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7. Fügetechnisches Gemeinschaftskolloquium von EFB, DVS und FOSTA Fügetechnik im Anspruch von Komplexität, Individualität und Globalisierung

Autor / Redakteur: Heike Köpp-Waffender / M.A. Frauke Finus

Das 7. Fügetechnische Gemeinschaftskolloquium am 12. und 13. Dezember 2017 in Dresden blickte auf neue Entwicklungen und Technologien.

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Schrauben aus dem Vortrag von Marie Christin Krug, Chassis Components bei Daimler.
Schrauben aus dem Vortrag von Marie Christin Krug, Chassis Components bei Daimler.
(Bild: EFB)

Fügetechnologien gelten als der Schlüssel zum Leichtbau. Allerdings: Der Werkstoffleichtbau führt zur Zunahme der Fügeverfahren, berichtet Steffen Müller, Leiter Technologieentwicklung Fügen bei Audi. Der Automobilbauer setzt 19 verschiedene Fügetechnologien im Karosseriebau ein.

Die 4. Entwicklungsstufe der Karosseriekonzepte bei Audi stellt eine Mischbauweise durch funktionsgerechte Werkstoffverteilung dar. Sieben Werkstoffklassen mit 29 unterschiedlichen Werkstoffen werden mit zum Teil mehr als 10 unterschiedlichen Fügetechnologien verarbeitet. Die Vielzahl unterschiedlicher Verfahren stellt hohe Anforderungen an die Absicherung, Entwicklung, Produktion, den Kundendienst sowie Qualifikation der Mitarbeiter. Daher sind flexibel einsetzbare Fügetechnologien mit breitem Anwendungsspektrum gefragt.

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Die großen Herausforderungen beim Audi A8 stellen das Verbinden von Aluminium mit ultrahochfesten Stählen und die Realisierung schmaler Flansche zur Verbesserung von Sichtwinkel und Komfortmaßen im Tür-einstieg dar. Die Entwicklungsziele in der Fügetechnik für Aluminium und den Mischbau Al/St verfolgen zwei Hauptkriterien: Weiterentwicklung von konventionellen Verfahren zum Einsatz in Großserien und die Entwicklung von Fügekonzepten zur Erhöhung der Flexibilität bei gleichzeitig geringerer Komplexität. Strategische Herausforderungen sind: höhere Prozessgeschwindigkeit und Verfügbarkeit, reduzierte Elementkosten, erweiterte Prozessfenster. Zur Realisierbarkeit neuer Werkstoff- und Konstruktionskonzepte werden neue Verfahren zur Substitution mehrerer konventionellen Verfahren und parametrierbare Verfahren gesucht und werkstoffflexible Verfahren entwickelt.

Schraubtechnik im globalen Einsatz

Am Beispiel der Konzeption einer Schraubenmutter für den Einsatz im Nutzfahrzeugbau erläutert Marie Christin Krug, Chassis Components bei Daimler, die Anforderungen, die durch eine globale Produktion entstehen. Daimler produziert Nutzfahrzeuge für den hoch entwickelten europäischen Markt aber auch für so genannte Schwellenländer. Auch die Produktionsstätten sind weltweit verteilt. Hier wird dargestellt, wie man mit den Anforderungen von Standardisierung, insbesondere bei weltweiten Produktionsstätten, umgeht, um Funktionalität, Reparaturfähigkeit und Produktionskosten in den Griff zu bekommen.

Die Vorteile der Schraubtechnik bilden die Grundlage für eine globale Modulbauweise mit hohen Produktvarianzen durch unterschiedliche Anforderungen der einzelnen Märkte: Unterschiedliche Gesamtdicken durch die Anzahl zu fügender Bauteile werden ausgeglichen, es können lackierte Teile gefügt werden, Verschraubungen können einfach und einheitlich in Montagewerken umgesetzt werden. Die Elemente sind robust und austauschbar. Das alles erhöht die Flexibilität für Kunden beziehungsweise Aufbauhersteller und kompensiert Nachteile wie die schlechte Automatisierbarkeit und hohe Drehmomente.

Der Entwicklungsprozess stützt sich auf vier Eckpfeiler: Kosten, Gewicht, Qualität und Montage. Für den globalen Einsatz ist die Vereinheitlichung von Dimension, Beschichtungssystemen und Anzugsvorschriften unabdingbar

Schnappelemente und Springbeulen – Verbindungen ohne Fügeelemente

Mit dem Einsatz hochfester Materialien im Leichtbau gehen schlechte Um formeigenschaften und damit breiter werdende Toleranzen einher. Peter Wurster, Vorentwicklung Fügetechnik bei Audi, stellt das Konzept einer Bauteilintegrativen Fügetechnik vor, bei der das Fügeelement in das Bauteil integriert ist. Die Fügepartner werden ohne den Einsatz weiterer Elemente und Verfahren verbunden.

Schnappelemente, wie aus der Kunststofftechnik bekannt, wirken als Feder. Sie sind an einem der beiden Fügeteile angebracht und werden während der Zuführung elastisch deformiert. Das Fügeteil positioniert sich selbst, hinterrastet in geeigneten Aussparungen des Fügepartners durch die naturgemäß auftretende Rückfederung und erzeugt eine form- beziehungsweise kraftschlüssige Verbindung.

Ein anderes Verfahren nutzt die Kräfte des Springbeulens zum Positionieren und Fügen der Teile. Durch geeignete Krafteinwirkung wird das Fügeteil in einen anderen Gleichgewichtszustand überführt. Das geschieht nicht während, sondern nach der vollständigen Positionierung des Fügeteils. Im Karosseriebau werden diese Verfahren zum Beispiel. bei der Reserveradmulde oder einem Schottblech eingesetzt, das in die A-Säule gefügt wird.

Fügetechnik im Zeitalter 4.0 – eine Ermunterung für Unternehmen

Dr. Wolfgang Pfeiffer, Geschäftsführer von Tox Pressotechnik, betrachtet mögliche Entwicklungsszenarien der Fügetechnik im Hinblick auf die Leit bilder Industrie 4.0 und Digitalisierung. Die Dringlichkeit, sich mit den digitalen Möglichkeiten auseinanderzuset-zen, stellt er in Zusammenhang mit der Verbreitung des Internets (Anteil des Internets am globalen Informationsfluss stieg in 25 Jahren von unter 1 % auf über 97 %) oder dem Siegeszug des Smartphones: Nach nur 20 Jahren Existenz gibt es heute mehr Smartphones als Menschen!

Pfeiffer propagiert eine Abkehr vom „deutschen Weg der umfassenden, technisch überzeugenden aber langsamen schrittweisen Weiterentwicklung. „Wer weiter auf große Tanker setzt, kommt bei den heutigen Tech nologiezyklen immer zu spät. Die Rechnerleistungen seien heute schon so groß und günstig, dass die Datenflut durchaus bewältigt werden könne, wenn die Art der Daten intelligent ausgewählt wird. Durch billige und kleinste Sensoren, den MEMS Micro Electro Mechanical Systems, stehen in der Fügetechnik vielfältige Möglichkeiten zur Verfügung die Daten zu erfassen. Man müsse diese Informationen – auch scheinbar artfremde – nur kreativ und richtig einsetzen.

Etabliert sind Informationen über Presskraft oder Drehmoment, Position oder Winkel, Hubzähler, und Tool Check. Systeminformationen der Antriebssysteme, Werkzeugüberwachung, und relevante Systemmodule beantworten Fragen wie: Ist die Aktorik noch voll einsatzfähig? Wie gut war der letzte Prozess? Oder geben auch eine individuelle Modul-Daten-Historie. Von anderen Systemen könne man zusätzliche Netzwerkinformationen erhalten über den aktuellen Status jedes Werkstücks, idealerweise ortsaufgelöst und von Leitsystemen sogar Steuerungen zur Produktumstellung, also Programmänderung.

Ausgehend von der heutigen Überwachung des Fügeprozesses mit der Möglichkeit einer automatischen Abschaltung bei Anomalien, bieten sich sehr viel mehr Möglichkeiten bis zur gänzlichen autonomen Produktion. Der Rohstoff der Zukunft sind die Daten, so Pfeiffer: Die Möglichkeiten, den Wert all dieser Informationen auszuschöpfen, gibt es jedoch nur in der Vernetzung, das heißt Unternehmen betreiben keine geschlossenen Systeme mehr und müssen sichere Wege der Zusammenarbeit finden. Ein großes Risiko sieht Pfeiffer – wie viele in der IT-Branche – in der Da-tensicherheit bei den deutschen Unternehmen.

Die Kurzfassungen der Vorträge sowie die Präsentationen sind im Tagungsband erschienen.

Das nächste Gemeinschaftskolloquium von EFB, DVS und FOSTA zur Gemeinsamen Forschung in der Mechanischen Fügetechnik findet am 4. und 5. Dezember 2018 in Paderborn statt.

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