INNOVATIVE INDUSTRIE
SEPTEMBER 2018 | INNOVATIONS • NEW BUSINESS 33
dieser Materialien zur Verfügung – ein Verfahren, bei dem
thermoplastische Verbindungselemente per Ultraschallenergie
fest mit dem Trägermaterial verbunden werden. Sie bietet eine
ideale Alternative zu traditionellen Fixierlösungen wie Nieten,
Schrauben, Kleben oder ähnliches.
NEUE GESTALTUNGSMÖGLICHKEITEN IM LEICHTBAU
Herkömmliche Verbindungstechniken basieren auf dem Prinzip
von soliden Werkstoffen, die miteinander verbunden werden
sollen. Im Leichtbau hingegen werden sowohl extrem
feste Metalle wie auch Kombinationen aus Faserverbundstoffen
zusammengefügt. Bei den metallischen Bauteilen kommen
herkömmliche Verbindungssysteme mit zum Teil angepassten
Eigenschaften zum Einsatz. Faserverbundstoffe, Sandwichplatten
und Leichtbaumaterialien sind jedoch vielfach poröse
Werkstoffe – beispielsweise in Form von geschäumten Materialien
bis zu solchen mit Wabenstruktur. Die „Hohlräume“ in
diesen Materialien – und damit die fehlende solide Masse des
Werkstoffs – erschwert oder verhindert gar den Einsatz bekannter
Verbindungssysteme. Über die relativ kleinen Kontakt
ächen von Verbinder zu Komponente oder Bauteil können
keine größeren, dauerhaften Lasten übertragen werden. Wird
ein Vorloch benötigt, in das ein herkömmliches Verbindungselement
wie Niet oder Schraube eingebracht werden soll, fällt
nicht nur ein zusätzlicher notwendiger Prozessschritt an. Darüber
hinaus besteht zudem das Risiko einer Materialschwächung.
Werden die Bauteile verklebt, sind – aufgrund der nicht
immer optimalen Ober ächeneigenschaften – die Prozesssicherheiten
limitiert. Die Wünsche von Prozessingenieuren nach
schnelleren und einfacheren Produktionsabläufen sowie von
Konstrukteuren und Entwicklern nach neuen Gestaltungsmöglichkeiten
im Bereich der Leichtbautechnik werden dadurch
stark eingeschränkt.
WAS STECKT HINTER MM-W?
Bei der MM-W-Technologie, die von der MultiMaterial-Welding
AG patentiert und von der KVT-Fastening-Mutter Bossard
unterlizenziert ist, werden statt herkömmlicher Befestiger
thermoplastische Verbindungselemente in stift-, hülsen-
oder frei wählbarer Form verwendet. Das Funktionsprinzip:
Der thermoplastische Befestiger wird in Phase 1 über die
Kombination von Ultraschallbewegung und Druck durch
die Deckschicht „gestoßen“. Durch die Reibung zwischen
Verbinderober äche und Bauteil wird die Ober äche des
Verbinders selbst zum Verbindungsmaterial. Dank seiner
Materialhärte bleibt der Verbinder an sich jedoch formbeständig.
Das MM-W-Verfahren nutzt die Kombination von
Ultraschall energie, Materialhärte und Design des Verbinders
aus, um diesen einerseits in das Bauteil einzutreiben und
andererseits den angeschmolzenen Kunststoff als Verbindungsmasse
zu nutzen. Über die Kapillare der Schmelze
wird der poröse Werkstoff des Bauteils ideal gefüllt, was in
der Summe zu einer größervolumigen und größer ächigen
Halteverankerung führt.
SCHNELLER, STÄRKER UND FLEXIBLER VERBINDEN
Die MM-W-Technologie bringt verschiedene Vorteile mit sich.
Einer davon ist die deutlich kürzere Prozesszeit als bei alternativen
Verbindungstechniken, die zu einer ef zienteren Inline
Verarbeitung führt: Der gesamte Fügeprozess dauert dabei
weniger als eine Sekunde. Zudem müssen weder Abkühlphasen
noch Aushärtezeiten beachtet werden, die Verbindung ist
unmittelbar nach Freigabe der Verbindungsstelle belastbar. In
den meisten Fällen muss zudem kein Loch im Material vorgebohrt
werden. Ein weiterer Vorteil: Die Technologie bietet
hohe Flexibilität, da sich die Befestiger ohne Vorpositionierung
zum Toleranzausgleich verwenden lassen. Darüber hinaus
gewährleistet das MM-W-Verfahren signi kant stärkere Bindungen
als bei vielen anderen Befestigungsmethoden. Hintergrund
ist, dass durch die Gestaltung einer den Anforderungen
entsprechenden Ober ächenform und Größe in Kombination
mit der Auswahl des passenden thermoplastischen Verbinders
Lasten groß ächig in das Bauteil eingebracht werden. Dabei
wird nicht nur ein Befestigungspunkt erzeugt, sondern der
Befestiger funktional im Bauteil integriert. Diese „Applikationsfreiheiten“
sind zudem nicht an bestimmte Geometrievorgaben,
beispielsweise die Radialsymmetrie, gebunden. Darüber hinaus
können auch dünne Substrate ohne optische Beeinträchtigung
der „Rückseite“ mit Verbindungspunkten versehen werden.
Des Weiteren ist die Verarbeitung im Vergleich zu herkömmlichen
Verbindungstechniken sauberer, da keine zusätzlichen
Werkstoffe oder Vorbehandlungen der Oberflächen
erforderlich sind und kein Abfall produziert wird. Nicht zuletzt
garantiert die Möglichkeit zur statistischen Kontrolle des Prozesses
die durchgängige Qualität jedes einzelnen Verbindungspunkts
und macht das Verfahren dauerhaft reproduzierbar
sowie sicher.
INFO-BOX
KVT-Fastening auf der IZB in Wolfsburg
Auf der IZB (Internationale Zulieferbörse), die von 16. bis
18. Oktober in Wolfsburg stattfi ndet, stellt KVT-Fastening die
vielfältigen Möglichkeiten der revolutionären MultiMaterial-
Welding(MM-W)-Technologie als ideale Alternative zu traditionellen
Fixierlösungen vor. Live vorgeführt wird die Variante
„LiteWWeight“ für Sandwichmaterialien mit Waben- und/oder
porösem Kern. Dabei wird der thermoplastische Befestiger
innerhalb einer Sekunde über die Kombination von Ultraschallbewegung
und Druck ohne jegliche Vorbohrung/Vorbehandlung
durch die Deckschicht „gestoßen“. Die Reibung zwischen
Verbinderoberfl äche und Bauteil sorgt dafür, dass die Oberfl
äche des Befestigers selbst zum Verbindungsmaterial wird.
Dank seiner Materialhärte bleibt dieser an sich jedoch formbeständig
und ist unmittelbar nach Freigabe der Verbindung
belastbar. Darüber hinaus zeigt KVT-Fastening in Halle 7 am
Stand 7315 der IZB zahlreiche weitere Anwendungsbeispiele für
unterschiedliche Einsatzszenarien.