Umformtechnik Bonded Blanks lassen sich innerhalb einer neuen Prozesskette umformen

Autor / Redakteur: Thomas Pielka, Bernd-Arno Behrens und andere / Dietmar Kuhn

Die gemeinsame Umformung von Grund- und Verstärkungsblech bei der Herstellung partiell verstärkter Blechstrukturen scheiterte bislang an nicht umsetzbaren Prozessen. Durch die Entwicklung von neuartigen Basisklebstoffen und daran angepasste Verarbeitungsverfahren wird diese Technik beherrschbar.

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Beschichtung des Blechbandes mit Dispersionsklebstoff in einer Beschichtungsanlage der Coatema GmbH. (Bild: IFUM/IFAM)
Beschichtung des Blechbandes mit Dispersionsklebstoff in einer Beschichtungsanlage der Coatema GmbH. (Bild: IFUM/IFAM)

Um die Forderungen nach Energieeffizienz und Leichtbau zu erfüllen, werden bei der Herstellung von Karosserieteilen statt gleichmäßig dicker Bleche zunehmend dünnere Bleche mit gezielten Verstärkungen an Lasteinleitungsstellen eingesetzt. Hierfür gibt es unterschiedliche Verstärkungstechnologien, wie Tailored Blanks oder Patchwork Blanks.

Bei einem neuen Ansatz, den sogenannten Bonded Blanks, werden das Grundblech und das Verstärkungsblech im nicht gefügten Zustand zusammen im Werkzeug umgeformt und erst nach der Umformung, zum Beispiel durch den Einsatz eines Klebstoffs, gefügt. Die Anwendung dieser Technik scheiterte jedoch bislang in der Praxis an technisch und wirtschaftlich nicht umsetzbaren Prozessen.

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Bei der gemeinsamen Umformung werden die Bleche verbunden

So existiert keine Lösung für eine gleichmäßige Beschichtung der unregelmäßig geformten Verstärkungsbleche mit dem in der Regel pastösen Klebstoff. In dem hier vorgestellten Projekt wurden die in der Praxis auftretenden Probleme dadurch umgangen, dass der Klebstoff vorab auf ein Blechband aufgetragen wurde und eine stabile, trockene, nicht klebrige Schicht bildet (erster Abbindemechanismus). In diesem Zustand darf der Klebstoff die Prozessschritte Scherschneiden, Fixieren und Umformen nicht negativ beeinflussen. Nach dem gemeinsamen Umformen von Grund- und dem mit Klebstoff vorbeschichteten Verstärkungsblech wird der Klebstoff durch erhöhte Temperatur aktiviert, verbindet die beiden Bleche vollflächig und härtet final zu einem Duromer aus (zweiter Abbindemechanismus). Diese neue Prozesskette trennt die bislang miteinander verbundenen Prozessschritte Klebstoffauftrag, Fügen und Aushärten zeitlich und räumlich voneinander.

Für die Entwicklung von Klebstoffen mit den zwei oben genannten Abbindemechanismen gab es drei Materialkonzepte:

  • eine thermisch härtbare Festharzdispersion (Dispersion),
  • einen thermisch härtbaren Thermoplast (Hotmelt),
  • sowie einen Basisklebstoff, der bei UV-Bestrahlung in einen Thermoplasten überführt wird und weitere reaktive Gruppen beinhaltet, welche thermisch im zweiten Härtungsschritt vernetzen (Dual-Cure-System).

Dispersion und Hotmelt wurden als Materialkonzepte untersucht

Da es bei dem Basisklebstoff mit Dual-Cure-Verhalten nicht möglich war, eine trockene, nicht klebrige Klebstoffoberfläche nach dem ersten Abbindemechanismus zu erreichen, wurden in den weiteren Untersuchungen, wie beispielsweise im Sandwich-Versuch (Bild 1 – siehe Bildergalerie), nur die zwei erstgenannten Materialkonzepte (Dispersion und Hotmelt) weiterverfolgt.

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