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Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung ....................................................................................................................... 8 2 Stand der Forschung und Technik .................................................................................10 2.1 Fügen von Kunststoff mit Metall .........................................................................10 2.2 Thermisches Fügen von Kunststoff mit Metall ....................................................10 3 Ziel des Forschungsvorhabens ......................................................................................36 4 Experimentelles Vorgehen ............................................................................................37 4.1 Werkstoffe ..........................................................................................................37 4.2 Anlagentechnik ...................................................................................................39 4.3 Mechanische Verbindungcharakterisierung ........................................................40 4.4 Materialografische Verbindungscharakterisierung ..............................................41 4.5 Laserstrukturierung ............................................................................................42 5 Ergebnisse und Diskussion ...........................................................................................44 5.1 Instrumentierter Halbschnittversuchsstandes und Charakterisierung der Werkstoffe ..........................................................................................................44 5.1.1 Halbschnittversuchsstand .......................................................................44 5.1.2 Charakterisierung der Grundwerkstoffe...................................................48 5.2 Untersuchungen zur Fügezonenausbildung im Halbschnittversuch ....................49 5.2.1 Einfluss der Schweißzeit .........................................................................49 5.2.2 Einfluss der Elektrodenkraft ....................................................................56 5.2.3 Einfluss des Schweißstroms ...................................................................64 5.2.4 Vergleich der Einflüsse auf die Schmelzschichtgeometrie ......................67 5.2.5 Einfluss verzinkter Oberflächen ..............................................................70 5.2.6 Fazit zu den Einflüssen auf die Schmelzschichtcharakteristik im Halbschnittversuch .............................................................................................72 5.2.7 Übertragbarkeit der Halbschnittversuche auf die koaxiale Elektrodenanordnung .........................................................................................74 5.3 Experimentelle Untersuchungen zur Ableitung relevanter Einflussgrößen ..........78 5.3.1 Einfluss Schweißstrom, -zeit, -kraft und Oberflächenwechselwirkungen auf den Prozessbereich............................................................................................78 5.3.2 Einfluss des Stoff-, Form- und Kraftschlusses und Oberflächenmodifikationen .................................................................................87 5.3.3 Aufbau eines numerischen Simulationsmodells ......................................95 5.3.4 Verfahrensvergleich zwischen widerstands- und laserstrahlgefügten Kunststoff-Metall-Verbindungen ....................................................................... 105 5.4 Übertragung der experimentellen Untersuchungen auf weitere Werkstoffe ...... 110 5.4.1 Übertragung der experimentellen Untersuchungen auf die Chromstähle 1.4510 (X3CrTi17) und 1.4016 (X6Cr17) .......................................................... 110 AiF-Forschungsvorhaben – 21.226 B II
5.4.2 Übertragung der experimentellen Untersuchungen auf die transparenten thermoplastischen Kunststoffe, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polycarbonat (PC) und Polyethylenterephthalat (PET) ........................................................... 112 5.5 Mechanisch-technologisches Eigenschaftsprofil ............................................... 114 5.5.1 Mechanische Eigenschaften widerstandsgefügter Metall-Kunststoff- Verbindungen unter quasistatischer Beanspruchung........................................ 115 5.5.2 Dynamisches Eigenschaftsprofil widerstandsgefügter Metall-Kunststoff- Verbindungen ................................................................................................... 121 5.6 Definition von Qualitätsmerkmalen ................................................................... 131 5.6.1 Definition von Prüfmerkmalen ............................................................... 131 5.6.2 Beeinflussung der strukturellen Eigenschaften des Kunststoffs ............ 137 5.7 Bewertung praxisrelevanter Wechselwirkungen zwischen Prozess und Anlagentechnik ................................................................................................. 140 5.7.1 Einfluss der Elektrodengeometrie ......................................................... 141 5.7.2 Einfluss des Elektrodenwerkstoffs ......................................................... 151 5.7.3 Einfluss der Elektrodenschrägstellung und Randabstand ..................... 154 5.7.4 Eignung als Fixiertechnologie mittels Punktschweißkleben ................... 159 5.7.5 Spaltüberbrückbarkeit und Möglichkeit des Schweißens ohne Gegenlage 164 5.7.6 Einfluss der Nachhaltezeit..................................................................... 167 5.8 Demonstrator ................................................................................................... 168 6 Zusammenfassung ...................................................................................................... 171 7 Formales ..................................................................................................................... 172 7.1 Schlussfolgerungen und Gegenüberstellung der Ergebnisse mit den Zielstellungen des Forschungsantrages .................................................................................. 172 7.2 Notwendigkeit und Angemessenheit der geleisteten Arbeit .............................. 180 7.3 Wissenschaftlich-technischer Nutzen ............................................................... 180 7.4 Wirtschaftlicher Nutzen insbesondere für KMU, innovativer Beitrag und industrielle Anwendungsmöglichkeiten ............................................................................... 180 7.5 Einschätzung zur Realisierbarkeit des vorgeschlagenen Transferkonzepts ...... 181 7.6 Plan zum Ergebnistransfer in die Wirtschaft ..................................................... 183 7.7 Angaben zu gewerblichen Schutzrechten ......................................................... 185 8 Literaturverzeichnis ..................................................................................................... 186 9 Abbildungsverzeichnis ................................................................................................. 197 10 Tabellenverzeichnis ..................................................................................................... 211 11 Anwenderrichtlinie ....................................................................................................... 212 AiF-Forschungsvorhaben – 21.226 B III
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