Strahlungswärme-Fügen

Forschungstitel:
Entwicklung und Validierung eines Verfahrens zum effizienten, schnellen, kontaktfreien und lokal definierten Fügen von Schmalflächen an Holzwerkplatten

Arbeitsgruppe: Abfüll- und Verpackungsprozesse

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Technische Universität Dresden, Institut für Naturstofftechnik
  2. Fraunhofer Institut für Verfahrenstechnik und Verpackung Dresden

IGF-Vorhaben: 19575 BR
Finanzierung: BMWi
Laufzeit: 2017 – 2019

Ausgangssituation
Das Beschichten der Schmalflächen ist im Bereich der Bauteilherstellung des Möbel- und Innenausbaus ein sehr wichtiger Arbeitsschritt. Die derzeit am Markt verfügbaren Fügeverfahren weisen entweder aus technologischer Sicht oder aus Kostengründen Nachteile auf. Beispielsweise beim Schmelzklebstoffverfahren sind hohe Energieaufwendungen zur thermischen Aktivierung des Schmelzklebstoffes erforderlich und es gelten vergleichsweise lange Prozesszeiten und Vorbereitungszeiträume sowie ein erhöhter Handlingsaufwand. Bei den Heißluftverfahren erfolgt z.T. eine starke Aufheizung von Maschinenteilen durch Gebläse und es besteht eine Unfallgefahr durch heiße Maschinenteile. Zudem treten immer wieder Mängel in der Qualität der Verklebung sowie optische Einschränkungen bei der Ausprägung des Fugenbildes auf. Bei modernen lasergestützten Verfahren kommen Aggregate zum Einsatz, die neben hohen Investitionskosten ebenfalls hohe Energieaufwendungen während des Betriebes und Mehrkosten für die Erarbeitung und Einhaltung eines Sicherheitskonzeptes (Lasersicherheitsklassen) verursachen.

Zielsetzung
Das Forschungsprojekt beabsichtigt die Entwicklung eines Fügeverfahrens für Schmalflächen an Holzwerkstoffplatten mittels keramischer Heizelemente (kurz: Strahlungswärme-Fügen). Dabei wird das Schmalflächenbeschichtungsmaterial (SFBM, oder auch: Kante) dem Holzwerkstoff zugeführt und durch Einwirkung extrem wirkstellennaher Wärmeerzeugung der Strahler-Heizer mit dem Bauteil stoffschlüssig gefügt. Durch die thermische Aktivierung unmittelbar im Bereich der Fügestelle wird unnötiger zeitlicher und lokaler Versatz vermieden. Das hochdynamische Ein-/ Ausschaltverhalten der Heizer begünstigt ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur und trägt zur Verkürzung der Maschinenanfahrzeiträume bei. Dabei werden SFBM verwendet, die auf der Innenseite eine Funktionsschicht haben, die bei Wärmeeintrag zur Verklebung aktiviert wird. Solche SFBM können kostengünstig hergestellt werden, da sie im Gegensatz zu Laser-SFBM keine teuren optischen Absorber benötigen. Das Strahlungswärme-Fügen kann im Gegensatz zum Laser auch flächig hohe Energiemengen wirkstellennah deponieren.

Weiterhin kann durch die Realisierung vieler einzeln steuerbarer Heizzonen der zu erwärmende Bereich werkstoffspezifisch und formatspezifisch angepasst und somit eine unerwünschte Überhitzung umliegender Bereiche vermieden werden. Vor allem die Inhomogenität der Holzwerkstoffe z. B. bei den Dichteunterschieden zwischen Deck- und Mittelschicht wird dadurch berücksichtigt. Für Anwendungsfälle an Kantenanleimmaschinen (KAM) mit sehr hohen Vorschubgeschwindigkeiten können mehrere Strahlungsheizer modular hintereinander eingesetzt werden.

Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Aktuelle Termine zu diesem Projekt

06. / 07.02.2019