oberﬂächenvorbehandlung und der Untersuchung der resultierenden Adhäsionseigenschaften der Zinkoberﬂäche wird zunächst die Haftfestigkeit der Zinkschicht im Sinne einer mechanischen Tragfähigkeit grundlegend untersucht. Anschließend erfolgt die Erforschung des Tragverhaltens einer geklebten Verbindung

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feuerverzinkter Bauteile, d. h. der Kraftübertragung vom Bauteil über die Zinkschicht und die Klebschicht. Abschließend erfolgt die Umsetzung in gezielt ausgewählten Referenzbauteilen. Wirtschaftliche Vorteile Mit Hilfe des Anwendungskonzeptes für praxisübliche Konstruktionen werden Richtlinien für die Fertigung, Entwurf, Konstruktion und Bemessung zur Verfügung

gestellt, um stückverzinkte Bauteile dauerhaft und sicher zu fügen und so die Voraussetzungen für die bauaufsichtliche Akzeptanz zu schaffen. Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss Voigt & Schweitzer, Sika Deutschland, 3M Deutschland, Kömmerling Chemische Fabrik, Schmitz Cargobull, Volkmann & Rossbach, Plasmatreat, Tigris, Cryo Snow, Dipl.-

Projekttitel: Entkleben unter Nutzung (fördernde Forschungsvereinigung: DVS)

Lösung Geplant ist die pyrotechnische Entklebung durch äußere Auslösung einer exothermen Reaktion im Klebstoff mit Hilfe von:

Kontakt: Dipl.-Ing. Björn Abeln, Tel.: +49 241 80-25825, [email protected], Lehrstuhl für Stahlbau und Leichtmetallbau, RWTH Aachen University

exothermer Reaktionen

Problem Um z. B. geklebte Teile reparieren bzw. austauschen zu können oder bei Mischstrukturen ein sortenreines Recycling und die Wiederverwertung von Komponenten zu ermöglichen, sollten Klebverbindungen bei Bedarf ohne großen Aufwand wieder lösbar sein. Wünschenswert ist eine Methode, die für ein schnelles und rückstandsfreies Entkleben quasi „auf Knopfdruck“ sorgt, ohne die Lebensdauer der geklebten Struktur im gefügten und ausgehärteten Zustand negativ zu beeinﬂussen. Zielsetzung Dazu bedarf es der Entwicklung y eines langzeitstabilen pyrotechnischen Klebstoffs mit sicheren Handhabungseigenschaften und entsprechender Prozesstechnik bei geringen Oxydatoranteilen sowie nur einer geringen pyrotechnischen Gefährdungseinstufung, y von Masterbatches zur Ausstattung konventioneller Konstruktionsklebstoffe, y einer neuartigen pyrotechnischen Entklebetechnologie, die es ermöglicht, Materialverbünde effektiv und kraftfrei zu trennen, y geeigneter Applikationstechniken und der Beschreibung möglicher Produktionsszenarien.

Ing. Hölscher Stahlbau-Leichtmetallbau, Becker-Görz-Meister, Gesellschaft für Tragwerksplanung und Baukonstruktion, Unternehmensberatung lotz-4c, Gemeinschaftsausschuss Verzinken

Effektive und kraftfreie Trennung geklebter Materialverbünde

y pyrotechnischen Zusätzen (energetische / energiereiche Stoffe), die eine Freisetzung von Wärme sowie gasförmigen Stoffen und somit die Zersetzung des Klebstoffes bewirken. y energiereicher Kopplungsreagenz, d. h. energetische ionische Flüssigkeiten (EILs) bilden durch Anbindung an die Klebstoffmatrix (ionogene Polymere) die Voraussetzung dafür, elektromagnetische Energie aufzunehmen und somit eine pyrotechnische Entklebereaktion auszulösen. Zusätzlich ﬁndet eine exotherme Zersetzung statt. Wirtschaftliche Vorteile Durch diesen neuen Ansatz ergeben sich diverse technische und wirtschaftliche

Vorteile im Vergleich zu „klassischen“ Trennmethoden, die durch folgende Nachteile gekennzeichnet sind: 1.) Die mechanische Trennmethode von Haftklebstoffschichten (z. B. mit dem Messer) eignet sich wegen der geringen zu übertragenden Kräfte nicht für den Fahrzeugbau. 2.) Bei der thermomechanischen Trennung (z. B. Induktions- und Mikrowellenerwärmung von Substraten oder Füllstoffen zwecks Klebstofferweichung oder –pyrolisierung) sind die Lösekräfte sowie die Temperaturen häuﬁg zu hoch und die Lösezeiten zu lang. 3.) Die chemisch bedingte Trennung z. B. durch Quellung oder Spaltung von Polymeren gestaltet sich teilweise sehr kompliziert. Von Nachteil sind ferner lange Härtezeiten, hohe Debond-Temperaturen und lange Verweilzeiten. Außerdem muss hier das Abbaureagenz von außen zugeführt werden. Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss 3M, Delo Industrie Klebstoffe, Elpo, FFA, IFF, IoLiTec, Polytec, Viscotec Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Stefan Böhm, Tel.: +49 561 804-3141, [email protected], Institut für Produktionstechnik und Logistik, Universität Kassel adhäsion 12/2010

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Projekttitel: Auslegung von geklebten Stahlblechstrukturen für schwingende Last bei wechselnden Temperaturen (fördernde Forschungsvereinigung: FAT, FOSTA, DVS) Problem Im Fahrzeugleichtbau besteht zunehmender Bedarf, unterschiedlichste Werkstoffe, die nicht oder nur schwer schweißbar sind, zu verbinden. Für diesen Fall bietet das Fügeverfahren Kleben Vorteile. Auf Grund verbesserter Crash-Eigenschaften oder zur Abminderung von Spannungsspitzen werden auch Stahlfeinbleche durch Kleben verbunden. Für die anforderungsgerechte Auslegung der Klebverbindungen werden aufgrund der chemischen und strukturellen Beschaffenheit der Klebstoffe sowie der anders gearteten Verbindung angepasste Konzepte benötigt. Zielsetzung Das Ziel des Vorhabens ist eine zuverlässigere Auslegung von geklebten Strukturen unter schwingender Belastung mit konstanten und variablen Amplituden und unter wechselnden Temperaturen auf Basis einer rechnergestützten Lebensdaueranalyse unter Berücksichtigung des Versagensverhaltens. Lösung Im Projekt soll das Schadensverhalten, d.h. die Anrisslebensdauer und die Rissfortschrittsphase, von strukturellen Klebverbindungen betrachtet werden. Dies schließt die experimentelle Erfassung der Schädigungsphasen und einen Vergleich mit Schweißverbindungen ein. Parallel erfolgt die numerische Betrachtung der Sensitivität von Strukturen auf bereits vorhandene bzw. entstehende Risse. Die rechnerische Lebensdaueranalyse soll entsprechend der Schädigungsphase mittels des Strukturspannungskonzepts und bruchmechanischer Konzepte erfolgen. Da Anriss- und Rissfortschrittsphase sowie die Mittelspannungsempﬁndlichkeit temperaturabhängig sind, erfolgt eine

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Experimentelle und numerische Schwingfestigkeitsuntersuchungen am Beispiel einer geklebten bauteilähnlichen Probe

diesbezügliche Untersuchung zwischen -40 °C und +80 °C. Die Lebensdauer soll auf Basis von Konstanttemperatur-Versuchen abgeschätzt werden. Die Temperaturabhängigkeiten der Kenngrößen und des Strukturverhaltens werden berücksichtigt. Parallel zu anderen Methoden wird für die Versuchsauswertung das Zeit-TemperaturSuperpositions-Prinzip (ZTS) angewendet. Die mechanischen Verbindungseigenschaften unter Schwingbelastung, Schädigungsentstehung (Anriss), Schädigungsentwicklung (Risswachstum) und Probenbruch werden für relevante Temperaturen und Belastungsfrequenzen analysiert. Wirtschaftliche Vorteile Das Strukturspannungskonzept ermöglicht es, Klebverbindungen mit vertretbarem Aufwand rechnerisch auf Schwingfestigkeit auszulegen. Durch die Erweiterung um Einﬂüsse von Temperatur und Risswachstum kann die Methode für komplexe Verbindungsgeometrien bei relevanten Einsatztemperaturen eingesetzt werden. Der Ansatz lässt genauere Lebensdaueranalysen und die Bewertung bereits geschädigter

geklebter Strukturen erwarten. Eine softwaretechnische Umsetzung neuer Erkenntnisse ermöglicht es, frühzeitig in der Produktentwicklung Aussagen über geeignete Fügetechniken und die Auslegung geklebter Verbindungsstellen zu treffen. Mittels ZTS können langwierige und kostspielige Versuchsreihen eingespart und die Versuchszeit efﬁzienter genutzt werden. Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss Advanced Composite Engineering, Audi, BMW, Cadfem, Daimler, Dow Deutschland Anlagengesellschaft, Dr.-Ing. h. c. F. Porsche, Dynardo, Engineering Center Steyr, Ford-Werke, Henkel, Hottinger Baldwin Messtechnik, Ingenieurbüro Dr. Theo Pintat, Lasso Ingenieurgesellschaft, Schaefﬂer Technologies, Sika, ThyssenKrupp Nirosta, Volkswagen Kontakt: Dipl.-Ing. Halvar Schmidt, Tel.: +49 6151 705-481, [email protected], Fachgebiet für Systemzuverlässigkeit und Maschinenakustik, Technische Universität Darmstadt

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Projekttitel: Schnellhärtende Klebstoffsysteme (fördernde Forschungsvereinigung: iVTH) Problem Die Klebtechnik gilt im Bereich des Holztafelbaus allgemein als technisch aufwändig und begrenzt ﬂexibel. Geklebte Holztafelelemente bieten jedoch einige Vorteile wie z.B. höhere Tragfähigkeiten und Steiﬁgkeiten. Ihr Einsatz erfordert eine bauaufsichtliche Zulassung der Klebstoffe oder nach DIN EN 301 zugelassene Klebstoffe und den Einsatz geschulten Fachpersonals [DIN1052] sowie teure großﬂächige Heizpressen. Zielsetzung Ziel des Projekts ist es, eine neue Methode zu entwickeln und zu erproben, die es ermöglicht, einfach applizierbare einkomponentige Klebstoffsysteme in der Fertigung von Holztafelbauelementen zu verwenden. Moderne Schnellhärtungsmethoden sollen genutzt werden, um durch eine schnelle Aushärtung hohe Taktzeiten bei gleichzeitig quasi unbegrenzten offenen Zeiten zu ermöglichen. Lösung Das Halbzeug besteht aus einem elektrisch leitfähigen Trägermaterial zur induktiven oder konduktiven Schnellerwärmung,

für den Einsatz im Holztafelbau

welches beidseitig mit dem strukturellen reaktiven Schmelzklebstoff vorbeschichtet wird. Das Fügen erfolgt durch Einlegen des Bandes zwischen die Fügeteile, danach erfolgt eine schnelle lokale Einbringung von Wärme in die Klebefuge zur Aktivierung und Härtung, ohne dass ein großﬂächiges Heißverpressen notwendig wird. Diese Methode vermeidet hohe Investitionen der Anwender in unﬂexible Fügevorrichtungen und schließt eine Fehldosierung von Klebstoffen mit entsprechender Nacharbeit an den Verbundtafeln aus. Wirtschaftliche Vorteile Durch die Untersuchungen im geplanten Vorhaben soll die Klebtechnik im Bereich des Holztafelbaus deutlich stärker etabliert werden. Der Einsatz der Klebtechnik bei der Herstellung der Holztafelbauelemente eröffnet den Herstellern neue Möglichkeiten bei der variantenreichen Konstruktion der Tafelelemente, ohne in spezielle Klebetische mit aufwändigen Heiz- und Fixiervorrichtungen investieren zu müssen. Außerdem soll der Herstellungsprozess durch den Einsatz von Klebstoffen einfacher und efﬁzienter gestaltet werden, Fehldosierun-

Projekttitel: Ultraschallunterstütztes (fördernde Forschungsvereinigung: DECHEMA)

Der Einsatz der Klebtechnik eröffnet wirtschaftliche Möglichkeiten bei der variantenreichen Konstruktion von Holztafelelementen. (Bild: www.bdf-ev.de)

gen sollen verhindert und kostenintensive Nacharbeit vermieden werden Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss Hanse Haus, Lux-Haus, Schwörer-Haus, Kömmerling, Lohmann, Biolink, IFF, Bundesverband deutscher Fertighausbau Kontakt: Dr.-Ing. Michael Frauenhofer, Tel.: +49 531-3917832, [email protected], Institut für Fügeund Schweißtechnik, TU Braunschweig

Mischen von hochviskosen 2K-Klebstoffen

sind in ihrer Mischgüte auf Klebstoffe in gewissen rheologischen Bereichen begrenzt. So ist beim Mischen von hochviskosen Klebstoffen ein Erzeugen von turbulenten Strömungen nur mit hohem technischem Aufwand möglich. Es können sich strömungsarme Zonen im Mischer ausbilden. Ein weiterer Nachteil beim Mischen von hochviskosen Klebstoffen ist, dass diese zum Teil mit abrasiven Füllstoffen versehen sind. Dies kann zu einem abrasiven Verschleiß bei dynamischen Mischern Durch Leistungsultraschall lassen sich statische und dynamische Mischer in ihrer Leistung und Wirtschaftlichkeit verbessern. führen. Problem Derzeit werden 2K-Klebstoffe in einer industriellen, automatisierten Fertigung

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meist mit dynamischen Mehrwegmischern oder statischen Einwegmischern homogenisiert. Dynamische und statische Mischer

Lösung Durch den Einsatz des Leistungsultraschalls können: — Viskositätserniedrigung, — turbulente Strömung — Kaviatationskräfte erzeugt werden. Basierend auf diesen Phänomenen ist es möglich, Klebstoffe mittels LUS zu mischen oder den Mischvorgang zu unterstützen. Wirtschaftliche Vorteile y Klebstoffe, die bislang nur dynamisch

gemischt werden konnten, können so auch mit Hilfe eines statischen Mischrohres homogenisiert werden. y Möglichkeit der Darstellung eines dynamischen Wegwerfmischer y Möglichkeit der Entgasung der Klebstoffkomponenten während oder vor dem Homogenisieren Vorläuﬁger projektbegleitender Ausschuss 3M, Bartec Dispensing, Daimler, Henkel, Hielscher Ultrasonics, Hilger und Kern, Intec Bielenberg, Rampf Dosiertechnik, Reinhardt-Technik, Sika, Viscotec, Volkswagen Kontakt: Dr.-Ing. Michael Frauenhofer, Tel.: +49 531-3917832, [email protected], Institut für Füge- und Schweißtechnik, TU Braunschweig

Unternehmen, die sich für die beschriebenen Projekte interessieren oder im jeweiligen projektbegleitenden Ausschuss mitarbeiten möchten, sind eingeladen, über folgende Adressen Kontakt zu den GAK-Forschungsvereinigungen aufzunehmen:

DECHEMA e.V. Dr. Leo Nick Theodor-Heuss-Allee 25 60486 Frankfurt am Main Tel.: +49(0)69 7564-149 [email protected] Forschungsvereinigung Schweißen und verwandte Verfahren e. V. des DVS Marcus Kubanek Aachener Str. 172 40223 Düsseldorf Tel.: +49 (0) 211 1591-120 [email protected]

FOSTA - Forschungsvereinigung Stahlanwendung e. V. Dipl.-Ing. Franz-Josef Heise Sohnstr. 65 40237 Düsseldorf Tel.: +49 (0) 211 6707-837 [email protected] Internationaler Verein für Technische Holzfragen e. V. iVTH Dipl.-Kfm. Michael Kaczmarek Bienroder Weg 54 E 38108 Braunschweig [email protected]

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Dosiertechnik - www.dosieren.de

Zielsetzung Zielsetzung des Vorhabens ist es, mittels Leistungsultraschall (LUS) statische und dynamische Mischtechnologien in ihrer Leistung und Wirtschaftlichkeit zu verbessern und Einwegmischer zu entwickeln, die es ermöglichen, Klebstoffe mit sehr hohen Mischungsverhältnis- und Viskositätsunterschieden in einer sehr hohen Qualität ohne Spülaufwand kostengünstig zu mischen.

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Neue Projektideen versprechen hohen wirtschaftlichen Nutzen

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