Berichte aus dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik Band 46 Ortwin Hahn Martin Eis Fertigungsbedingte Bauteilverformungen beim Kleben dünnwandiger Stahlbauteile Analyse der Entstehungsmechanismen und Hinweise zur Minimierung. Shaker Verlag Aachen 2000
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Eis, Martin: Fertigungsbedingte Bauteilverformungen beim Kleben dünnwandiger Stahlbauteile : Analyse der Entstehungsmechanismen und Hinweise zur Minimierung / Martin Eis. Aachen : Shaker, 2000 (Berichte aus dem Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik ; Bd. 46) Zugl.: Paderborn, Univ., Diss., 2000 ISBN 3-8265-8284-5. Copyright Shaker Verlag 2000 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN 3-8265-8284-5 ISSN 1434-6915 Shaker Verlag GmbH Postfach 1290 52013 Aachen Telefon: 02407 / 95 96-0 Telefax: 02407 / 95 96-9 Internet: www.shaker.de email: info@shaker.de
Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis Formelzeichen und Abkürzungen... III 1 Zusammenfassung... 1 2 Stand der Erkenntnisse... 4 3 Aufgabenstellung... 9 4 Versuchswerkstoffe... 13 4.1 Stahlfeinbleche... 13 4.2 Klebstoffe... 14 5 Versuchseinrichtungen... 16 5.1 Meßvorrichtung zur Bestimmung des Expansions- und Kontraktionsverhaltens der Klebstoffe... 16 5.1.1 Expansions- und Kontraktionswege... 16 5.1.2 Expansions- und Kontraktionskräfte, Spannungen... 17 5.2 Modellprüfkörper zur Bestimmung abzeichnungsrelevanter Grundvorgänge.. 18 5.2.1 Versuchsaufbau zur Schrumpfmessung (Jochprobe)... 18 5.2.2 Versuchsaufbau zur Beulungsmessung (Beulprobe)... 19 5.2.3 Versuchsaufbau zur Untersuchung des bauteilähnlichen Probekörpers... 21 5.3 Datenerfassungssystem zur netzunabhängigen Messung von Temperaturen und Verformungen unter erhöhter Umgebungstemperatur... 23 5.4 Verfahren zur Ermittlung der Oberflächenkontur von Bauteilen... 24 5.5 Verfahren zur Ermittlung kalorischer und thermomechanischer Eigenschaften von Klebstoffen und Klebschichten... 25 5.5.1 Dynamische Wärmestrom-Differenz-Kalorimetrie... 25 5.5.2 Torsionsschwingungsversuch... 26 5.6 Verfahren zur Bestimmung und Einstellung des Beölungsgrades von Stahlfeinblechen... 29 5.7 Rasterelektronenmikroskopie... 29 6 Ergebnisse der begleitenden Untersuchungen... 32 6.1 DSC-Analyse... 32 6.2 Torsionsschwingungsversuch... 34 6.3 Ölablaufverhalten der Stahlfeinbleche... 35 7 Untersuchungen zur optischen Wahrnehmbarkeit von Oberflächenverformungen... 37 8 Analyse des Aushärtungsprozesses und der resultierenden Oberflächenverformungen in der Serienfertigung... 42
II Inhaltsverzeichnis 8.1 Heckklappe eines BMWs der 5er-Reihe... 42 8.2 Seitentür eines Audi A4... 44 8.3 Dachbereich einer Mercedes E-Klasse... 46 9 Expansions- und Kontraktionsverhalten der Klebstoffe... 51 9.1 Expansions- und Kontraktionswege... 51 9.2 Expansions- und Kontraktionskräfte, Spannungen... 57 10 Untersuchungen an Modellbauteilen... 60 10.1 Verformungsverhalten der Jochprobe... 60 10.2 Verformungsverhalten der Beulprobe... 74 10.3 Verformungsverhalten des bauteilähnlichen Probekörpers... 85 10.3.1 Einfluß des Klebstoffs auf das Verformungsverhalten... des bauteilähnlichen Probekörpers... 85 10.3.2 Einfluß der Innenrahmengeometrie auf das Verformungsverhalten... des bauteilähnlichen Probekörpers... 90 10.3.3 Einfluß der Temperaturführung während der Aushärtung... auf das Verformungsverhalten des bauteilähnlichen Probekörpers... 91 11 Verformungsverhalten von Serienbauteilen... 94 11.1 Heckklappe eines BMWs der 5er-Reihe... 94 11.2 Seitentür eines Audi A4... 96 12 Bewertung... 99 12.1 Expansions- und Kontraktionsverhalten der Klebstoffe ( Waage )... 99 12.2 Jochprobe... 99 12.3 Beulprobe... 100 12.4 Bauteilähnlicher Probekörper... 100 13 Checkliste zur Bewertung der Einflußfaktoren auf die Entstehung von Abzeichnungen... 102 14 Tabellenverzeichnis... 108 15 Abbildungsverzeichnis... 109 16 Literaturverzeichnis... 111
Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen III Formelzeichen und Abkürzungen Formelzeichen Griechische Kleinbuchstaben δ, (tan (δ)) Verlustfaktor ϕ π y kontr. Verdrehwinkel normierte Klebschichtverformung durch Kontraktion π y eff. normierte effektive Klebschichtverformung σ S schrumpfbedingte Spannung Griechische Großbuchstaben y Klebschichtverformung y kontr. y eff. T Λ Klebschichtverformung durch Kontraktion effektive Klebschichtverformung Temperaturdifferenz logarithmisches Dekrement Lateinische Kleinbuchstaben b d k l J l K s t Probenbreite Klebschichtdicke Auflagerabstand Klebnahtlänge Blechdicke Zeit Lateinische Großbuchstaben E F HRF Elastizitätsmodul Kraft Härte nach Rockwell: Stahlkugel, Prüfkraft 490 N
IV Verwendete Formelzeichen und Abkürzungen HRB Härte nach Rockwell: Stahlkugel, Prüfkraft 883 N G* komplexer Schubmodul G Speichermodul G I Q P Q R R P02 R eh R a T T g T P T S T R Verlustmodul Flächenträgheitsmoment Wärmestrom in die Probe Wärmestrom in den Referenztiegel 0,2%- Streckgrenze obere Streckgrenze Oberflächenrauhigkeit Temperatur Glasübergangstemperatur Probentemperatur Sensortemperatur Referenztemperatur Abkürzungen DSC KTL REM RT TMA WR Differential Scanning Calorimetry Kathodische Tauchlackierung Rasterelektronenmikroskopie Raumtemperatur Thermomechanische Analyse Walzrichtung