Dynamische Eigenschaften von Ultraschallschweißverbindungen
Ermüdungsverhalten von ultraschallgeschweißten Kunststoffnähten
Heutzutage werden im Automobilsektor sowie in der Medizin- und Elektrotechnik hohe Anforderungen an Kunststoffprodukte gestellt. Diese beschränken sich nicht nur auf kurzzeitige oder statische Belastungen. Vielmehr gibt es kaum noch Anwendungen ohne zyklische mechanische Belastungen. Diese können bereits bei wesentlich geringeren Spannungen und Verformungen zu einem Versagen des Bauteils führen. Diese Anforderungen gelten auch für Schweißverbindungen.
Ziel der durchgeführten Forschungsaktivitäten war die Untersuchung der Zusammenhänge zwischen den Kurzzeit- und den dynamischen Langzeiteigenschaften ultraschallgeschweißter Nähte in Abhängigkeit der maßgeblichen Schweißprozessparameter. Die erzielten Forschungsergebnisse ermöglichen erstmals die Berücksichtigung von dynamischen Belastungen im Lebenszyklus von ultraschallgeschweißten Kunststoffbauteilen.
Alle drei untersuchten Materialien (PC, PA6.6 und PA6.6GF30) zeigten relativ hohe Schwankungen in den Festigkeiten (Kurzzeit und Langzeit) in Abhängigkeit der gewählten Schweißparameter. Die maximal erreichten Kurzzeit-Schweißfaktoren waren dabei materialabhängig, wobei stets ein sprödes Versagen in der Schweißnaht auftrat. Die Festigkeiten der Schweißverbindungen bei dynamischer mechanischer Langzeit- Belastung waren deutlich geringer als bei einer entsprechenden Kurzzeit-Belastung. Bezogen auf die ebenfalls reduzierte Festigkeit des Grundmaterials, konnten materialabhängig bei gleichen Schweißparametern jedoch ähnliche Langzeit-Schweißfaktoren erzielt werden. Es wurde auch bei Langzeitbelastung stets ein sprödes Bruchversagen in der Schweißnaht beobachtet.
In dem Forschungsprojekt konnte gezeigt werden, dass die Festigkeitsabnahme zwischen Kurzzeit- und Langzeit-Belastung maßgeblich durch das Verhalten der jeweiligen Grundmaterialien bestimmt wird. Im Rahmen der Untersuchungen konnte bei einer dynamischen Langzeit-Belastung keine zusätzliche Festigkeitsreduzierung durch die Schweißnaht festgestellt werden.
