Herausforderungen und Limitationen von hybriden Metall-Kunststoff-Verbunden in Gehäusestrukturen von PKW-Getrieben

Weber, Jonas

kassel university press, ISBN: 978-3-7376-0674-5, 2019, 170 Seiten
(Schriftenreihe des Instituts für Werkstofftechnik / Kunststofftechnik 9)

URN: urn:nbn:de:0002-406755

DOI: 10.19211/KUP9783737606752

Zugl.: Kassel, Univ., Diss. 2018

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Inhalt: Der Einsatz von Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen im Bereich von Getriebegehäusen eröffnet eine neue Möglichkeit des Leichtbaus. Geschlossene, aus einem Werkstoff hergestellte Gehäusestrukturen können ersetzt werden durch offene, belastungsoptimierte Gehäusestrukturen, die durch die Verwendung von Kunststoffen einen sonst nicht erreichbaren Gewichtsvorteil bieten.

Die Untersuchung der Verbundfestigkeit zwischen Metall und Kunststoff stellt einen wesentlichen Inhalt dieser Arbeit dar. Die untersuchten Haftvermittler machen deutlich, dass auf diesem Gebiet aktuell noch keine dem Autor bekannten Systeme existieren, die die Verbundfestigkeit nicht nur spritzfrischer Bauteile auf Dauer verbessern können.

Das bereits bei einer Vielzahl von Getriebegehäusetypen eingesetzte Kugelstrahlverfahren eröffnet auch bei Kunststoff-Metall-Hybridbauteilen Vorteile. Die mikrostrukturierte Oberfläche ermöglicht es dem Kunststoff im schmelzeförmigen Zustand Hinterschneidungen und Hohlräume auszufüllen und so durch Mikroformschluss eine verbesserte Haftfestigkeit auszubilden. Basiert die Haftfestigkeit im Wesentlichen auf einer stoffschlüssigen Verbindung, so können durch eine gestrahlte Oberfläche beachtliche Festigkeitssteigerungen der Kunststoff-Metall-Verbindung erzielt werden. Kraft- und formschlüssige Verbindungen profitieren hingegen weniger von einer gestrahlten Oberfläche des Metalls.

Untersuchungen zum Einfluss der Fügegeometrie auf die Verbundfestigkeit zeigten, dass Geometrien mit ausgeprägten Fügemerkmalen die größte Verbundfestigkeit
erlangen. Es konnte gezeigt werden, dass von allen geometrischen Merkmalen die Vergrößerung der Hinterschneidungsfläche in Auszugsrichtung den größten Einfluss
auf die Verbundfestigkeit hat.

Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Hybridbauteile auf ihre Dichtheit hin. Für diesen Zweck wurde ein bauteilnaher Prüfkörper entwickelt. Die Dichtheitsprüfungen wurden anschließend an spritzfrischen und klimagelagerten Bauteilen unter Serienprüfbedingungen durchgeführt. Die im Bereich Verbundfestigkeit enttäuschenden Haftvermittlersysteme konnten auch bei diesem Testkriterium nicht überzeugen.

Ein anderer Ansatz zur Abdichtung des Prüfkörpers, der auf der Modifikation der Fügegeometrie fußte, musste ebenso als nicht gangbar akzeptiert werden. Die Erwartungen, dass sich durch eine geschickte Wahl der Fügegeometrie die beim Spritzgussprozess entstehende Schwindung des Kunststoffs verwenden lässt, um eine Verbesserung der Dichtheit zu bewirken, hat sich nicht erfüllt.

Die Verwendung von zusätzlichen Dichtungselementen, die vor dem Spritzgussprozess mit dem Aluminiumteil in das Werkzeug eingelegt und umspritzt werden, stellte sich schließlich als der richtige Weg heraus.

Die in dieser Arbeit untersuchten Merkmale einer Kunststoff-Metall-Hybridverbindung konnten die Erwartungen für den Einsatz in Getriebegehäusen erfüllen. Dies konnte zum Teil mit bereits bewährten Mitteln, wie eine kugelgestrahlte Oberfläche, oder erst über Umwege, wie dem Einlegen einer zusätzlichen Dichtschnur, erreicht werden.

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