Heißer Tipp: kalt verbinden

28.05.2009

KALTE FÃœGETECHNIKEN ermöglichen häufig erst den modernen Leichtbau. Dies gilt vor allem, wenn unterschiedliche Materialien in Mischbauweise verbunden werden. Mit Techniken wie Schrauben, Nieten oder Clinchen lassen sich beispielsweise Stahl und Leichtmetall teilweise auch in Kombination mit Kunststoff sicher zusammenfügen. Das geht mit der „heißen Technik” nicht.

Jahrzehnte war das Schweißen im Automobilbau die gebräuchlichste Fügetechnik. Problemlos wurde sie zum Verbinden von Stahlteilen eingesetzt. Moderner Stahlwerkstoff oder Aluminium stellen aber erhebliche Anforderungen an die Fügetechnik. Auf der anderen Seite setzen die OEMs aber immer mehr Leichtmetall und andere Gewicht sparende Werkstoffe ein. „Schweißen kann dann ein Problem sein, gerade wenn es um die Verbindungsfestigkeiten unter dynamischer Last geht”, sagt Prof. Dr.-Ing Carsten Bye. Er ist Spezialist für moderne Fügetechniken und lehrt an der privaten Fachhochschule für Wirtschaft und Technik in Diepholz.

Zur Lösung der Probleme von Schweißverbindungen kommen „kalte” Fügetechniken ins Spiel. Gemeint sind zunächst einmal Schrauben und Nieten. Ein deutliches Potenzial hat aber auch das Clinchen. Dieses Verfahren kommt ohne so genannte Hilfsfügeteile aus, womit der Verzicht auf Schrauben und Nieten gemeint ist.
„Die richtige Auswahl der Verbindungstechnik beeinflusst die Konstruktion und damit das Bauteilgewicht entscheidend”, sagt Bye und betont zugleich die Vorteile kalter Fügetechniken. Sie könnten immer dann zum Einsatz kommen, wenn Schweißen an seine Grenzen gelange. Letzteres kann die Bauteileigenschaften durch Wärmespannungen und Gefügeveränderungen in teilweise schwer vorher zu bestimmender Weise negativ beeinflussen. Beschichtungen zum Schutz vor Korrosion überleben an der Schweißstelle zumeist nicht, und das Verbinden unterschiedlicher Werkstoffe ist in der Regel nicht möglich.

Feste Verbindung und hohes Lastniveau beim Clinchen: die Arbeitsschritte beim Herstellen
einer Clinchenverbindung.

Gewicht – der Flugzeugbau macht’s vor

Andere Branchen haben schon lange vor der Automobilindustrie mit jedem Kilogramm Gewicht gegeizt – und deshalb auf Alternativen zum Schweißen gesetzt. Bye nennt den Flugzeugbau, der schon frühzeitig in großem Umfang Nieten verwendet hat. Ein großer Vorteil ist, dass die Verbindungsstelle teilweise nur von einer Seite zugänglich sein muss. Im Automobilbau kommt das Nieten meist in der Darreichungsform des Stanznietens zum Einsatz. Besonders gern verwenden es die OEMs, wenn dabei auf Vorloch-Operationen in den Blechen verzichtet und Geld eingespart werden kann.
Zumindest einseitig sind solche Löcher auch bei einem anderen Verfahren verzichtbar. Loch- und gewindeformende Dünnblechschrauben erzeugen in nur einem Arbeitsgang ein Vorloch und verschrauben anschließend in ein tragfähiges Gewinde. Sie ersetzen daher auch zunehmend Blechmuttern, die Gewicht, Kosten und Arbeitsaufwand verursachen.

Gefestigt – die HybridfügetechnikBedeutung gewinnt die Kombination von Fügetechniken. So können durch die Verbindung von geschraubten und genieteten Teilen in Kombination mit Klebstoff erstaunlich hohe statische und dynamische Verbindungsfestigkeiten erreicht werden. Bye spricht von Hybridfügetechnik. Ein sehr aktuelles Fügeverfahren, das häufig mit Kleben zum Einsatz kommt, ist das Clinchen. Die zu verbindenden Bleche werden in einem tiefziehähnlichen Prozess umgeformt und abschließend verpresst. Durch die Gestaltung der Werkzeuge entsteht eine Form, die irgendwie an einen Druckknopf erinnert.
Allerdings verbindet sie die Bleche ungleich fester. Bye weist darauf hin, dass die erzielbare Festigkeit der kostengünstigen Clinchverbindungen gerade unter dynamischer Last und hohen Lastspielzahlen nicht zu verachten sei. Aktuelle Untersuchungen zeigten ein vergleichbares bis höheres Lastniveau im Vergleich zum wärmeintensiven Punktschweißen.

 

Fritz Lorek

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