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Verbindungstechnik für Verbünde aus Metall und Kunststoff

Thermisches Direktfügen
Verbindungstechnik für Verbünde aus Metall und Kunststoff

Sollen Metall und Kunststoff dauerhaft verbunden werden, bietet das thermische Direktfügen mit der hyJoin-Technologie eine Alternative zum Kleben. Beide Bauteile werden dabei verpresst und bis zur Schmelztemperatur des Kunststoffes erwärmt, so dass dieser die Metalloberfläche benetzt. Das Verfahren sei einfacher und schneller als Kleben, betont der Hersteller, und die so gefügten Teile könnten sofort entnommen und weiterverarbeitet werden.

Die Herausforderung, Geräte und Komponenten mit mehr Funktionen auszustatten aber gleichzeitig kompakter, kleiner und leichter zu bauen, ist in den letzten Jahren rasant gestiegen. Immer mehr Baugruppen bestehen aus leichten Kunststoffgehäusen, die im Spritzguss hergestellt werden. Metallteile stabilisieren diese Baugruppen und Systeme und gewährleisten die Gesamtfunktion. Bisher werden Klipse oder Schrauben für die Verbindung mit dem Gehäuse genutzt. Noch kleiner und kompakter geht es, wenn die Komponenten verklebt werden. „Automatisierte Klebprozesse bringen jedoch eine Menge an Problemen mit sich“, erinnert sich Annett Klotzbach. 5 Jahre leitete sie die Arbeitsgruppe Kleben und Faserverbundtechnik an einem Fraunhofer Institut. „Die Sauberkeitsanforderungen an die Teile, der Klebstoffauftrag und dann das Warten, bis die Verbindung ausgehärtet ist, lassen viele Unternehmen vor dem Einsatz in automatisierten Montageprozessen zurückschrecken.“

Schnelles Fügen und direkte Weiterverarbeitung

Diese Herausforderungen forcierten die Entwicklung tragfähiger Alternativen zum industriellen Kleben. 2021 präsentierte die Kist + Escherich GmbH, München, erstmalig eine Anlage zum automatisieren Fügen von Metall mit Kunststoff basierend auf der hyJoin-Technologie zum thermischen Direktfügen. Dazu wird die Baugruppe aus Metall und Kunststoff in das Fügewerkzeug eingelegt. Ein Druckstempel oder eine geometrisch angepasste Matrize verpresst beide Bauteile, so dass die Verbindungsflächen aneinander liegen. Im Fügewerkzeug integrierte Induktoren erwärmen das Metall kurzzeitig. Wird die Schmelztemperatur des Kunststoffes erreicht, so benetzt dieser die Metalloberfläche. Dank einer konturgetreuen Erwärmung durch die induktiven Wirbelströme dauert der Prozess des Aufschmelzens, Benetzens und Abkühlens wenige Sekunden. Die so gefügten Teile können sofort entnommen und weiterverarbeitet werden.

Laserstrukturierte Metalloberfläche ermöglicht dauerhafte Verankerung

Die Herausforderung bei dieser Art des Fügens ist, ein gutes Haften des Kunststoffes an der Metalloberfläche zu erreichen. Lösungen wie das Auftragen von Haftvermittlerschichten, chemisches Ätzen oder Sandstrahlen sind aus dem Bereich des Klebens bereits bekannt. Besonders präzise und umweltschonend ist das Aufrauen mittels Laserstrahlung, da hierbei lediglich die Fügebereiche behandelt werden.

Gemeinsam mit den Applikationskollegen der Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH, Ditzingen, wurde deswegen eine Oberflächenstrukturierung realisiert, die sehr gute Festigkeiten der gefügten Hybridbaugruppen erzielt. So setzt das Ditzinger Team die Strahlquelle TruMicro 7060 mit 1000 W Laserleistung ein. Kurze Laserpulse mit sehr hohen Leistungen erzeugen derart hohe Energiedichten, dass das Metall lokal aufgeschmolzen und verdampft wird. Es entsteht eine makroskopisch sichtbare, kraterartige Struktur, in der sich der Kunststoff verankern kann.

Flexible Produktlösungen für vielfältige Anwendungen

Die Vorstellung der hyJoin-Technologie auf Fakuma und Productronica im Herbst 2021 offenbarte ein breites Anwendungspotenzial. So arbeiten viele Unternehmen an Neuentwicklungen im Bereich des optimierten Thermomanagements von Baugruppen. Die hyJoin-Systemtechnik kann dafür beispielsweise Kühlkörper aus Aluminium mit einem Spritzgussgehäuse mediendicht verbinden. Auch das Verschließen von Gehäusen für Elektronikbauteile, Motoren oder Sensorbaugruppen kann ohne Verschrauben und zusätzliche Dichtungen erfolgen.

Im Labor von Kist + Escherich in Dresden laufen deshalb eine Vielzahl von Bemusterungen für verschiedene Materialkombinationen bis zur Herstellung von A- und B-Serien. Dabei unterstützt das Dresdner Team auch bei der Erarbeitung des passfähigen Fügestellendesigns für die Hybridbauteile. Überzeugen die Prototypen in Funktion und Haltbarkeit, erfolgt die Planung und Umsetzung einer Produktionsanlage.

Da Kist + Escherich seit vielen Jahren Sondermaschinen für die industrielle Bauteilreinigung mittels pulsierender und ionisierender Druckluft anbietet, ist das Unternehmen mit den Kundenanforderungen an einen Sondermaschinenbauer vertraut. Für das thermische Direktfügen umfasst das Produktportfolio sowohl Semi-Automaten mit manueller oder automatisierter Teilezufuhr als auch integrierbare Pressenmodule in verschiedenen Größen- und Leistungskategorien. (co)

Weitere Informationen zum thermischen Direktfügen

Messe automatica 2022: Halle A6, Stand 321

Kontakt:
Kist + Escherich GmbH
Höglwörther Straße 1
81369 München
Tel. +49 89/318555-0
info@kist-escherich.com
www.dr-escherich.de




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