Zum Prozess- und Versagensverhalten von Klebverbindungen unter uni- und multiaxialer mechanischer Belastung während der Vernetzung

Beschreibung

Um den steigenden Anforderungen hinsichtlich Schadstoffemissionen und Fahrleistungen Rechnung zu tragen, wird in der Automobilindustrie seit Jahren ein besonderes Augenmerk auf den Leichtbau gelegt. So werden auch in der Großserie verschiedene Metalle, meist Stahl, Aluminium und Magnesium, belastungs- und anforderungsgerecht in einer Karosserie miteinander kombiniert. Bei dieser Kombination stoßen herkömmliche mechanische (Nieten) und thermische (Schweißen) Fügemethoden oft an ihre Prozessgrenzen. So wird das Kleben, als flexibel einsetzbares Fügeverfahren, immer präsenter. Eine Herausforderung in der Anwendung stellt jedoch der Karosseriebauprozess selbst dar. So erfolgt die Klebstoffaushärtung parasitär im Trocknungsofen der kathodischen Tauchlackierung, wobei es u.a. aufgrund von Differenzen der thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Bauteile zu thermisch induzierten Fügeteilrelativbewegungen kommt. Die derzeit in der Industrie angewandten Prüfmethoden für Klebverbindungen können nicht alle benötigten Verbindungseigenschaften in ausreichendem Detailgrad ermitteln. Im Rahmen dieser Arbeit werden weiterentwickelte Prüfmethoden vorgestellt, die eine einfache Analyse des Klebstoffverhaltens im KTL-Trockner ermöglichen. Dabei lassen sich sowohl die Höhe der Belastung, als auch weitere Parameter, wie die Klebschichtdicke oder der Oberflächenzustand der Substrate im Laborversuch variieren. Ergänzend wird eine weitere Prüfmethode vorgestellt, die es ermöglicht, das Verhalten einer Klebung bei einer multi-axialen mechanischen Belastung während der Vernetzung zu untersuchen. Hierzu wird eine geeignete Vorrichtung entwickelt, die eine Kombination aus Schub- und Normalgleitung aufbringen kann. Zusätzlich ermöglicht diese eine Betrachtung des Einflusses einer separaten Bewegung der Fügeteile in den einzelnen Prozessphasen (Aufheiz-, Halte- und Abkühlphase). Der Fokus dieser Untersuchungen liegt auf der Validierung der Prüfmethode, sowie der einhergehenden Ermittlung der Versagensgrenzen bei den unterschiedlichen Parametern. Hierzu wird ein Vergleichswert eingeführt, der auch, durch dessen spätere Implementierung in die Prozesssimulation des Gesamtfahrzeugs, eine Prognose des Versagens von Klebverbindungen ermöglichen soll. Auf Basis der vorgestellten Prüfmethoden ist eine Erweiterung der Kenntnisse des prozessbegleitenden Eigenschaftsprofils von Klebverbindungen möglich.

Autor*in

Jaan Mattes Reiling

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Adhäsives Klebstoffversagen Delta-Alpha-Problematik Multi-Material-Design

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