LiteWWeight®: Eine Verbindungs-Technologie für Sandwichmaterialien

Ausgangslage

Multi-Material-Verbindungen sind ein Schlüsselelement für die Anwendung von Leichtbau im Transportbereich. Die Firma MultiMaterial-Welding AG hat eine innovative Plattform aus verschiedenen Produkten und Lösungen entwickelt und patentiert, die eine neue Methode zum Verbinden unterschiedlicher Materialien bietet. Eine davon ist die MM-Welding® LiteWWeight®-Technologie, die speziell für Sandwichstrukturen mit Waben- und geschäumten Kernmaterialien ausgelegt ist. Mittels Ultraschallenergie wird ein thermoplastisches Verbindungselement durch die Deckschicht in die poröse Struktur des Kerns eingebracht. Aufgrund der Ultraschallanregung schmilzt das thermoplastische Verbindungselement an der Grenzfläche partiell auf, infiltriert die poröse Struktur und stellt eine hoch beanspruchbare kraft- und formschlüssige Verbindung mit dem Substrat her.

Abbildung 1: Thermoplastisches Verbindungselement

Vorgehen

Die Auseinandersetzung mit dem mechanischen Verhalten ist der Schlüssel zum Erfolg. Deshalb wurden während dem Projekt gemeinsam mit der Firma MultiMaterial-Welding AG experimentelle und numerische Methoden entwickelt, um den dynamischen und schnellen Prozess besser verstehen und industriell einzusetzen zu können.

Abbildung 2: Prozessschritte der MM-Welding LiteWWeight-Technologie

Ergebnisse

Mittels einer Online-Prozess-Überwachung, das spezifisch für diese Technologie entwickelt wurde, konnte durch die Erfassung und Auswertung von hochaufgelösten Prozessdaten der Zusammenhang zwischen mechanischer Belastbarkeit und Prozessparameter besser verstanden werden. Zudem wurde eine Hochgeschwindigkeitskamera genutzt, um während dem sehr kurzen Prozess Informationen über das Eindringverhalten, wie Beulen des thermoplastischen Verbindungselementes unter Druck, zu gewinnen. Weiter war es wichtig, das Schwingungsverhalten des thermoplastischen Verbindungselementes genauer zu untersuchen. Mittels numerischer Analysen vom Frequenzverhalten sowie der elastischen Wellenausbreitung konnten Geometrie und Prozess optimiert und damit stabilisiert werden. Dieses Projekt verdeutlicht den hohen Wissenszuwachs durch die Kopplung von experimentellen und numerischen Methoden.