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EFB-Forschungsbericht Nr. 320

Falzklebeprozess im automobilen Rohbau

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Verfasser:
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. Reimund Neugebauer, Dipl.-Ing. Sandra Menzel, Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU Chemnitz, Prof. Dr. rer.nat. Bernd Meyer, Dipl.-Ing. Ivo Neumann, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Bremen

90 Seiten (sw, 33 teils farbige Abb., 3 Tab.)

ISBN: 978-3-86776-356-1

Preis (Digital) EUR 56,00

Preis (Print) EUR 63,00

Zusammenfassung

Im Karosseriebau ist es üblich Bleche form- und kraftschlüssig durch Falzkleben miteinander zu verbinden. Strukturklebstoff im Falzspalt sorgt dabei für eine schubsteife Verbindung der Bleche.

Zum Schutz vor Korrosion wird der Falzspalt mit einer Nahtabdichtung gegen das Eindringen von Feuchtigkeit versehen. Bisher gelingt es nicht diese Nahtabdichtung prozesssicher und blasenfrei zu fertigen. Auftretende Fehler müssen aufwendig nachgear-beitet werden. Das Projekt hatte daher das Ziel diejenigen Prozessparameter zu identifizieren, die für Fehler in der Nahtabdichtung verantwortlich sind. Darüber hinaus war das Prozessfenster zu finden, welches den Falzklebeprozess in hoher Qualität ermöglicht.

Ausgehend von einer Analyse der Prozessbedingungen in der Fertigung sowie der Auswertung von Fehlerbildern an Werkstücken aus der Industrie wurden Thesen für die Ursachen von Fehlern in der Nahtabdichtung aufgestellt. In einem Versuchsprogramm wurde die Wirkung ausgewählter Prozessparameter in einem seriennahen Falzklebeprozess untersucht. Dabei wurde bestätigt, dass die Vermeidung von Kavitäten im Falzklebstoff eine Schlüsselfunktion für einen fehlerfreien Prozess ist. Das Verständnis für die am Prozess beteiligten Einflussgrößen wurde wesentlich erweitert.

Es wurden Prozessparameterkombinationen ermittelt, die im Probenumfang des seriennahen Versuches fehlerfreie Testreihen lieferten. Es wurden auch solche Prozessvarianten beschrieben, bei denen eine hohe Fehlerwahrscheinlichkeit zu erwarten ist. Wegen der Vielzahl der Einflussmöglichkeiten und deren komplexen Zusammenwirken war es in diesem Projekt noch nicht möglich, solche Prozessparameter abschließend zu definieren, die regelmäßig fehlerfreie Prozesse garantieren. Das Ziel des Forschungsvorhabens wurde erreicht.

Das Forschungsvorhaben „Falzklebeprozess im automobilen Rohbau“ wurde unter der Fördernummer AiF 294ZBG von der EFB e.V. in Kooperation mit der Forschungsvereinigung Stahlanwendung e.V. (FOSTA), dem DVS – Deutscher Verband für Schweißen und verwandte Verfahren e.V. und der DECHEMA Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie e.V. finanziert und betreut und über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen (AIF e.V.) mit Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWI) gefördert. Der Abschlussbericht ist als EFB-Forschungsbericht Nr. 320 erschienen und bei der EFB-Geschäftsstelle und im Buchhandel erhältlich.

Inhalt

Kurzzeichenverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Tabellenverzeichnis
Zusammenfassung
1 Einleitung
2 Stand der Technik
2.1 Falzen
2.2 Falzkleben
2.3 Prozessablauf
2.4 Polymersysteme
2.5 Qualitätssicherung und Prüfverfahren
2.5.1 Optische Prüfung (VT)
2.5.2 Farbeindring-Verfahren (PT)
2.5.3 Computertomografie (CT)
2.5.4 Zerstörende Prüfung
3 Problemstellung und Zielsetzung
3.1 Probleme beim Falzkleben
3.2 Angestrebte Forschungsergebnisse und Vorgehensweise
4 Prozess- und Bauteilanalyse
4.1 Fehleranalyse an industriellen Bauteilen
4.2 Fehlerkategorien der Falzklebung und Nahtabdichtung
4.3 Schadensmechanismus
4.4 Prozessvisualisierung
5 Hypothese und Thesen zur Entstehung von Fehlstellen
5.1 Hypothese
5.2 Thesen zur Entstehung von Fehlstellen
6 Analysen und Teilexperimente
6.1 Temperaturbedingte Volumenvergrößerung
6.2 Rheologische Untersuchungen des PVC-Plastisols
6.3 Ausgasung der Polymersysteme
6.4 Volumen und Kavität
6.5 Klebstoffverteilung durch Rückfederung
6.6 CFD-Simulation der Nahtabdichtung
7 Prozessnahes Gesamtexperiment
7.1 Festlegung der Randbedingungen
7.1.1 Probengeometrie
7.1.2 Blechwerkstoffe und Oberflächen
7.1.3 Polymersysteme und deren Aushärtung
7.1.4 Relativbewegung
7.2 Versuchsmatrix
7.3 Werkzeuge und Versuchsaufbau
7.4 Versuchsablauf
7.5 Vorgehensweise bei der Auswertung und Dokumentation der Ergebnisse
7.6 Versuchsergebnisse
7.6.1 Gegenüberstellung der untersuchten Parametersets
7.6.2 Fehlstellen auf Grund von Klebstoffverarmung
7.6.3 Fehlstellen auf Grund verschiedener Klebstoffauftragsprinzipien
7.6.4 Fazit der Versuchsauswertung Gesamtexperiment Falzkleben
8 Simulation des Gesamtexperiments
8.1 FE-Modell in Abaqus
9 Projektergebnisse und Ausblick
10 Literatur