Thermisches Direktfügen erschließt neue Möglichkeiten für das Metall-Kunststoff Assembly. Das Verfahren erzeugt hochfeste und mediendichte Verbindungen ohne Zusatzmaterial. Nun geht es darum, die Technologie in weitere Branchen und Anwendungsfelder zu übertragen.
In modernen Produkten wird Metall oft nur noch dort eingesetzt, wo seine hohe Festigkeit, elektrische Leitfähigkeit oder Wärmeableitung unverzichtbar sind. Andere gewünschte Funktionen übernimmt häufig Kunststoff, der sich im Spritzguss wirtschaftlich und mit hoher Designfreiheit verarbeiten lässt.
Umso wichtiger sind leistungsfähige Verbindungstechnologien für Metall-Kunststoff-Hybride. Doch Schraubverbindungen benötigen zusätzlichen Bauraum und erhöhen den Montageaufwand, Klebstoffe erschweren häufig Recycling und Reparatur. Gerade vor dem Hintergrund des „Right to Repair“ sind Lösungen gefragt, die dauerhaft belastbar sind und sich dennoch bei Bedarf wieder lösen lassen.
Mikroformschluss statt Klebstoff
Eine gute Möglichkeit ist das thermische Direktfügen, bei dem die Verbindung durch einen Mikro-Kraft- und Formschluss direkt zwischen Metall und Kunststoff entsteht. Dazu wird die Metalloberfläche gezielt aufgeraut und dann die Fügepartner unter definierter Kraft zusammengeführt, wobei das Metall induktiv erwärmt wird. Dadurch schmilzt der Kunststoff an der Grenzfläche lokal auf und dringt in die feinen Strukturen der Metalloberfläche ein – nach dem Abkühlen entsteht eine hochfeste und mediendichte Verbindung.
Entscheidend für die Wirtschaftlichkeit sind speziell entwickelte Fügewerkzeuge. Sie ermöglichen eine hochkonzentrierte Erwärmung innerhalb weniger hundert Millisekunden und sorgen für kurze Taktzeiten. Eine präzise Kraft-Weg-Regelung überwacht den Prozess kontinuierlich. So lässt sich die Verbindungsqualität reproduzierbar absichern – wichtig für industrielle Serienanwendungen.
Repräsentativer Querschliff der Verbindungszone einer thermisch direktgefügten Metall-Kunststoff-Verbindung (© enabling connections GmbH)
Anwendungen und Folgeschritte
Besonders interessant ist das Verfahren bei hohen Anforderungen an Dichtigkeit, Bauraum und Funktionsintegration. Die Technologie hat ihre Leistungsfähigkeit bereits in der Medizintechnik unter Beweis gestellt, bei Haushaltsgeräten und Kühlkomponenten von Leistungselektronik. Auch für hochproduktive Montageprozesse in der Automobilindustrie bietet das thermische Direktfügen großes Potenzial.
Die Weiterentwicklung konzentriert sich nun auf die gezielte Lösbarkeit der Verbindung: Die gefügten Komponenten sollen sich mit speziellen Werkzeugen wieder voneinander trennen lassen, ohne die Bauteile zu beschädigen. Die Verbindung soll dabei im Betrieb dauerhaft belastbar und manipulationssicher bleiben, für Service- oder Reparaturzwecke jedoch kontrolliert geöffnet werden können, was die Bandbreite möglicher industrieller Nutzung nochmals erweitert.
Ohne Schrauben und Klebstoffe, durch reduzierte Flanschbreiten und einen geringeren Materialeinsatz leistet thermisches Direktfügen schon heute einen wichtigen Beitrag zu nachhaltigen Produktkonzepten – ermöglicht es doch kompaktere Baugruppen, unterstützt Leichtbaukonzepte und reduziert Material- sowie Montageaufwand.
Temperaturverteilung infolge induktiver Wirbelstromerwärmung in einer
2 mm starken Aluminiumplatte (© enabling connections GmbH)
Industrielle Fügezelle für das thermische Direktfügen von Metall und Kunststoff (© enabling connections GmbH)
Kontakt:
enabling connections GmbH, Radeberg
Annett Klotzbach, Co-Founder
+49 151 42 81 64 81
a.klotzbach@enablingconnections.de
www.enablingconnections.de