Laservorbehandlung

Integration in eine industrielle Serienfertigung:

Laservorbehandlung zum Kleben

Für Aluminiumlegierungen werden in der Regel chromatbasierte Vorbehandlungen eingesetzt, die international bis zum Jahr 2007 vollständig verboten werden. Aus der Motivation heraus, die Vorbehandlung chromatfrei, trocken und nahezu staubfrei sowie in den Prozessschritt Klebstoffauftrag integriert zu ermöglichen, wurde im Rahmen des durch das BMBF geförderten Projektes INTLASKLEB (Integration einer Laservorbehandlung in eine klebtechnische Serienfertigung) neue Konzepte erarbeitet.

Film
Film: Integrierte Laser-Klebe-Einheit
Vorbehandlung von Aluminiumlegierungen mit Nd:YAG-Laserstrahlung

Innerhalb des Projektes INTLASKLEB wurden sechs unterschiedliche Werkstoffe, darunter drei Aluminiumlegierungen, mit einem gepulsten Nd:YAG-Laser und einem eigens entwickelten Scankopf mit verschiedenen Laserparametern vorbehandelt. Die einzelnen Laserparameter wurden auf ihre Beeinflussung der Oberfläche hin untersucht. Dabei war ihre chemische Zusammensetzung und die damit verbundene Klebbarkeit entscheidend.

Alumnium Aluminium 2
Oberfläche von Aluminium Al 6040 nach der Bearbeitung mit verschiedenen Laserparametern; links geringe Leistungsdichte der einzelnen Laserpulse, keine Überlappung, rechts hohe Leistungsdichte der einzelnen Laserpulse, starke Überlappung

Neben der Laservorbehandlung unter Normalatmosphäre wurden auch zusätzliche Prozessgase verwendet. Diese wurden eingesetzt, um während des Laserprozesses die Prozesszone vor Atmosphäre zu schützen und um die gebildete Oberfläche zusätzlich zu modifizieren.
Als Klebstoffe wurden ein zweikomponentiger raumtemperatur-härtender Polyurethanklebstoff und ein einkomponentiger heißhärtender Epoxidklebstoff eingesetzt.
Die Zugscherproben wurden nach DIN EN 1465 gefertigt, wobei der Klebstoffauftrag und der Fügeprozess direkt nach der Laservorbehandlung erfolgte. Die Proben wurden sowohl einer quasistatischen Zugscherprüfung (in Anlehnung an DIN EN 1465, Geschwindigkeit 5 mm/min) als auch einer Crashzerreißprüfung (5 m/s) unterzogen.

Integration der Laservorbehandlung in eine industrielle Serienfertigung

Ziel der Entwicklung eines integrierten Laservorbehandlungs-/ Klebstoffauftragskopfes war es, nicht nur einen Arbeitsschritt in einer späteren Produktion einzusparen (z. B. die manuelle mechanische Oberflächenvorbehandlung bei metallischen Werkstoffen), sondern auch die Sicherheit und Stabilität des Fertigungsschrittes deutlich zu erhöhen. Vor allem vor dem Hintergrund, dass beim Einsatz der Klebtechnik noch große Unsicherheiten bezüglich der Oberflächenvorbehandlung der Fügeteile sowie der Klebstoffverarbeitung und -aushärtung bestehen, kann ein stabiles Fertigungsverfahren deutlich die Akzeptanz der Klebtechnik in der industriellen Produktion erhöhen und zu einer weiteren Verbreitung der Klebtechnik beitragen.

Ergebnis-Transfer

Die erarbeiteten Konzepte wurden in Form von Musterarbeitsplätzen umgesetzt und durch die Etablierung eines Industriearbeitskreises öffentlich zugänglich gemacht. Der Industriearbeitskreis wird auch über das offizielle Projektende hinaus fortgeführt, so dass weiterführende Ergebnisse dem interessierten Publikum zur Verfügung stehen. Nähere Informationen dazu (z. B. aktuelle Termine) sowie die vollständigen Ergebnisse des Projektes sind unter www.intlaskleb.de erhältlich.

Ansprechpartner
Dipl.-Chem. Elisabeth Stammen e.stammen@lkt-aachen.de

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