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ejot10415Fachartikel

Bei neuen Leichtbauanwendungen werden zunehmend leichte und trotzdem höchst belastbare Materialien wie Waben- und Schaumkernstrukturen mit diversen Deckschichten sowie CFK- und GFK-Werkstoffe eingesetzt. Ejot hat mit „TSSD“ ein Produkt mit dem dazu gehörigen Fügeverfahren entwickelt, mit dem sich Bauteile aus diesen Leichtbauwerkstoffen sicher und mit sehr hoher Festigkeit verbinden lassen.



Da es sich konstruktionstechnisch zumeist um „Mischbau“ handelt, sprich 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 beim 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.

Mechanische und optische Eigenschaften


ejot20415Die Verbindungstechnik-Spezialisten unterscheiden Sandwichstrukturen nach Kernmaterial und den beiden Deckschichten. Beim Kernmaterial kann es sich um geschäumte Werkstoffe wie EPP, PVC oder PUR sowie 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 wie bei 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. Für eine leistungsfähige und langlebige Verbindung dieser Leichtbau-Werkstoffe eignet sich der TSSD (Thermischer Stoff-Schluss-Dom) als Befestigungslösung ohne spezielle Bauteilvorbereitung.

Funktionsweise der Befestigungslösung


Nach der Auflage des TSSD 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. Das angeschmolzene TSSD Element dringt anschließend in das Bauteil ein, fließt in die Hohlkammern der Zwischenschicht und erzeugt damit eine formschlüssige Verbindung. Bei Erreichen seiner Endposition 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.

Lösbare und unlösbare Verbindungen


ejot30415In der Regel wird kein zusätzliches Vorloch im Trägerbauteil benötigt. Die Kunststoff-Dome können dabei sowohl als Schraubdom, ausgelegt für eine „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. Für eine optimale Verbindung ist es mit dem Setzgerät möglich, unterschiedliche Drehzahlen bis zu 5000 min-1 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 dieser Verbindungstechnik 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.
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