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Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren
Ansprechpartner mit langjähriger Erfahrung in Forschungs- und Entwicklungsprojekten auf dem Gebiet der Klebtechnik, Lasermaterialbearbeitung, Rührreibschweißen, Magnetpulstechnologie sowie der Zerspantechnik
Schweißtechnik
Im Bereich Schweißtechnik beschäftigt sich das tff mit folgenden Schwerpunktthemen:
Laserschweißen
Laserschweißen ist ein modernes Verfahren zum Fügen von Bauteilen. Im Gegensatz zu konventionellen Schweißverfahren wird ohne Zusatzwerkstoff geschweißt. Die Vorteile liegen in der hohen Schweißgeschwindigkeit und der schmalen und schlanken Nahtform. Durch den konzentrierten Energieeintrag entsteht ein geringer Wärmeeinfluss mit minimalen thermischen Verzug. Die Laserleistung wird von der Oberfläche des Werkstücks absorbiert und das Material wird aufgeschmolzen. Durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit entsteht eine hochfeste Schweißnaht. Die hohe Schweißgeschwindigkeit und die qualitativ hochwertige Schweißnaht gehören zu den wichtigsten Vorteilen gegenüber herkömmlichen Schweißverfahren.
Magnetpulsschweißen
Das Schweißen unterschiedlicher Werkstoffkombinationen konfrontiert die Forschungslandschaft und die Industrie mit neuen Herausforderungen. Im Zuge dessen konzentriert sich das Fachgebiet Trennende und Fügende Fertigungsverfahren unter anderem auf die Magnetpulstechnologie (MPT) und besonders der Spezialisierung auf das Magnetpulsschweißen (MPS). Ausgestattet mit einer Anlage PS48-16 sowie einer Rund- und zwei Flachspulen, können Materialien für den Apparate-, Fahrzeugbau und weiteren Einsatzgebieten geschweißt, gefügt und umgeformt werden. Unsere Grundlagenforschung liefert der Forschungsgemeinde einen innovativen Betrag im Bereich des Magnetpulsschweißens und unterstützt die Klein und Mittelständischen Unternehmen (KMU) ihren Technologievorsprung auszubauen.
Rührreibschweißen
Das Rührreibschweißen ist ein recht junges Pressschweißverfahren und eignet sich für das stoffschlüssige Fügen artgleicher und artfremder Verbindungen. Vorrangig wird es zum verzugsarmen Fügen von Aluminium und Aluminiumlegierungen eingesetzt, findet aber bereits auch bei anderen Materialien wie Stahl, Kupfer, Magnesium oder Titan Anwendung. Durch ein auf die Fügepartner gepresstes, rotierendes Werkzeug wird die notwendige Temperatur zum Plastifizieren des Werkstoffes eingebracht. Dabei bleibt die Prozesstemperatur unterhalb der Schmelztemperatur der zu fügenden Werkstoffe. Das tff setzt seinen Schwerpunkt im Bereich des Rührreibschweißens auf die Werkzeugentwicklung, Prozessstabilisierung, die Verbesserung des Werkstoffflusses, der Erweiterung der Prozessfenster und die zerstörungsfreie Fehleranalyse.
Im Bereich der Klebtechnik beschäftigt sich das tff mit folgenden Schwerpunktthemen:
Zerstörungsfreie Prüfung Im Bereich der zerstörungsfreien Prüfung stellt die Thermografie ein Schwerpunkthema dar. Dabei wird ein im Bauteil angeregter Wärmeflusses, der durch einen Wärmepuls oder durch sinusartige Modulation erzeugt wird, betrachtet und ausgewertet. Die Wärmefluss-Thermografie basiert auf der berührungslosen Erfassung von Temperaturfeldern mittels einer Infrarotkamera und einer sich daran anschließenden mathematischen Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Temperatur. Aus der so erfassten Zeitinformation lassen sich sehr präzise Informationen über Fehler in Klebverbindungen ermitteln.
Kleben von Holzwerkstoffen Am tff werden durch den Einsatz der Klebtechnik geeignete Holzgrundwerkstoffe zu einem technischen Werkstoff ertüchtigt, so dass eine Anwendung im strukturellen Fahrzeugrohbau ermöglicht wird. Dafür werden holzbasierten Multimaterialsystemen entwickelt und in Fahr-zeugstrukturen durch geeignete Fügetechnologien und Prozessketten in Rohbaufertigungen integriert. Darüber hinaus werden Strategien für Reparatur und Recycling der entwickelten Werkstoffsysteme betrachtet.
Kleben im Fahrzeugrohbau Im Fahrzeugbau sind in den vergangenen Jahren immer mehr Leichtbauwerkstoffe, wie z.B. Aluminium, Magnesium oder faserverstärkte Kunststoffe, eingesetzt worden. Das Fügen dieser Werkstoffe ist häufig nur durch Kleben möglich. Das tff beschäftigt sich in diesem Bereich vor allem mit dem Kleben von Faserverbundkunststoffen sowie mit dem Kleben von Magnesium unter Berücksichtigung der Aspekte Crashsicherheit und Energieeffizienz.
Lösbare Klebverbindungen Ein wesentlicher Nachteil der Klebtechnik ist, dass die hergestellten Verbindungen grundsätzlich nicht lösbar sind. Am tff ist die Entwicklung einer Klebtechnologie geplant, bei der geringe Mengen pyrotechnisches Material verkapselt in Klebstoffe eingebracht wird. Unter Wärmeeinfluss können diese Stoffe aktiviert werden, so dass ein Lösen der Verbindung „auf Knopfdruck“ möglich wird.
Kleben im Bereich der E-Mobilität Im Bereich der Elektromobilität beschäftigt sich das tff mit serienflexiblen Herstellungskonzepten für Elektromotoren. Im Fokus der Untersuchungen stehen hierbei die Herstellung von Stator- und Rotorpaketen. Auf Basis der Klebtechnik wird hierfür zurzeit am tff ein neuartiges Paketierverfahren zum Fügen von Stator- und Rotorblechen für Elektromotoren entwickelt. Das Ziel liegt dabei in einer deutlichen Senkung der Herstellkosten sowie in einer Steigerung des Wirkungsgrades von Elektromotoren.
Energieeffizientes Kleben Es werden Möglichkeiten untersucht, wie das Fügeverfahren Kleben zu einer energieeffizienten Produktion beitragen kann. Hierbei werden vor allem Ansätze zum 2K-Kleben und dessen Einflüsse auf die Fügeverbindung (z.B. Alterungs- und Crasheigenschaften) untersucht. Andere Ansätze sind das Einsparen von energieaufwändigen Vorbehandlungsverfahren durch geeignete Klebstoffformulierungen.
Klebschichtintegrierte Schadensdetektion Es werden aber auch neue Ansätze wie z.B. das Detektieren von Klebschichtschädigungen durch klebschichtintegrierte Markerstoffe verfolgt. Dabei werden mikroverkapselte Duft- und Farbstoffe in Klebstoffe einformuliert, die bei entsprechender Schädigung der Klebverbindung freigesetzt werden und mit entsprechender Technik detektiert werden können. Anwendungsfeld dieser Technologie ist vor allem der Glasbau.
Im Bereich der Zerspantechnik beschäftigt sich das tff mit folgenden Schwerpunktthemen:
Seit dem Jahr 2003 fokussieren wir den Forschungsschwerpunkt der Zerspantechnik am Fachgebiet tff verstärkt auf die Sägetechnik, vorrangig auf die Bandsägetechnologie. Die Optimierung der Sägebänder hinsichtlich Verschleißminderung und Kraftentwicklung bilden den Kern unseres Forschungsschwerpunktes. Neben Kenngrößen der Schneidengeometrie und Technologie werden Schneidstoffe und Beschichtungen variiert und kombiniert. Im Bereich der Schneidengeometrie wird in Makrogeometrie und Mikrogeometrie unterschieden. Die Makrogeometrie umfasst das Feld der Winkelvariationen an der Schneide, die Spanaufteilung und die Zahnform. Die Mikrogeometrie wird durch präparierte Schneidkantenarchitekturen beschrieben, oftmals in Form von Schneidkantenverrundungen. Technologieparametern gehören Variationen von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten, Zustellungen sowie Art und Menge der Kühlung/Schmierung über Minimalmengenschmierung bis hin zum Trockenschnitt an. Der Schwerpunkt der Schneidstoffbetrachtungen liegt auf Bimetall-, Diamant- und diversen Hartmetallbestückungen, welche je nach Anforderung mit verschleißarmen Beschichtungen veredelt werden.
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