Fehlstellen beim Falzkleben im automobilen Rohbau verhindern

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Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angew. Materialforschung - IFAM -

Anhand von Realbauteilen ließ sich nachweisen, dass eine Blasenentstehung maßgeblich auf eine Kavität zurückzuführen ist, die durch die Bleche, den ausgehärteten Falzklebstoff und den eingebrannten KTL-Lack begrenzt wird. Durch die NAD wird in dieser Kavität ein Luftvolumen eingeschlossen. Steigt die Temperatur von Bauteilen mit einer unabgebundenen NAD zum Zweck der Aushärtung, kommt es nach dem idealen Gasgesetz zu einem Druckanstieg innerhalb der eingeschlossenen Luftvolumina. Das Volumen nimmt zu und kann nur durch eine Deformation der noch unabgebundenen NAD ausgeglichen werden.

Ursachen für die Entstehung der Lufteinschlüsse in Versuchen klären

Die geometrische Ausgestaltung der das Luftvolumen umgebenden Kavität hat derart Einfluss auf die Blasenbildung, dass bei gleichem eingeschlossenen Volumen Kavitäten mit einer kleinen Öffnung zum unabgebundenen Plastisol stärkere Deformationen hervorrufen als Kavitäten mit breitflächiger Öffnung.

Für die Entstehung der Kavitäten und Lufteinschlüsse kommen verschiedene Ursachen in Betracht. So wurden beispielsweise die Thesen aufgestellt, dass es während der Klebstoffapplikation zu Lufteinschlüssen oder während des Aushärtens der Klebstoffe zu Ausgasungen kommen könne. Weiterhin kommen Schwankungen im Füllgrad aufgrund eines inhomogenen Klebstoffauftrags, Lufteintrag infolge von Rückfederungseffekten der Bauteile oder während eines Transports mit unausgehärtetem Klebstoff als Fehlerinitiatoren in Betracht.

In einem praxisnahen Gesamtexperiment wurde im Labormaßstab anhand der gezielten vollparametrischen Variation einzelner Parameter deren Einfluss auf das Falzergebnis untersucht. In jedem Probenkörper war eine ebene, lineare Falzkante von 300 mm enthalten. Es wurden zwei unterschiedliche Füllgrade (Fill 2, Fill 3), zwei verschiedene Klebstoffe (Terokal 8026GB, Betamate 1493G) unterschiedlicher Viskosität und Applikationsart, zwei verschiedene Beölungszustände (entfettet, definiert beölt) sowie unterschiedliche Aushärteszenarien (Laborofen, induktives Vorgelieren und Laborofen, KTL-Prozess) berücksichtigt. Zudem integrierten die Forscher eine Einrichtung zum Einbringen einer definierten Relativbewegung zwischen Außen- und Innenblech nach dem Falzen in das Versuchswerkzeug.

Mehr Lufteinschlüsse beim Klebstoffauftrag mit Swirl-Verfahren

Ein Einfluss des Beölungszustandes der Bleche konnte nicht festgestellt werden, während die Art des Klebstoffauftrags einen signifikanten Einfluss auf die Auftretenswahrscheinlichkeit von Blasen hat. Offensichtlich kommt es beim Klebstoffauftrag mit dem Swirl-Verfahren zu mehr Lufteinschlüssen, die wiederum zu Kanal- oder Kavitätenbildungen führen, als beim Raupenauftrag.

Auch beim Füllgrad zeigten sich auffällige Unterschiede. Die Flanschausfüllung Fill 2 ist in Verbindung mit einem Klebstoffauftrag als Raupe weniger fehleranfällig als Fill 3. Das könnte darauf zurückzuführen sein, dass sich bei einem Füllgrad Fill 2 unter der NAD größere zusammenhängende Kavitäten bilden, die eine große Fläche zur NAD haben.

Damit bleiben Düseneffekte, die bei der Erwärmung der Luft in den Kavitäten zu Blasen führen könnten, aus. Erst bei einem Klebstoffauftrag im Swirl-Verfahren treten auch beim Füllgrad Fill 2 häufiger Fehler auf. Schwankungen in der Klebstoffverteilung führten häufig zu Blasen.

Blasenbildung tritt meist nur bei mehreren Einflussfaktoren auf

Die gezielt eingebrachten Relativbewegungen der Bleche zueinander vor der Klebstoffaushärtung hatten in den Experimenten keinen Einfluss auf die Fehlerhäufigkeit. Ein Vergleich der Aushärteszenarien des Klebstoffs zeigt keine signifikanten Unterschiede für die Fehleranfälligkeit.

Beim Auswerten der Proben ist jedoch ersichtlich, dass die KTL-Behandlung Effekte, die aus anderen Parameterkombinationen resultieren, verstärken oder abschwächen kann, indem Kavitäten oder Kanäle verschlossen oder mit düsenförmigen Austrittsöffnungen hin zur NAD versehen werden. Meist tritt eine Blasenbildung nur dann auf, wenn mehrere Einflussfaktoren aufeinander treffen.

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