Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBFBetriebsfeste und zuverlässige Laserschweißverbindungen: Mit dem MultiWeldTester kann die gesamte Prozesskette untersucht werden, beginnend von der Herstellung der Verbindung mittels Laser bis hin zur Materialcharakterisierung und Bauteilprüfung. Um eine Verbindung betriebsfest auszulegen, ist die Kenntnis von systembeeinflussenden Größen auf die Festigkeit und Zuverlässigkeit unabdingbar.
Prüfkörper "MultiWeldTester"
Betriebsfeste und zuverlässige Laserschweißverbindungen
Prüfkörper in der Kunststoff-Verbindungstechnik: MultiWeldTester
Mikroskopische Aufnahme der Laserschweißnaht
Herausforderung
Stetig nimmt der Anteil von Laserschweißverbindungen an Kunststoffen in der Automobilindustrie, der Weißwarenindustrie und der Medizintechnik zu. Meist sind mechanische Kennwerte, die zur Bemessung einer Laserschweißverbindung notwendig sind, nicht vorhanden. Weiterhin sind geeignete Prüfkörper für Untersuchungen an Laserschweißverbindungen von Kunststoffen nur schwer zugänglich.
Gegenwärtig werden Laserschweißverbindungen häufig mit konventionellen Bemessungsmethoden ausgelegt, die in der Regel Sicherheitsfaktoren und Abminderungsfaktoren beinhalten. Diese Methode stellt zwar durchaus eine Möglichkeit zur Auslegung von Laserschweißverbindungen dar, ist aber für eine Bemessung im Sinne der Betriebsfestigkeit und des Leichtbaus nicht realitätsnah genug. Auch bleiben mögliche Interaktionen verschiedener Einflussfaktoren unberücksichtigt. Weiter birgt das Abschätzen der Abminderungsfaktoren eine Unsicherheit, die zu einer Unter- oder Überdimensionierung des Bauteils führen kann. Auch werden dabei die Leichtbaupotenziale dieser Werkstoffe oft nicht vollständig ausgeschöpft.
Eine Anforderung an lasergeschweißte Strukturkomponenten ist, dass sie hermetisch druckdicht sein müssen. Die Lasten die auf eine Laserschweißnaht einwirken sind meist mehraxial.
Der MultiWeldTester ist so modular aufgebaut, dass genau diese Anforderungen, Dichtheit und mehraxiale Belastung (Zug, Torsion und Innendruck, auch in Kombination untereinander) geprüft werden können.
Unser Ansatz
Die experimentelle Simulation stellt eine Möglichkeit dar, eine Laserschweißverbindung im Sinne der Betriebsfestigkeit und des Leichtbaus zu bemessen. Dabei werden Interaktionen einzelner Einflussfaktoren berücksichtigt und das Gesamtsystem, bestehend aus
- Werkstoff,
- Fügeprozess,
- Prozessparametern,
- Geometrie,
- Umwelteinfluss und
- äußerer Belastung
in dessen Gesamtheit, betrachtet.
Kundennutzen
Für Aufgabenstellungen im Bereich der Kunststoffverbindungstechnik, speziell mittels Laser, ist das Fraunhofer LBF Ansprechpartner und deckt die ganzheitliche Prozesskette von der Auslegung der Fügeverbindung über das Laserschweißen bis hin zur Prüfung der Fügeverbindung ab. Durch die Betrachtung und Analyse des ganzheitlichen Produktlebenszykluses ist es möglich betriebsfeste und zuverlässige Laserschweißverbindungen zu bemessen und das Leichtbaupotenzial des Werkstoffes besser auszunutzen.
