Sensorik und Sensorsysteme, Halbleiterbasierte Technologien

Neue Messmethode zur Regelung von Schnellhärtungsprozessen

21.8.2017

© Fraunhofer ENAS

Der vom Fraunhofer ENAS und Fraunhofer IFAM entwickelte Versuchsaufbau zur flexiblen, direkten und berührungslosen Messung von Klebeschichttemperaturen.

In der industriellen Fügetechnik spielen Klebverfahren eine immer wichtigere Rolle. Um den Aushärtungsprozess einer Klebung zu optimieren und zu beschleunigen, wird die Klebstelle erhitzt. Zur effizienten Regelung der thermischen Aushärtung muss die Temperatur der Schicht bekannt sein. Andernfalls besteht die Gefahr, dass der Klebstoff überhitzt und beschädigt wird. Oft wird die Oberflächentemperatur der Fügeteile pyrometrisch gemessen. Durch Korrekturfaktoren wird auf die Temperatur der Klebschicht geschlossen. Die Faktoren müssen allerdings für jeden neuen Anwendungsfall messtechnisch neu ermittelt werden. Alternativ können Thermoelemente zur direkten Messung in die Klebstelle eingebettet werden, was zu hohen Kosten in der Serienfertigung führt.

Zur flexiblen, direkten und berührungslosen Messung hat die Abteilung »Advanced System Engineering« des Fraunhofer ENAS in Kooperation mit dem Fraunhofer IFAM eine induktive Messmethode entwickelt, welche es ermöglicht, die Temperatur der Klebschicht selbst zu erfassen. Dazu werden dem Klebstoff magnetische Partikel beigemischt. Diese Sensorpartikel haben oberhalb ihrer Curie-Temperatur eine stark temperaturabhängige Permeabilität, welche zur Erfassung der Klebschichttemperatur genutzt wird. In einer Messspule führt die hervorgerufene Änderung der Permeabilität zu einer Änderung der Induktivität. Sofern also die Temperatur über der Curie-Temperatur der Sensorpartikel liegt, kann durch Messung der Induktivität auf die Klebschichttemperatur geschlossen werden. Durch die Kombination mehrerer Sensorpartikel aus Materialien mit unterschiedlichen Curie- Temperaturen kann das Messintervall vergrößert werden.

Im aktuellen Testaufbau gelingt die Verklebung von zwei Kunststoff-Fügeteilen (z. B. aus GFK oder Polyamid) innerhalb von 60 s. Die so geklebten Proben erreichen die vergleichbare Klebfestigkeit wie Proben, die auf konventionelle Weise (d. h. 30 min im Umluftofen) gehärtet wurden.