Verbindingstechnieken voor een aluminiumframe

Literatuurverslag

V

ERBINDINGSTECHNIEKEN VOOR EEN

ALUMINIUMFRAME

Lassen of lijmen?

Naam: Sebastian Dabekaussen Studentnummer: 476041 Bedrijf: VDL Bus & Coach Plaats: Valkenswaard

Stagebegeleider: Chris Remmers Stagedocent: Peter de Haan Datum: 12 oktober 2012 Versie: 2.1

2

Inhoudsopgave

Samenvatting ... 3 1. Inleiding ... 4 2. Aluminium verbinden ... 5 2.1 Aluminium ... 5 2.2 Lassen ... 6 2.3 Lijmen ... 9 2.4 Overige verbindingstechnieken ... 13

3. Verbindingstechnieken voor de zijwand ... 14

3.1 De zijwand ... 14

3.2 Geschikte verbindingstechnieken ... 15

3.2.1 Lassen ... 15

3.2.2 Lijmen ... 17

4. Realisatie van verbindingstechnieken bij VBC ... 18

4.1 Realisatie van het lasproces ... 18

4.1.1 FSW ... 18

4.1.2 TIG lassen ... 19

4.1.3 MIG lassen ... 20

4.2 Realisatie van het lijmproces ... 21

5. Conclusie ... 24

3

Samenvatting

Met het oog op een schoner milieu wordt er binnen de commerciële voertuigen branche gestreefd naar een reductie van het eigengewicht door gebruik te maken van lichtere materialen en daarmee een brandstofbesparing te realiseren.

Bij VDL Bus & Coach wordt aluminium gezien als een geschikt materiaal om een deel van het huidig veelal gebruikte staal te vervangen in constructies waar dat mogelijk is. Zo ook in de zijwanden van de nieuwe coach ‘Futura 2’.

Op dit moment wordt er in de zijwanden van de Futura 2 nog staal gebruikt voor het frame. Er ligt een ontwerp voor een frame opgebouwd uit aluminium, echter moeten de verbindingstechnieken voor dit ontwerp nog gespecificeerd worden.

Op basis van een voorstudie is het onderzoek beperkt tot de verbindingstechnieken lassen en lijmen, andere verbindingstechnieken zijn kort bekeken.

Alle mogelijke lasmethoden voor aluminium zijn in kaart gebracht, hierbij is gekeken naar de voor- en nadelen, kosten, benodigde materialen/machines, productiestappen en de arbeidsnormen. Het lijmproces voor aluminium is in stappen uitgezet, met de daarbij behorende eisen en factoren waarmee rekening moet worden gehouden.

Vervolgens is er gekeken naar het concept van de zijwand opgebouwd uit aluminium. Hieruit volgde dat enkele lasmethoden niet toepasbaar zijn voor het verbinden van het frame, deze zijn daarna dan ook buiten beschouwing gelaten.

De overgebleven technieken zijn onder elkaar gezet en aan de hand van bepaalde criteria zoals kosten, benodigde materialen/machines, productiestappen en arbeidsnormen is er een keuze gemaakt voor een verbindingstechniek.

De conclusie is dat lijmen als beste verbindingstechniek naar voren komt, voornamelijk op het gebied van kosten en benodigdheden scoort lijmen goed. Tevens wordt bij een lijmverbinding het materiaal niet aangetast bij het verbinden.

4

1. Inleiding

In de wereld van bussen en vrachtwagens speelt het eigengewicht van het voertuig een grote rol. Hoe lager het eigengewicht, des te meer personen of vracht kan er mee genomen worden. Daarnaast levert het ook een brandstofbesparing op.

Bij VDL Bus & Coach hebben ze lichtgewicht construeren dan ook hoog in het vaandel staan. Onder andere door modulebouw toe te passen probeert men de bus lichter te maken. Dit wordt reeds toegepast bij de Futura 2.

Dit onderzoek gaat over een van de modules van de Futura 2, de zijwanden. Momenteel is de zijwand van de Futura 2 opgebouwd uit een stalen frame. In het voorgaande onderzoek naar de zijwand is een concept bedacht voor een aluminium frame ter vervanging van het huidige frame, hierbij zijn de verbindingstechnieken van de aluminiumprofielen echter buiten beschouwing gelaten.

In dit rapport wordt onderzocht wat de mogelijke verbindingstechnieken zijn voor het aluminium frame van de Futura 2. Hierbij wordt naar de volgende punten gekeken; welke mogelijkheden zijn er om aluminium te verbinden, welke zijn toepasbaar op deze profielen, welke van deze technieken vallen er te realiseren bij VDL Bus & Coach en wat voor invloed hebben deze technieken op de kosten en doorlooptijd van de zijwand in vergelijking met de huidige.

Het doel van dit rapport is het naar voren brengen van enkele verbindingstechnieken die een uitkomst bieden voor het ontworpen concept van de zijwand. In een verder stadium van het project zullen deze technieken tot in detail uitgewerkt worden.

Allereerst wordt er in hoofdstuk 2 gekeken naar welke verbindingstechnieken mogelijk zijn voor aluminium, hier wordt ook kort ingegaan op de eigenschappen van het metaal. Vervolgens wordt in hoofdstuk 3 gekeken naar welke van deze technieken toepasbaar zijn op het conceptframe. In hoofdstuk 4 wordt gekeken hoe deze technieken gerealiseerd kunnen worden bij VDL Bus & Coach en worden de kosten en doorlooptijd vergeleken t.o.v. het huidige frame. Ten slotte volgt in hoofdstuk 5 de conclusie.

5

2. Aluminium verbinden

Aluminium kan op veel verschillende manieren verbonden worden. Vele verbindingstechnieken komen overeen met de verbindingstechnieken van andere metalen, maar omdat aluminium een apart metaal is dient rekening te worden gehouden met bepaalde eigenschappen van het materiaal. In dit hoofdstuk wordt daarom eerst ingegaan op de eigenschappen van aluminium alvorens de verbindingsmethoden besproken worden. De verbindingstechnieken die aan bod komen zijn; lassen en lijmen. Schroeven, vormgesloten verbindingen en klinken/poppen worden kort behandeld.

2.1 Aluminium

“This valuable metal possesses the whiteness of silver, the indestructibility of gold, the tenacity of iron, the fusibility of copper, the lightness of glass. It is easily wrought, is very widely distributed, forming the base of most rocks, is three times lighter than iron and seems to have been created for express purpose of furnishing us with the material for our

projectile.’’

Jules Vernes, 1865 Zoals uit het bovenstaande stukje van Jules Vernes[2] al naar voren komt is aluminium een metaal met alle gunstige eigenschappen van andere metalen in een. Het metaal kent dan ook vele toepassingen uiteenlopend van transport tot medicijnen.

Aluminium wordt verkregen uit de erts bauxiet, doormiddel van het ‘Bayern-proces’ en het ‘Hall-Héroult-proces. Uit 4 kg bauxiet haalt men ongeveer 1 kg aluminium. Dit vloeibaar aluminium gaat vervolgens naar de gieterij waar het wordt gereinigd en gemengd met andere elementen om de gewenste soort aluminium te krijgen en tenslotte gegoten in persstaven of walsplakken. Deze worden vervolgens gebruikt om aluminium producten te fabriceren. Door het toevoegen van de juiste elementen kunnen verschillende

aluminiumlegeringen gemaakt worden met gunstige eigenschappen op het gebied van stijfheid, sterkte en corrosiebestendigheid. De elasticiteitsmodulus veranderd door het toevoegen van elementen nauwelijks[1a]. Door het kubusvormige kristalrooster van aluminium laten deze legeringen zich eenvoudig vormgeven; gieten, extruderen, walsen, enzovoort. Hierdoor zijn er veel verschillende vormen van aluminiumprofielen en

onderdelen mogelijk. Dit geeft de ontwerper veel vrijheid in het ontwerp en resulteert vaak in minder onderdelen en verbindingen in constructies. Het produceren van aluminium kost veel energie, daarom wordt aluminium ook veelal gerecycled, het recyclen kost namelijk maar 5% van de energie die nodig is om aluminium uit bauxiet te halen[1b].

Om gestold aluminium heen zit een dun oxidelaagje, hierdoor is het metaal stabiel aan de lucht. Deze oxidelaag zorgt ervoor dat aluminium nauwelijks corrodeert, maar maakt het daarnaast ‘lastig’ om aluminium te lassen, aangezien de oxidelaag een veel hoger smeltpunt heeft dan het metaal zelf. Deze oxidelaag moet men dan ook intact houden, bij lassen smelt deze echter op de plaats waar gelast wordt, zonder nabehandeling zullen deze verbindingen dan ook vrij snel gaan corroderen en poreus raken. Door aluminium te anodiseren verdikt men de oxidelaag, waardoor het aluminium nog beter bestand is tegen corrosie,

6

Echter kunnen er bij aluminium wel een andere vormen van corrosie optreden die schadelijk kunnen zijn voor een verbinding, namelijk galvanische corrosie en spanningscorrosie.

Galvanische corrosie treedt op wanneer aluminium langdurig in aanraking is met staal of andere metalen die ‘edeler’ zijn dan aluminium in aanwezigheid van een elektrolyt

(bijvoorbeeld water). Deze verbindingen moeten dan ook voorkomen worden of de metalen moeten goed van elkaar geïsoleerd worden. Spanningscorrosie treedt alleen op in

aanwezigheid van stoffen die corrosie veroorzaken in combinatie met een belasting op de constructie. De verbinding of het materiaal zelf kan dan gaan scheuren en bezwijken. Een goede nabehandeling, bijvoorbeeld coaten kan veel vormen van corrosie voorkomen[4]. Enkele eigenschappen van aluminium zijn: soortelijke massa: 2,69 g/cm3 (1/3 van de soortelijke massa van staal) en de elasticiteitsmodulus: 69 GPa[1a].

2.2 Lassen

De meest toegepaste aluminiumverbindingen zijn lasverbindingen. Het lassen van aluminium gaat net iets anders dan het lassen van staal, vanwege verschillende fysische eigenschappen. Zo ligt het smeltpunt van aluminium (658 °C) lager dan dat van staal (1500 °C), waardoor het aluminium veel eerder smelt. Tevens treedt er geen kleurverandering op net voor dat het materiaal smelt, zoals bij staal. Daarnaast heeft aluminium een oxidehuid, zoals hiervoor al genoemd, die smelt bij een temperatuur van 2000 °C, terwijl het metaal al eerder smelt. Hierdoor is het lastig het smeltbad onder controle te houden. Zodra de oxidehuid smelt reageert deze met lucht en vormt zo waterstofmoleculen in het smeltbad, bij te snel afkoelen blijft dit waterstof in de verbinding zitten en zorgt voor een poreuze verbinding. Het smeltbad moet daarom rustig afkoelen[5], eventueel moet de verbinding nog een warmte behandeling ondergaan om het poreuze karakter eruit te halen. Voor het lassen van aluminium moet ook meer warmte toegevoegd worden, omdat aluminium de warmte beter geleidt dan staal[7].

Er zijn verschillende methodes en technieken om aluminium te lassen. In deze paragraaf worden de meest gebruikte technieken behandeld: Friction Stir Welding (FSW), TIG lassen, MIG lassen, Resistance Spot Welding (RSW) en Laser lassen.

Friction Stir Welding (FSW)

FSW is een wrijvingslasmethode. FSW is vooral interessant voor het lassen van lange rechte

verbindingen, zoals bijvoorbeeld twee platen aan elkaar lassen. De twee platen worden tegen elkaar geschoven en goed vast geklemd. Een ronddraaiend gereedschap met een scherpe punt gaat over de verbindingsnaad, door de wrijvingswarmte die ontstaat gaat het

aluminium vloeien en vloeit zo in elkaar over. De keuze van het juiste gereedschap is hier erg van belang, deze verschilt namelijk per plaatdikte en materiaal. Hieronder staan de voor- en nadelen van deze techniek[6,7,8]_.

7 TIG lassen

Bij TIG lassen wordt er een elektrische boog getrokken tussen de laselektrode (wolfraam) en het aluminium, hierdoor ontstaat een smeltbad en vloeien de twee te verbinden delen samen. De elektrode wordt hierbij niet verbruikt, vanwege het hoge smeltpunt van wolfraam. Bij het lassen van aluminium wordt er gelast met wisselstroom, dit zorgt ervoor dat de oxidelaag van het aluminium wordt afgebroken en er een goede las gelegd kan worden. Hierdoor wordt de elektrode wel heter en kan het zijn dat deze gedeeltelijk smelt en een ronde punt krijgt, waardoor het leggen van dunne lasverbindingen lastig wordt. Door de hoge temperatuur van het smeltbad bestaat de kans dat bij het lassen van dunne verbindingen de achterkant van het materiaal verbrandt. Om dat te voorkomen moet langs de achterzijde dan ook een beschermgas stromen, ook wel ‘backing gas’ genoemd. Vaak wordt dan gekozen voor CO2, vanwege de relatief lage temperatuur aan de achterzijde.

Langs de elektrode wordt een edelgas geleidt dat de elektrode en het smeltbad beschermt. Soms moet er nog een materiaal toegevoegd worden, dit gebeurt dan extern en wordt niet toegevoerd intern langs de elektrode. TIG lassen gebeurt over het algemeen handmatig, maar kan ook geautomatiseerd worden[6,9].

Voordelen Nadelen

Hoge laskwaliteit. Relatief lage lassnelheid vergeleken met MIG. Tijdens het lassen, goed zicht op het werkstuk. Dure techniek, vanwege edelgas.

Vrijwel geen nabewerking nodig. Door hoge warmte inbreng, grote kans op kromtrekken.

Schoon lasproces, geen spatten en rookontwikkeling.

Voorbewerking van het aluminium nodig, moet gereinigd zijn van olie, vet, splinters.

Door handmatige toevoeging kan de hoeveelheid toevoegmateriaal zelf geregeld worden.

Voordelen Nadelen

Geen nabewerking nodig. Alleen geschikt voor geautomatiseerd proces. Geen beschermgas nodig. Lage lassnelheid.

Zou met een standaard freesbank gedaan kunnen worden.

Geschikt voor het lassen van verbindingen zonder tussentijdse onderbreking.

Geen toevoegmateriaal . Voor elke dikte is aparte laskop nodig. Kleinere Heat Affected Zone. Voornamelijk interessant voor platte rechte

platen aan elkaar te lassen. Kan verschillende aluminiumlegeringen aan

elkaar lassen.

Laag energieverbruik in vergelijking met Resistance Spot Welding.

8 MIG lassen

MIG lassen lijkt vrij veel op TIG lassen. Er wordt ook een elektrische boog getrokken tussen de laselektrode en het aluminium, echter wordt hierbij de elektrode wel verbruikt en dient dus ook als toevoegmateriaal. De elektrode wordt constant aangevoerd via het lasapparaat. Bij MIG lassen wordt er gebruik gemaakt van een constante spanning, in tegenstelling tot een constante stroomsterkte bij TIG lassen. De elektrode en smeltbad worden hier ook beschermt door een beschermgas (meestal argon). Dit gas reageert niet met het lasproces, zoals wel gebeurd bij MAG lassen[6,10,11].

Voordelen Nadelen

Universele techniek. Economischer dan TIG lassen.

De las is zwak t.o.v. de sterkte van het aluminium. Bij sommige legeringen kan door nabehandeling de las versterkt worden. Lassen kan vrij snel. Aluminium moet voorbehandeling ondergaan,

schoonmaken van het oppervlak. Elektrode is tegelijkertijd ook toevoegmateriaal

en wordt intern toegevoerd.

Na het lassen moet de oxidelaag weggeschuurd worden.

Gecompliceerd lasapparaat, vanwege doorvoeren van elektrode.

Resistance Spot Welding

RSW valt onder de categorie elektrisch weerstandslassen en is ook wel bekend als

puntlassen. De techniek wordt voornamelijk gebruikt om dunne platen aan elkaar te lassen. Hierbij wordt geen materiaal toegevoegd. De metalen platen worden ingeklemd tussen twee elektroden (vaak een koper legering), door deze elektroden wordt een grote stroom geleidt. Op de plaats waar de platen op elkaar gedrukt worden door de elektrodes is de weerstand het hoogst en ontstaat dus de meeste warmte. Hier smelt het metaal en krijgt men een lasverbinding.

Er wordt gebruik gemaakt van zo dun mogelijke elektrodes, zodat de stroom geconcentreerd wordt op een klein oppervlak en er dan ook minder klemkracht nodig is.

Bij puntlassen wordt geen gebruik gemaakt van een beschermgas, door de korte duur van het lasproces (+/- 10 ms) kan er bijna geen oxidatie optreden met de lucht. Wel kan het lasproces gekoeld worden met water om te voorkomen dat de elektrodes aan het metaal smelten[6,12].

Voordelen Nadelen

Geen toevoegmateriaal nodig Niet geschikt voor verbinden van extrusies Goedkope techniek, maar voor aluminium iets

duurder dan voor staal.

Hoog energieverbruik, vanwege hoge energieabsorptie van aluminium.

Eenvoudige techniek, weinig kennis voor vereist. Vanwege het lage smeltpunt van aluminium is er maar een vrij korte tijd voor het lassen

beschikbaar, vereist nauwkeurigheid. Snelle verbindingstechniek, kort proces. Oxide laag moet weggeslepen worden om

levensduur elektrodes te garanderen en zorgt voor een beter las.

9 Laserlassen

Laserlassen kan bij veel verschillende materiaalsoorten toegepast worden, doordat het geen gebruik maakt van elektrische geleiding maar van een infrarood laserstraal.

Deze wordt opgewekt in een laserbron en via glasvezelkabels of spiegels naar de robot geleidt. Hier komt deze in een optiek en kan de lasser het brandpunt instellen afhankelijk van de eigenschappen van het werkstuk. Op de plaats waar de laser het materiaal raakt smelt het materiaal en achter de laser vloeit het weer in elkaar.

Het vermogen van de laser hangt af van welke soort laserbron er gebruikt wordt, gas lasers of solid-state lasers. Een veelgebruikte gaslaser is CO2-laser. Een bekende solid-state laser is

Nd:YAG-laser[6,13].

Voordelen Nadelen

Zeer dun plaatmateriaal kan gelast worden. Dure techniek.

Snel en geautomatiseerd proces. Grote energiebehoefte

Lage warmte-inbreng, vanwege hoge snelheid. Laserstraal reflecteert, goede bescherming van lasser vereist.

Kleine HAZ en weinig spanning, dus weinig vervorming.

Voor aluminium meer energie nodig. Geen fysisch contact nodig met het materiaal.

Kan zowel puntlassen als over langere afstand lassen.

2.3 Lijmen

Lijmen wordt steeds meer toegepast bij het maken van lichtgewicht constructies. Het is een verbindingstechniek die uitermate geschikt is voor het verbinden van verschillende

materiaalsoorten met elkaar. Een lijmverbinding zorgt voor een gelijkmatige

spanningsoverdracht in de verbinding. Er treden geen piekspanningen op in de verbinding, zoals bijvoorbeeld wel het geval is bij schroefverbindingen of puntlasverbindingen. Een goede lijmverbinding kan veel energie absorberen, daarnaast zorgt een lijmverbinding voor een waterdichte afsluiting, wat vooral een voordeel biedt in de automotive wereld.

Voordat men verbindingen gaat lijmen moet men ook kijken naar de levensduur van de lijm, in welke omstandigheden de lijm terecht komt. Grote temperatuurverschillen, zoute

omstandigheden of andere klimaatomstandigheden kunnen namelijk de levensduur van de lijm aanzienlijk verkorten.

Om een goede lijmverbinding te maken moet het te lijmen oppervlak goed gereinigd zijn een voorbehandeling ondergaan en moet de lijm voldoende verdeeld zijn, vervolgens moet de lijm goed uit kunnen harden onder de juiste omstandigheden. Al met al is de juiste lijmkeuze en een nauwkeurig lijmproces van groot belang om een goede, stevige lijmverbinding te kunnen garanderen. Hieronder wordt het lijmproces nader bekeken[14,15].

olie, vet en splinters.

Plaats waar gelast moet worden moet goed bereikbaar zijn.

10 Oppervlaktebehandeling (reiniging)

De behandelingen van het te lijmen oppervlak moeten ervoor zorgen dat de lijm goed hecht aan de ondergrond, de oppervlakte structuur moet ruw genoeg zijn en ontdaan van vuil en roest. Dit is de basis voor een goede lijmverbinding. Zonder oppervlaktebehandeling is de kans groot dat de lijmverbinding niet houdt, oftewel faalt.

Men onderscheidt mechanische en chemische behandelingen[15].

Mechanische behandeling

Hieronder vallen de volgende methodes, deze zijn vooral bedoeld voor het creëren van een ruwere oppervlakte structuur:

 Stralen: hierbij worden met hoge snelheid kleine deeltjes op het oppervlak geschoten. Hierdoor raakt de buitenste laag van het te behandelen vlak licht beschadigd wat resulteert in een grovere oppervlakte structuur en reinigt het vlak tevens van vuil.

 Hoge druk reiniging: (warm) water wordt met een hoge druk op het oppervlak gespoten, dit reinigt voornamelijk het vlak van vuil.

 Schuren: door te schuren wordt het oppervlak ruwer gemaakt waardoor een lijm er beter op hecht. Aanbevolen wordt voor het schuren het oppervlak eerst chemisch te reinigen om te voorkomen dat vuil in het metaal wordt geschuurd.

Chemische behandeling

Dit betreft het reinigen van het oppervlak, dus ervoor zorgen dat het vuil en de roest oplossen. Hiervoor worden voornamelijk stoffen gebruikt die zich goed binden aan water en olie/vetten, maar ook stoffen die een reactie vormen met de olie/vetten en daardoor oplossen. Voorbeelden zijn: terpentine, thinner, tensiden en kalk.

Voorbehandeling

Na het bovenstaande behoeft het vlak nog een voorbehandeling om een lange levensduur van zowel materiaal als lijm te kunnen garanderen. Deze voorbehandeling is vooral bedoeld om corrosie te voorkomen en het oppervlak nog iets meer te verruwen.

Verschillende voorbehandelingen zijn[14]:

 Primer: een primer is grondlaag die aangebracht wordt. Deze zorgt voor een goede hechting tussen lijm en ondergrond. Tevens voorkomt een primer dat de ondergrond gaat oxideren. Er zijn veel verschillende soorten primers. Welke gebruikt moet worden is afhankelijk van het ondergrond materiaal, toepassing, lijmsoort, etc.

 Beitsen: het beitsen wordt gedaan om de minder sterke oxidelaag te verwijderen, deze voorbehandeling zorgt voor een langer lijmproces. Na het beitsen moet men het aluminium namelijk anodiseren om een sterke oxidehuid aan te brengen, die zeer goed bestendig is tegen corrosie.

 Anodiseren: dit houdt in dat er een dun laagje metaal over het oppervlak wordt aangebracht, dit laagje moet voorkomen dat de lijm het oppervlak doet oxideren.

Aanbrengen van de lijm

Bij het aanbrengen van de lijm is het van belang dat de lijm goed verdeeld wordt over het te lijmen oppervlak. Als de lijm niet goed verdeeld is kan het zijn dat de verbinding niet lang stand houdt. De lijm kan op verschillende manieren aangebracht worden, zowel vóór

11

assemblage als na het assembleren van de verbinding, dit is afhankelijk van de lijmsoort die gekozen wordt.

Hieronder worden de twee manieren besproken[14].

Voor assemblage

In de meeste gevallen brengt men de lijm aan voor assemblage. Men spuit of smeert de te lijmen oppervlakken in en vervolgens maakt men de verbinding. Dit wordt vooral toegepast bij materialen die op elkaar gelijmd moeten worden, bijvoorbeeld het lijmen van ruiten op de staanders of het lijmen van beplating op de zijwand. De lijm kan hierbij goed over het oppervlak verdeeld worden en tijdens het assemblage proces heeft men ook de garantie dat de lijm op zijn plaats blijft. Het gaat hier dan om vloeibare lijmen of lijmpasta’s.

Voor het verlijmen van buizen/extrusieprofielen kan de lijm ook voor de assemblage aangebracht worden, bijvoorbeeld in de vorm van een lijmfilm (‘smelttape’). Men brengt deze tape aan, schuift de passing in elkaar en verhit deze vervolgens. De tape smelt dan, hardt uit en zorgt voor een gelijkmatige lijmverbinding. Het aanbrengen van lijm in vloeibare vorm voor assemblage van buis/extrusieprofielen resulteert vaak in een slechte verbinding, aangezien door de schuifpassing de lijm aan de kant geschoven wordt.

Na assemblage

Veelal wordt voor het verbinden van buizen/extrusieprofielen de lijm na assemblage aangebracht. Zoals hierboven al vermeldt loopt men namelijk het risico dat de lijmlaag aan de kant geschoven wordt tijdens de assemblage, vooral als het een nauwe passing betreft. Tevens is het na assemblage lastig te controleren of de lijmlaag goed verdeeld is en de juiste dikte heeft.

De lijm wordt na de assemblage door middel van injectie in de verbinding gespoten. Men injecteert door een gat de lijm in de ruimte tussen de twee in elkaar geschoven profielen met een bepaalde druk, aan de andere kant maakt men ook een gat in het buitenste profiel. Zodra de lijm naar buiten komt aan de andere kant kan men aannemen dat de ruimte tussen de twee profielen voldoende gevuld is. Door te injecteren na assemblage is men verzekerd dat de lijm de juiste dikte heeft, mits hierbij rekening is gehouden bij het ontwerpen van de passing.

Uitharden

Na dat de verbinding gemaakt is moet de lijm een tijd uitharden. Hoe lang is afhankelijk van de soort lijm en het soort materiaal. Het uitharden van de lijm moet vaak onder bepaalde klimatologische omstandigheden gebeuren, deze zijn ook afhankelijk van de lijmsoort. Men onderscheidt warmhardende en koudhardende lijmen. Een warmhardende lijm hardt pas uit na temperatuurverhoging, een ééncomponent-epoxy lijm is hier een voorbeeld van.

In sommige gevallen moet op de lijmverbinding ook een druk aangebracht worden, zodat de lijm goed samengedrukt wordt en goed aan de oppervlaktes hecht.

Tijdens het uithardingsproces mag de verbinding niet belast worden[14].

Lijmsoorten

Welk lijmproces precies doorlopen moet worden, welke voorbehandeling, methode van uitharding, etc. is afhankelijk van de lijmsoort die gekozen is.

De lijmsoort wordt gekozen aan de hand van de belastingen die op de constructie/verbinding komen te staan en in welke omstandigheden de

12

lijmfabrikant. Deze kan een gedegen advies uitbrengen voor elke constructie met een daarbij behorende applicatiemethode.

Men onderscheidt twee typen lijmen; 1-componentenlijmen (1K) en 2-componentenlijmen (2K). Een 1K-lijm is een lijm die bestaat uit één component. De tweede component, die nodig is voor de reactie om een hechte lijm te vormen, wordt uit de omgeving gehaald, bijvoorbeeld zuurstof of vocht. Bij 2K-lijmen bestaat de lijm al uit twee componenten, deze moeten voor het aanbrengen wel gemengd worden om te kunnen reageren en een hechte lijm te vormen. Na het mengen moet de verbinding binnen enkele seconden gemaakt worden, anders hardt de lijm uit.

Hieronder worden enkele lijmsoorten besproken die veel gebruikt worden voor het verlijmen van aluminium[14].

 Epoxy lijm:

Deze lijm onstaat door een reactie tussen een epoxide hars en een polyamine verharder. Dit is een typische constructielijm en kan voor veel materialen gebruikt worden. Is beschikbaar als 1K-lijm, 2K-lijm en lijmfilm. Epoxy lijmen zorgen voor zeer sterke verbindingen. De afschuifsterkte van epoxies varieert tussen 10 en 70 MPa. Ze kunnen slecht tegen schokbelastingen en zijn dus niet geschikt voor flexibele verbindingen.

 Polyurethaan lijm (PU lijm):

Zeer snel uithardende, 2K lijm. Wordt vaak ook als 1K lijm geleverd, hardt dan minder snel uit en moet in open contact staan met de lucht. 1K lijm kan goed tegen rek- en schokbelastingen. 2K uitvoering wordt vaak toegepast bij dragende constructies en voor het verlijmen van glasvezel versterkte plastics. Zijn iets sterker dan de 1K uitvoering, maar even flexibel en kunnen ook goed tegen rek- en schokbelastingen.

Zijn sterker bij lage temperaturen dan epoxy lijmen.

 Anaerobe lijm:

Bestaat uit een synthetische acryl hars, hardt uit zodra er contact is met metaal en afwezigheid van zuurstof. Wordt vaak gebruikt voor het verlijmen en afdichten van nauwe passingen, bijvoorbeeld bij schroef/moer-verbindingen. Relatief langzame uitharding.

 Smeltlijmen:

Dit zijn thermoplastische elastomeren, worden in vaste vorm aangeleverd. Oftewel lijmen die bij een bepaalde temperatuur smelten, dan een binding aangaan en weer uitharden bij temperatuurdaling. Afschuif en afpelsterkte zijn laag. Smeltlijmen harden snel uit. Worden vooral toegepast bij licht belastte constructies.

13

2.4 Overige verbindingstechnieken

 Een andere veel gebruikte verbindingstechniek voor aluminium is ponsklinken (‘self-piercing riveting’). Dit is een moderne vormen van de oude klinknagels. Echter hoeft er voor deze verbinding niet eerst een gat geboord te worden, zoals bij de oude klinknagels. De nagel wordt in de platen geperst en door de boven en onder stempel vormen de platen zich om de nagel heen. Dit zorgt voor een goede verbinding tussen de platen. Deze techniek wordt vooral gebruikt voor het verbinden van (dun)

plaatwerk en lichtgewicht carrosserieën . Het is een goedkope en snelle verbindingstechniek[6,17].

 Daarnaast wordt ‘clinching’ ook veel toegepast voor het verbinden van aluminium. Deze techniek lijkt veel op de bovenstaande, alleen wordt hier geen gebruik gemaakt van een nagel. Bij clinching worden de twee platen op een mal gelegd en door een stempel zodanig vervormd dat ze blijvend aan elkaar verbonden zijn. Ook dit is een goedkope en snelle verbindingstechniek[6].

 Een veel gebruikte techniek die veel op de bovenstaande lijkt is ‘poppen’ (blindklinknagel). Men boort eerst een gat in de te verbinden oppervlakken,

vervolgens zet men er een popnagel in en met behulp van een popnageltang maakt men de verbinding. Dit is een goedkope en eenvoudige techniek die vooral gebruikt wordt als men de achterzijde van de constructie niet of moeilijk kan bereiken, bijvoorbeeld bij extrusieprofielen. Deze verbinding kan goed tegen

afschuifbelastingen[16].

 Schroeven en bouten is ook een mogelijke verbindingstechniek voor aluminium. Echter moeten hierbij de schroeven en bouten ook uitgevoerd worden in aluminium om galvanische corrosie te voorkomen. Deze zijn duurder dan standaard stalen schroeven of bouten. Tevens vergt het schroeven en bouten van verbindingen relatief veel tijd in vergelijking met bijvoorbeeld lassen. Daarom wordt deze techniek meestal toegepast in combinatie met een andere goedkopere/snellere

verbindingstechniek[17].

 Het materiaal aluminium laat zich eenvoudig extruderen, hierdoor kunnen veel verschillende profielen gemaakt worden. Vormvaste verbindingen tussen profielen zijn dan ook goed te maken, aangezien bijna elke vorm mogelijk is met aluminium. Deze techniek wordt dan ook veel toegepast, soms nog in combinatie met andere verbindingstechnieken. Het voordeel van vormvaste verbindingen is dat er geen toevoegmateriaal nodig is en ook vaak geen speciaal gereedschap[6].

14

3. Verbindingstechnieken voor de zijwand

In het voorgaande hoofdstuk zijn de meest voorkomende verbindingstechnieken besproken die er voor aluminium zijn. In dit hoofdstuk wordt gekeken welke van deze technieken geschikt zijn voor de zijwand van de Futura en waarom. Hierbij zullen enkele technieken uit het vorige hoofdstuk nader worden toegelicht aan de hand van hun toepasbaarheid op het frame van de zijwand.

Allereerst komt kort de zijwand aan bod, hoe deze opgebouwd is. Vervolgens wordt er een keuze gemaakt voor enkele verbindingstechnieken die voor de zijwand in aanmerking komen en deze zullen dan nader worden toegelicht.

3.1 De zijwand

Momenteel is het frame van de zijwand opgebouwd uit stalenkokers die aan elkaar gelast zijn. Dit stalenframe heeft een zeer hoge stijfheid. Bij het wijzigen van het frame moet deze stijfheid gegarandeerd blijven.

Het concept van de zijwand waar in dit project naar gekeken wordt is opgebouwd uit aluminium extrusies die verbonden worden aan aluminium gietdelen. De verbindingen tussen de extrusies en de gietdelen betreffen nauwe passingen. De profielen van de extrusies en gietdelen worden over een bepaalde lengte in elkaar geschoven, over deze lengte moet de verbinding gemaakt worden. Hieronder ziet men twee afbeeldingen van mogelijke verbindingen uit de zijwand. Er zijn ook andere verbindingsmogelijkheden mogelijk, hiervan zijn op dit moment echter nog geen tekeningen.

Het onderste deel van de zijwand (zie onderstaande afbeelding, grijze gedeelte) wordt een sandwichconstructie. Dit gedeelte wordt opgevuld met schuim en aan zowel de binnen- als buitenkant afgedekt door een (aluminium) plaat. Door deze sandwich blijft de stijfheid van de constructie behouden.

15

3.2 Geschikte verbindingstechnieken

Voor aluminium zijn vele verbindingstechnieken mogelijk. Voor toepassing op de zijwand vallen enkele hiervan al af. Deze zijn kostentechnisch niet aantrekkelijk, niet efficiënt in de productie of kunnen de vereiste belastingen niet aan. Hier is in dit onderzoek ook niet verder naar gekeken en komen dus niet aan bod.

Dit onderzoek richt zich vooral op de verbindingstechnieken lassen en lijmen, dit zijn bekende technieken in de automotive branche en verdienen vanuit VDL Bus & Coach ook de aandacht. Op deze technieken zal in dit hoofdstuk verder worden ingegaan.

3.2.1 Lassen

Lassen is een zeer bekende verbindingstechniek in de automotive wereld waar veel ervaring mee is. Tegenwoordig is in bijna elk assemblageproces van een

automobielfabrikant wel een lasrobot te vinden die aluminium onderdelen aan elkaar last. In de buswereld wordt deze techniek nog niet zoveel gebruikt, maar kan hier zeker wel toegepast worden. Er is meer dan voldoende kennis en ervaring beschikbaar, vooral ook binnen de VDL Groep.

Van de in het vorige hoofdstuk beschreven lastechnieken kunnen er twee worden toegepast op het aluminiumframe van de zijwand, namlijk FSW en TIG of MIG lassen. FSW (Friction Stir Welding)

FSW heeft vele voordelen zoals eerder genoemd. Vooral een kleinere HAZ is interessant voor het frame, men wil namelijk niet dat de verbindingen zwak worden tijdens het lassen, of krom trekken, wat zou kunnen resulteren in een krom frame. Daarbij is het niet zeker dat de gietdelen en extrusies uit hetzelfde soort aluminium gemaakt worden. Dit zou problemen kunnen geven bij het ‘conventioneel’ lassen, maar bij FSW speelt het soort legering geen rol.

16

Daartegenover echter is FSW alleen geschikt voor het lassen van lange rechte verbindingen. Het concept zal dus aangepast moeten worden om deze techniek te kunnen toepassen. Hiervoor is al een concept bedacht na overleg met VDL ETG: men bouwt het onderste gedeelte van het frame op uit extrusieprofielen die op elkaar gelast worden zodat een wand van extrusieprofielen ontstaat. De extrusieprofielen hebben de breedte van de huidige zijwand. De bovenkant van het frame is vergelijkbaar met het andere concept. Men last bovenop de wand van extrusieprofielen de staanders van de ruiten, dit zal eventueel wel met een TIG of MIG lasapparaat moeten gebeuren. Lijmen is eventueel ook mogelijk als daarvoor een constructie bedacht wordt. Dit concept maakt een sandwichconstructie overbodig evenals vele gietdelen, waardoor de variatie in onderdelen klein is en het dus een eenvoudig concept maakt. Van dit concept zijn nog geen modellen/tekeningen.

VDL ETG heeft in het verleden al eens extrusieprofielen laten lassen op deze manier bij Sapa Profiles in Nederland. Sapa is gespecialiseerd in het maken en verbinden van aluminium extrusies, ook op het gebied van automotive gerelateerde toepassingen.

TIG en MIG lassen

Het grote voordeel van TIG en MIG lassen is dat het relatief eenvoudig is deze techniek toe te passen. Het is een lastechniek die veel gebruikt wordt voor het lassen van

aluminium en breed inzetbaar is. Tevens worden deze technieken ook gebruikt voor het lassen van staal en zijn dus bekend. Deze techniek biedt ook de mogelijkheid de

productie volledig binnen huis te houden, zoals nu bij het stalen frame ook gebeurt. Het concept hoeft voor deze techniek dan ook niet veel gewijzigd te worden, alleen wat geoptimaliseerd om kosten te besparen. Zo kunnen de extrusieprofielen langer

doorgetrokken worden waardoor minder gietdelen nodig zijn, dit is vergelijkbaar met de opbouw van het huidige stalen frame. Hierdoor kan ook de huidige mal die wordt gebruikt voor het lassen van de zijwand behouden blijven voor het concept frame. Het stalen frame wordt gelast met een MIG/MAG apparaat, voor het lassen van aluminium zouden enkel alleen de instellingen gewijzigd hoeven te worden om ermee aan de slag te kunnen, mits er gekozen wordt voor MIG lassen.

Nadeel van deze lastechnieken is echter dat de kans op kromtrekken van het frame aanwezig is en de las zwak is t.o.v. de sterkte van het aluminium ,vanwege de hoge warmte inbreng. Dit maakt het lasproces ook lastig om onder controle te houden. Tevens kan het lassen van de extrusies aan de gietdelen lastig zijn aangezien het om

verschillende soorten aluminium gaat. Het is daarom van belang dat de lassers ervaren zijn met het lassen van aluminium, eventueel door een cursus te volgen.

17

3.2.2 Lijmen

Het lijmen van aluminium profielen is een techniek die al enkele jaren wordt toegepast, ook in de automotive wereld. Het is een techniek die vooral veel wordt gebruikt in lichtgewicht constructies. En aangezien lichtgewicht construeren een steeds grotere rol is gaan spelen in de automotive branche is het toepassen van lijmverbindingen ook flink toegenomen. Het is dus een verbindingstechniek die nog steeds aan het groeien is en steeds meer toepassingen kent. Bij VDL Bus & Coach worden ook al een aantal

lijmverbindingen toegepast, maar nog niet in zwaarbelaste constructies zoals de zijwand. Het is echter een techniek die binnen VDL Bus & Coach de voorkeur heeft om uitgezocht te worden voor toepassing in het frame van de zijwand.

Het grote voordeel van lijmen is dat het een verbinding is die zorgt voor een gelijkmatig verdeelde spanningsoverdracht tussen de verbonden delen en de structuur van het materiaal niet veranderd tijdens het verbindingsproces. Daarnaast is het een

verbindingstechniek die uitermate geschikt is voor het maken van sandwichpanelen. Als men de juiste lijm kiest, daarbij rekening houdt met in welke omstandigheden de verbinding terecht komt en een nauwkeurig lijmproces aanhoudt dan kan men een sterke verbinding garanderen. Dat is tevens het enigste nadeel van het lijmen, als het lijmproces niet nauwkeurig gebeurt is de kans groot dat de verbinding niet goed is en al bezwijkt bij een geringe belasting. Dit is na het lijmen lastig te controleren. Men moet er vanuit kunnen gaan dat de verbinding goed is, dus moet het lijmproces nauwkeurig gevolgd worden.

Het concept hoeft voor het toepassen van deze techniek niet gewijzigd te worden. Men kan alleen de gietdelen nog optimaliseren, zodat een goede lijmlaag aangebracht kan worden, met de juiste dikte en het lijmoppervlak groot genoeg is.

Ook dit is een verbindingstechniek die bij VDL Bus & Coach in eigen huis toegepast kan worden, het personeel zal wel getraind moeten worden in het verlijmen van aluminium profielen, zodat ook zij zorg dragen voor een nauwkeurig lijmproces.

Hoe de lijm wordt aangebracht en voor welke lijm wordt gekozen in deze situatie wordt in het volgende hoofdstuk besproken.

18

4. Realisatie van verbindingstechnieken bij VBC

Er is nu een keuze gemaakt voor verbindingstechnieken die in aanmerking komen voor het verbinden van het aluminiumframe van de zijwand. In dit hoofdstuk wordt er gekeken hoe deze

verbindingstechnieken in het productieproces van de zijwand passen. Men wil bij VDL Bus & Coach namelijk graag de productie zoveel als mogelijk in eigen huis houden. Er wordt gekeken naar de machines en materialen die nodig zijn voor bovenstaande verbindingstechnieken, welke

productiemethoden er nodig zijn, aan de hand daarvan zal het productieproces worden beschreven. Tenslotte zal er ook nog gekeken worden naar de arbeidsnormen die gelden bij de

productieprocessen en waar aandacht aan besteed moet worden.

Indien mogelijk wordt er ook een indicatie gegeven van de doorlooptijd en kosten van de verbindingstechnieken.

4.1 Realisatie van het lasproces

4.1.1 FSW

Machines/materialen

FSW zou gedaan kunnen worden op een standaard freesbank. Deze freesbank moet in dit geval wel geschikt zijn voor lange extrusieprofielen van 10 à 11 meter. In dat geval hoeft er alleen een speciale laskop aangeschaft te worden die op de freesbank kan worden gemonteerd. Verder heeft men geen andere materialen of gassen nodig voor dit lasproces.

Productieproces

Men zaagt de extrusieprofielen op de juiste lengte en legt deze op de freesbank. Vervolgens drukt men de profielen stevig tegen elkaar aan en klemt deze. Daarna veegt men de verbindingsnaad schoon, zodat deze vrij is van vuil en splinters. Men kan dan beginnen met lassen, de laskop van de freesbank verplaatst zich met een constante snelheid en constant toerental over de verbindingsnaad, totdat deze volledig afgerond is. De profielen zitten dan aan elkaar gelast.

Arbeidsnormen

De veiligheid van de werknemers staat altijd voorop, bij welk productieproces dan ook. FSW is een zeer schone lastechniek. Er is geen rookontwikkeling, het spat niet en er wordt geen beschermgas gebruikt. Maar toch dient men beschermende kleding te dragen, kleding die gedragen dient te worden bij bijna elk lasproces. Men moet veiligheidsschoenen aan hebben, deze zijn verplicht bij VBC. Daarnaast dient men een brandwerende overall te dragen, voor het geval er iets fout gaat en er vloeiend metaal vrij komt. Bij het plaatsen van de profielen dient men handschoenen te dragen en tijdens het lasproces moet men een speciale laskap of lasbril op om de ogen te beschermen tegen het felle licht[7,17,20].

19 Kosten/doorlooptijd

FSW heeft een zeer lage lassnelheid. De doorlooptijd zal dan ook toenemen t.o.v. het huidige frame. Maar aangezien bij toepassing van deze techniek gebruik gemaakt wordt van een ander concept is dat moeilijk te vergelijken.

Wil men deze techniek in eigen huis halen, dan zal er geïnvesteerd moeten worden in een freesbank die geschikt is voor lange profielen en waar deze op ingeklemd kunnen worden en in verschillende laskoppen (voor elke plaatdikte is een andere laskop nodig). Een andere optie is uitbesteden, bijvoorbeeld aan Sapa.

Wil men deze techniek toepassen, dan zal er een vergelijking moeten worden gemaakt tussen uitbesteden en in huis halen, hierbij moet niet alleen naar de kosten gekeken worden, maar ook naar de doorlooptijd[6].

4.1.2 TIG lassen

Machines/materialen

Voor het MIG en TIG lassen zijn verschillende lasapparaten nodig. Bij TIG lassen wordt de elektrode namelijk niet verbruikt en moet het eventuele toevoegmateriaal extern toegevoerd worden. Een veel gebruikt toevoegmateriaal voor het TIG lassen van aluminium is een aluminuim-magenesium legering, aangezien de meeste aluminium profielen ook een aluminium-magnesium legering zijn. In het frame worden twee soorten aluminium gebruikt, een voor de gietdelen en een voor de extrusieprofielen. Voor de extrusieprofielen heeft men een aluminium-magnesium legering nodig, aangezien de extrusieprofielen ook een aluminium-magnesium legering zijn. Voor de gietdelen kan men een toevoegmateriaal van een aluminium-silicium legering gebruiken. Hieruit bestaat het gietdeel ook.

Het beschermgas dat het meest gebruikt wordt voor het lassen van aluminium is het edele gas argon, dit is namelijk in economisch opzicht de beste keuze. Een combinatie van helium en argon gas is kwalitatief beter, met name vanwege de hogere

warmtegeleidingcoëfficiënt van heliumgas. Het nadeel van heliumgas is dat de boogonsteking lastiger is en het een turbulente boog geeft. Daarom wordt vaak een combinatie van helium en argon (50-50%) toegepast. Dit zou in het kostenplaatje bekeken moeten worden of dit toegepast kan worden bij VBC[18,19].

Productieproces

Bij TIG lassen kan men gebruik maken van de huidige mal voor het frame. Men zaagt de extrusieprofielen op de juiste lengte. In de bovenbalk maakt men gebruik van gietdelen, deze plaats men ook in de mal tussen de profielen. Zodra men alle onderdelen voor het frame in de mal heeft geklemd, reinigt men de plaatsen waar gelast wordt van olie, vuil, etc. met een grove doek of schuurpapier. Vervolgens kan men beginnen met lassen. Arbeidsnormen

TIG lassen is een schoon lasproces, bij de juiste instellingen springt er geen materiaal weg tijdens het lassen, het spat dus niet. Daarbij wordt er ook nauwelijks rook geproduceerd gedurende het lassen, dit geeft de lasser een goed overzicht tijdens het lassen. Toch

20

dienen de lassers beschermende kleding te dragen. Hieronder vallen: handschoenen, veiligheidsschoenen en een brandwerende overall, dit wordt nu ook al gedragen bij het MIG lassen. Daarnaast is ook een laskap verplicht tegen het felle UV licht dat van het lasproces vrij komt.

Het lasproces moet plaatsvinden in een geventileerde omgeving. Ondanks dat er geen rook vrij komt bij TIG lassen, komen er wel edelgassen vrij (beschermgas). Deze kunnen de zuurstof verdringen wat schadelijk kan zijn voor de ademhaling van de lassers, vandaar dat een geventileerde omgeving van belang is[20].

Kosten/doorlooptijd

TIG lassen is een vrij langzaam productieproces vergeleken met MIG lassen, zeker als het gaat om aluminium lassen. De doorlooptijd zal dus iets langer worden. Ook zullen de kosten van de productiemethode iets omhoog gaan, aangezien men alleen nog maar gebruik maakt van edel gassen en niet meer van CO2, zoals nu nog bij het stalenframe

wordt gebruikt. Tevens zullen de lassers bijgeschoold moeten worden om vaardig te worden in het lassen van aluminium en van alle gevaren op de hoogte zijn.

4.1.3 MIG lassen

Machines/materialen

De apparaten en materialen die voor MIG lassen nodig zijn komen vrij veel overeen met die van TIG lassen. Echter wordt bij een MIG lasapparaat het toevoegmateriaal via het laspistool aan het smeltbad toegevoegd, dus is er een ander lasapparaat nodig dan voor TIG lassen, echter wordt er voor het stalen frame al gebruik gemaakt van een MIG/MAG lasapparaat, dus deze hoeft niet meer aangeschaft te worden.

Het toevoegmateriaal voor het MIG lassen van aluminium is ook weer afhankelijk van de soort aluminium legering die gelast gaat worden. In het geval van de zijwand zal er dus net als bij TIG lassen een aluminium-magnesium legering worden gebruikt voor de extrusies. Voor de gietdelen kan een aluminium-silicium legering gebruikt worden. Er zal gekeken moeten worden of voor de gietdelen niet hetzelfde toevoegmateriaal gebruikt kan worden als voor de profielen, aangezien de gietdelen aan extrusies vast gelast worden, dit geldt ook voor het TIG lassen van extrusies aan de gietdelen.

Bij MIG lassen wordt net als bij TIG lassen gebruik gemaakt van een beschermgas. Voor het MIG lassen van aluminium wordt meestal gekozen voor een helium-argon mengsel (50-50%). Ook hier kan gekozen worden voor een goedkopere oplossing, namelijk 100% argon. Maar men heeft dan een hogere kans op poreuze verbinding. Ook zal hier weer gekeken moeten worden naar het kostenplaatje of een combinatie van heluim en argon gas mogelijk is[11,19].

Productieproces

Bij MIG lassen kan men gebruik maken van de huidige mal van de zijwand. Men snijdt de extrusieprofielen op de juiste lengte en klemt deze in de mal. In de bovenbalk plaats men ook de gietdelen tussen de profielen. Als alles ingeklemd zit start men met de

21

doek of schuurpapier. Vervolgens vangt men aan met lassen. Na het lasproces volgt er nog een nabehandeling van de verbindingen. Door deze nogmaals na te verwarmen krijgt een deel van de HAZ zijn oorspronkelijke eigenschappen weer terug, waardoor de

verbinding sterker wordt. Arbeidsnormen

MIG lassen is een minder schoon lasproces dan TIG lassen. Bij MIG lassen komen wel spatten vrij van het smeltbad en is er ook rookontwikkeling. Voor MIG lassen gelden dezelfde persoonlijke beschermingsmiddelen als voor TIG lassen. Ook het MIG lasproces dient in een geventileerde omgeving te gebeuren. Er komt nu niet alleen beschermgas vrij, maar ook lasrook[20].

Kosten/doorlooptijd

Aangezien er reeds gebruikt wordt gemaakt van een MIG/MAG lasapparaat is die investering niet meer nodig. Er zal meer edelgas ingekocht moeten worden aangezien er uitsluitend met edelgassen wordt gelast.

Het lasproces is snel in vergelijking met TIG lassen en FSW, echter is er wel een nabehandeling nodig, waardoor de doorlooptijd iets langer zal worden.

Ook voor MIG lassen zullen de werknemers bijgeschoold moeten worden om vaardig te worden met aluminium lassen.

De kosten zullen dus iets omhoog gaan, maar dit is in vergelijking met FSW en TIG lassen de meest economische oplossing.

4.2 Realisatie van het lijmproces

Machines/materialen

Het verlijmen van het frame kan in de huidige mal plaatsvinden. De mal zal dan wel op enkele plaatsen gewijzigd moeten worden, zodat alle gietdelen goed ondersteund worden en er geen belasting op de verbindingen staat tussen profiel en gietdeel. De mal zal hiervoor nader bekeken moeten worden.

De verbindingen tussen extrusie en gietdeel zijn nauwe passingen, de lijm vóór assemblage aanbrengen zal dus lastig worden. Daarom wordt er in dit geval gekozen voor het injecteren van lijm. Hiervoor wordt een pneumatisch lijmpistool gebruikt. De applicatietools worden in de meeste gevallen geleverd door de fabrikant van de lijm, aangezien iedere fabrikant zijn eigen verpakkingsformaten heeft. Meer informatie hierover is nog niet beschikbaar, hierover zal contact moeten worden opgenomen met de lijmfabrikant.

Er wordt gekozen voor een epoxy PUR lijm (2K) of een PU lijm (2K) voor het frame. Dit zijn beide sterke constructie lijmen met weinig elasticiteit en die uitharden op lage temperaturen (temperatuur fabriekshal). De primers die nodig zijn voor de

voorbehandeling zijn afhankelijk van welke van de twee lijmen gebruikt gaat worden. Hierover is nog geen verdere informatie, deze wordt verkregen in samenwerking met de lijmfabrikant.

22 Productieproces

Men begint met de voorbehandeling van de extrusieprofielen en gietdelen, de voorbehandeling wordt geadviseerd door de lijmfabrikant en is afhankelijk van de lijmkeuze. Daarna assembleert men het frame in de mal. Er moet voor gezorgd worden dat alle profielen en gietdelen goed aansluiten en er nergens kieren zitten in de

verbindingen. De ruimtes (speling) tussen de extrusies en gietdelen moeten aan alle zijden even groot zijn, zodat de lijm zich goed kan verdelen en op alle vlakken even dik is. Hiervoor zullen kleine hulpstukken (mallen) gemaakt moeten worden. Als dit alles goed doorlopen is, kan men beginnen met het verlijmen. Hierbij moet men wel rekening houden dat de temperatuur in de fabriekshal juist is om te kunnen lijmen, dit is

afhankelijk van de soort lijm. Op de plaats van de verbinding tussen gietdeel en extrusie zitten er gaten in de aluminiumprofielen, aan beide kanten van het profiel. Via deze gaten wordt de lijm geïnjecteerd, als er aan de andere kant van de extrusie lijm uit het gat komt kan men stellen dat de ruimte van de verbinding goed gevuld is, mits er met de juiste druk is geïnjecteerd. Men dicht deze gaten na het lijmen af en laat de lijm

uitharden onder de juiste temperatuur. Arbeidsnormen

Bij het lijmen heeft men te maken met vluchtige organische stoffen, dus stoffen die snel verdampen. Het is daarom aan te bevelen om een mond/luchtwegenbescherming te dragen in de vorm van een mondmasker of mondkapje. Ook dient men de ogen te beschermen met een rondom afgesloten veiligheidsbril, zodat er geen lijmspatten in de ogen terecht kunnen komen. De plaats waar het lijmproces plaatsvindt moet zeer goed geventileerd zijn, een afzuiginstallatie wordt soms geadviseerd door de lijmfabrikant, zodat vrijkomende dampen vrij snel worden afgezogen. Tijdens het aanbrengen van de lijm dient de werknemer ondoorlaatbare handschoenen te dragen die bestand zijn tegen chemicaliën evenals een pak dat bestand is tegen chemicaliën. Daarnaast dient men veiligheidsschoenen te dragen.

PU-lijmen kunnen irriterend zijn voor de huid en de slijmvliezen. Bij langdurige werking met epoxy lijmen kan men op den duur last krijgen van allergie voor deze lijm.

Iedere lijmfabrikant heeft voor zijn lijmsoorten een veiligheidsblad opgesteld. Hierop staat vermeld wat de voorschriften zijn voor het werken met de lijm. Na een lijmkeuze en contact met de lijmfabrikant kan dus nauwkeuriger omschreven worden wat de

arbeidsnormen zijn. In het eindverslag komt dit verder aan bod[14]. Kosten/doorlooptijd

Het lijmproces kan volledig in eigen huis worden gedaan. De mal van het huidige frame zal licht gewijzigd moeten worden. Er hoeft relatief weinig geïnvesteerd te worden om deze techniek in huis te halen. Men moet investeren in een lijminjectie-tool om de lijm aan te brengen, hiervan zijn er al enkele binnen VBC. Deze zijn relatief goedkoop in vergelijking met een lasapparaat. Verder zal er lijm ingekocht moeten worden en chemicaliën om het aluminium voor te behandelen. Ook zullen de werknemers een cursus moeten volgen over het verlijmen van aluminium, zodat hun ook het belang weten van een nauwkeurig lijmproces. Zij zijn tenslotte degene die de verbindingen in de praktijk tot stand gaan brengen.

23

De doorlooptijd is voor het grootste deel afhankelijk van de tijd die de lijm nodig heeft om uit te harden en de tijd die nodig is voor voorbehandeling. Het lijmen zelf neemt de minste tijd in beslag van het hele lijmproces. Echter duurt het hele lijmproces veel langer dan het huidige lasproces. Er zal dus gekeken moeten worden hoe men dit opvangt, bijvoorbeeld door productiestappen te overlappen. In het eindverslag wordt het productieproces in detail uitgewerkt.

24

5. Conclusie

Voor het verbinden van het aluminium conceptframe van de zijwand moet er een keuze gemaakt worden tussen lassen of lijmen. Met het oog op lichtgewicht construeren komt lijmen hier naar voren als de best toepasbare verbindingstechniek voor de zijwand.

Door lijmen toe te passen als verbindingstechniek tussen de extrusieprofielen en gietdelen legt men een goede basis voor het maken van een sandwichconstructie, wat een aanzienlijke

gewichtsbesparing mogelijk maakt voor de zijwand van de Futura 2 en daarmee voor de gehele coach. Deze techniek heeft dan ook de voorkeur binnen VDL Bus & Coach.

Een lijmverbinding zorgt voor een gelijk verdeelde spanningsoverdracht in de verbindingen wat een zeer gunstige eigenschap is voor het constant belaste frame. Daarbij garandeert een lijmverbinding een verbinding die dezelfde sterkte bezit als het materiaal dat het verbindt, in sommige gevallen zelfs sterker, aangezien het materiaal niet aangetast wordt tijdens het assemblageproces.

De investeringskosten voor het in huis halen van deze techniek zijn aan de lage kant in vergelijking met verschillende lasprocessen. De doorlooptijd van het lijmproces is daarentegen wel iets langer dan bijvoorbeeld lassen, maar met een nauwkeurige productieplanning kan een deel van het lijmproces overlapt worden door andere productiestappen, waardoor aan het eind toch een kortere doorlooptijd van de gehele zijwand mogelijk is.

In dit project gaat men het lijmproces voor het conceptframe van de zijwand verder uitwerken in samenwerking met lijmfabrikant en leverancier Sika. Men komt samen tot een lijmkeuze en aan de hand daarvan worden de voorbehandelingen gedefinieerd en het uithardingproces bepaald. Dan kan ook een goede schatting gemaakt worden van de kosten en kan de opzet voor een productieplanning gemaakt worden waaruit de doorlooptijd helder wordt.

Het concept van FSW wordt wel als alternatief meegenomen en voor een deel uitgewerkt.

25

6. Literatuurlijst

[1] a). Aluminium. http://nl.wikipedia.org/wiki/Aluminium b). Aluminium. http://en.wikipedia.org/wiki/Aluminium Geraadpleegd medio eind september 2012.

[2] EAA (2009). ‘What makes aluminium such a special material?’ http://www.alueurope.eu/about-aluminium/properties/ Geraadpleegd 11 oktober 2012.

[3] Metaalwinkel (2005). ‘Geanodiseerd aluminium’.

http://www.aluminium-winkel.nl/aluminium/index.php?item=6 Geraadpleegd 10 oktober 2012.

[4] Corrosie. http://nl.wikipedia.org/wiki/Corrosie Geraadpleegd 11 oktober 2012.

[5] Aluminium Centrum (2011). ‘Lassen van aluminium’.

http://www.aluminiumcentrum.nl/aluminiumcentrum.nl/files/Doc/Aluminium/Infobladen%2 02011/lassen_van_aluminium.pdf

Geraadpleegd medio eind september 2012.

[6] Mallick P.K. (2010). Materials, design and manufacturing for lightweight vehicles. Cambridge: Woodhead Publishing Limited.

Geraadpleegd september/oktober 2012.

[7] a). Wrijvingsroerlassen. http://nl.wikipedia.org/wiki/Wrijvingsroerlassen b). Friction Stir Welding. http://en.wikipedia.org/wiki/Friction_stir_welding Geraadpleegd 25 en 26 september 2012.

[8] Marré, M., Ruhstorfer, M., Tekkaya, A.E., Zaeh, M.F. (2009). Manufacturing of lightweight frame structures by innovative joining by forming processes. INTERNATIONAL JOURNAL OF MATERIAL FORMING, Volume 2, Supplement 1.

[9] a). TIG-lassen. http://nl.wikipedia.org/wiki/TIG-lassen

b). Gas tungsten arc welding. http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_tungsten_arc_welding Geraadpleegd 28 september 2012.

[10] a). MIG/MAG-lassen. http://nl.wikipedia.org/wiki/MIG/MAG-lassen

b). Gas metal arc welding. http://en.wikipedia.org/wiki/Gas_metal_arc_welding Geraadpleegd 28 september 2012.

[11] aluMATTER (2010). ‘MIG-lassen’.

http://aluminium.matter.org.uk/content/html/dut/default.asp?catid=196&pageid=21444168 07

Geraadpleegd 28 september 2012.

[12] a). Puntlassen. http://nl.wikipedia.org/wiki/Puntlassen b). Spot welding. http://en.wikipedia.org/wiki/Spot_welding Geraadpleegd 1 oktober 2012.

[13] a). Laserlassen. http://nl.wikipedia.org/wiki/Laserlassen

b). Laser beam welding. http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_beam_welding Geraadpleegd 2 oktober 2012.

[14] Cools, J.J., Logtenberg, E.H.P. (1999). Gelijmde verbindingen. Den Haag: ten Hagen & Stam b.v.

Geraadpleegd september/oktober 2012. [15] Lijmen. http://nl.wikipedia.org/wiki/Lijmen

26 [16] Popnagel. http://nl.wikipedia.org/wiki/Popnagel

Geraadpleegd 4 oktober 2012.

[17] Aluminium Centrum (2010). ‘Aluminium Ontwerpwijzer’.

http://www.aluminiumcentrum.nl/aluminiumcentrum.nl/files/Doc/Aluminium/Aluminium%2 0ontwerpwijzer/Aluminium_ontwerpwijzer.pdf

Geraadpleegd september/oktober 2012.

[18] NIL (Nederlands Instituut voor Lastechniek) (2009). ´Laskennis opgefrist Nr. 62 TIG-lassen’. http://www.nil.nl/public/cms/lists/upload/14_tig.pdf

Geraadpleegd 11 oktober 2012.

[19] GT Ind. Lastechniek B.V. ‘Toevoeg materiaal Hoofdstuk 10’

http://www.gtlastechniek.nl/Catalogus/10.%20Las%20toevoegmateriaal%20compleet.pdf Geraadpleegd 11 oktober 2012

[20] Lassen. http://nl.wikipedia.org/wiki/Lassen Geraadpleegd 11 oktober 2012.

27

Eigen beoordeling stageverslag

G V Z O - G V Z O

I. Structuur/onderdelen II. Taal, uiterlijk en

vormgeving

Titelpagina A. Taal

- volledig x - (werkwoord)spelling x -dekkende titel x - woordgebruik x Samenvatting - interpunctie x - zelfstandig leesbaar x - zinsbouw x - doelstelling verslag x

- probleem-/vraagstelling - B. Uiterlijk/vormgeving x - werkwijze x

- belangrijkste conclusies x

- eventuele aanbevelingen x III. Vakinhoud

Inhoudsopgave - onderwerp x - informatieve titels x - actualiteit x - volledige inhoudsopgave x - niveau/inhoud x Inleiding - scheiding hoofd- en bijzaken x - aanleiding onderwerpkeuze x - eigen opzet x - probleem-/vraagstelling - - gebruikte informatiebronnen x - doelstelling verslag x

- werkwijze x - uitleg opbouw verslag x - organisatie bedrijf (in

eindverslag)

- Reflectie (in eindverslag)

- zelfstandig te lezen - - helder/overzichtelijk - - compleet (conform richtlijn) - - ethische aspecten - Hoofdstukken - indeling in hoofdstukken x - indeling in (sub)paragrafen x -indeling in secties/alinea’s x Conclusie - zelfstandig te lezen x - helder/overzichtelijk x - verband met de inleiding x Bronvermelding

- in de tekst x - literatuurlijst (einde rapport) x Bijlagen

- nummer en titel - - zelfstandig leesbaar -