Kunststoffe besser schweißen

Wie Forscher vom IPA in Stuttgart die Fügetechnik vorantreiben

Stuttgart. Faserverstärkte Kunststoffe wie Karbon sind extrem leicht und fest. Immer häufiger ersetzen sie Metalle in Autos und Flugzeugen. Man kann sie heute sogar schweißen. Doch es gibt ein Problem.

Die gängigen Verfahren schmelzen nur die Kunststoff-Matrix auf. Dabei gelangen aber keine Fasern zur Verstärkung in die Fügezone. Das macht die Naht zur Schwachstelle.

Ein Verfahren des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart soll dieses Manko jetzt beheben: das Rührreibschweißen.

„Ein rotierendes Werkzeug erzeugt Reibungswärme, die den Werkstoff aufschmilzt“, erklärt Manuel Schuster, Projektleiter bei IPA. Der Clou: In die Schweißnaht lassen sich Verstärkungsfasern einrühren. „So schaffen wir es, stabilere Schweißnähte hinzubekommen.“

Experimente mit Ultraschall

Rührreibschweißen wird schon länger bei Metallen angewandt, doch Kunststoffe leiten Wärme viel schlechter. Deshalb geht es langsam – zu langsam für die industrielle Anwendung.

„Mit zusätzlichen Aufwärmmechanismen kann man das Arbeitstempo erhöhen“, so der Forscher zuversichtlich. „Das Vorwärmen des Materials mit Infrarot-Strahlern erhöht die Geschwindigkeit um den Faktor 100.“ Sein Team experimentiert auch mit Ultraschall: Das Schwingen des Werkzeugkopfes mit rund 20.000 Hertz leitet zusätzliche Wärme in den Werkstoff ein.

Welche Methode passt, hängt vom Kunststoff und der Geometrie des Bauteils ab. Und warum klebt man die Bauteile nicht einfach zusammen? Schuster: „Weil dabei ebenfalls keine Verstärkungsfasern in die Fügezone gelangen.“


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