Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
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Projekte

Innovative Fügetechnologie zum automatisierten Stoßfügen elastomer-basierter Hohlraumdichtungen

RMS-Technologie und Klebprozesse zum schnellen Fügen von elastomeren Dichtungen
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RMS-Technologie und Klebprozesse zum schnellen Fügen von elastomeren Dichtungen
Messedemonstrator mit stirnseitig gefügter EPDM-Dichtung
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Messedemonstrator mit stirnseitig gefügter EPDM-Dichtung

In der Automobiltechnik ist die Nutzung von elastomer-basierten EPDM Hohlraumprofilen zum Abdichten von Fahrgasträumen Stand der Technik und industriell weit verbreitet. Dabei werden in einem automatisierten Prozess Zuschnitt- oder Endloshalbzeuge des EPDM-Profils robotergesteuert mit den Türen oder der Karosserie verklebt. Zum Abschluss wird das Hohlraumprofil abgeschnitten und die beiden Stoßenden zusammengefügt. Dabei ist die Dauerelastizität der Fügezone wie auch ein ungestörter Dichtungsverlauf essentiell, um die Dichtheit bei geschlossenen Türen zu gewährleisten.

Das Ziel des Projektes war die Entwicklung eines effizienten Fügemechanismus zum Verbinden von Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)-Profilen. Hierbei sind stoffschlüssige Fügetechnologien unter Nutzung von Reaktiv-Multischicht-Systemen (RMS) sowie angepasster Klebstoffsysteme zu entwickeln, die sich für Stoßfügungen in der automatisierten Fertigung eignen.

Lösung

Vermessung des Porenanteils am Querschnitt einer EPDM-Dichtung
© Fraunhofer IWS
Vermessung des Porenanteils am Querschnitt einer EPDM-Dichtung

Als Alternative zur bisherigen Lösung auf Basis von Cyanacrylaten wurden sowohl alternative Klebstoffsysteme untersucht, als auch eine Kombination aus Kleben und thermischem Fügen mittels Reaktiv-Multischicht-Systemen (RMS) entwickelt. Die RMS bestehen aus einem Nanolaminat zweier reaktiver Materialien (z. B. Ni und Al), welche nach Einbringung einer Aktivierungsenergie eine intermetallische Reaktion ausbilden und innerhalb kürzester Zeit eine genau definierte Wärmemenge freisetzen. Diese wurde zum lokalen Erweichen des EPDM sowie zum Aufschmelzen des Zusatzmaterials genutzt und ermöglichte ein sehr schnelles und präzises Fügen.

Außerdem wurden im Rahmen des Projektes weitere kostengünstige und schnelle Möglichkeiten des Wärmeeintrags mittels Wärmestrahlung und Konvektion für alternative Klebstoffsysteme untersucht.

Ergebnisse

Stirnseitiges Fügen von EPDM-Hohlraumdichtungen mittels IR-Strahlung
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Stirnseitiges Fügen von EPDM-Hohlraumdichtungen mittels IR-Strahlung

Im Rahmen des Projektes konnten stirnseitige EPDM-Fügungen durch Verwendung thermoplastischer Klebfolien hergestellt werden. Dabei erfolgte die Erwärmung sowohl mittels Reaktiv-Multischicht-Systemen, Wärmestrahlung als auch Konvektion. Die Verbindungen erfüllten die Anforderungen der Endanwender bezüglich mechanischer Festigkeit auch bei klimatischer Wechsellast. Im Gegensatz zu den Erwärmungsverfahren mittels Wärmestrahlung bzw. Konvektion bietet der RMS-Fügeprozess den Vorteil der sehr gut dosierbaren und sehr schnellen Erwärmung. Die Verbindung kann so innerhalb weniger Sekunden erstellt werden.

Forschungsförderung

Dieses Projekt wurde in enger Zusammenarbeit mit der Firma ATN Hölzel GmbH durchgeführt.  

Fördergeber:
Sächsisches Staatsministerium für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr
Förderkennzeichen: SAB100283656
Laufzeit: 01.01.2017 bis 31.12.2018