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Ejot Innovative Fügetechnik unterstützt automobile Leichtbaukonzepte

Autor / Redakteur: Andreas Blecher / M.A. Frauke Finus

Das Spektrum potenzieller Einsatzgebiete für Leichtbaumaterialien ist in den letzten Jahren kontinuierlich angestiegen. Insbesondere in der Automobilindustrie finden sich zunehmend Anwendungen aus Leichtbauwerkstoffen, da eine Reduzierung der CO2-Schadstoffemissionen, unabhängig von der Antriebsart, nur über den Weg einer Gewichtsreduzierung im Fahrzeugbau zu erreichen ist.

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Der heterogene Materialmix von modernen Karosseriestrukturen erfüllt im Verbund höchste Ansprüche an Stabilität und Verwindungssteifigkeit der Karosserie. Den sehr hohen Anforderungen in diesem Anwendungsbereich muss auch die eingesetzte Fügetechnik genügen. Die unterschiedlichen Werkstoffe müssen langlebig und sicher verbunden werden – und dabei höchsten Belastungen standhalten.
Der heterogene Materialmix von modernen Karosseriestrukturen erfüllt im Verbund höchste Ansprüche an Stabilität und Verwindungssteifigkeit der Karosserie. Den sehr hohen Anforderungen in diesem Anwendungsbereich muss auch die eingesetzte Fügetechnik genügen. Die unterschiedlichen Werkstoffe müssen langlebig und sicher verbunden werden – und dabei höchsten Belastungen standhalten.
(Bild: Ejot)

Potenzial dafür bietet insbesondere eine Karosseriestruktur, welche in Multimaterial-Bauweise eine Vielzahl verschiedener Materialien und Werkstoffe „intelligent“ kombiniert und dadurch deutlich leichter ist als herkömmlich gefertigte Karosserien.

Der heterogene Materialmix dieser modernen Karosseriestrukturen, bei dem, neben verschiedenen Stahl- und Aluminiumsorten auch ultrahochfeste Stähle zum Einsatz kommen, erfüllt im Verbund höchste Ansprüche an Stabilität und Verwindungssteifigkeit der Karosserie. Den sehr hohen Anforderungen in diesem Anwendungsbereich muss auch die eingesetzte Fügetechnik genügen. Die unterschiedlichen Werkstoffe müssen langlebig und sicher verbunden werden – und dabei höchsten Belastungen standhalten.

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Diese komplexen Einsatzbedingungen sind prädestiniert für den Einsatz der FDS-Schraube (Flow Drill Screw) von Ejot. Arbeitsgänge wie Vorbohren, Stanzen oder Gewindeschneiden sind damit überflüssig. Durch den hohen Gewindetraganteil der FDS-Schraube im geformten Durchzug entsteht eine spanlose, höherfeste Verbindung. Diese kann sowohl hohe Auszugsfestigkeiten als auch hohe Schubbelastungen übertragen. Durch das Aufschrumpfen des Durchzuges nach dem Verschraubungsprozess wird eine hohe dynamische Sicherheit erreicht.

Eine Schraube trägt zur Gewichtseinsparung bei

Zur bisher üblichen Praxis des Vorlochens der zu verklemmenden Bauteile beim Fügen mit der FDS-Schraube hat Ejot eine Alternative entwickelt. Durch eine Optimierung der Schraubengeometrie kann beispielsweise beim Fügen einer Rohkarosse in Space-Frame-Struktur auf das Lochen der Klemmteile gänzlich verzichtet werden. Hierzu werden die Fügeparameter den geänderten Bedingungen angepasst und die Geometrie der FDS-Schraube unterhalb des Schraubenkopfes optimiert. Die Leichtbaukonzepte der OEM erfordern auch von den Verbindungstechnik-Herstellern immer weitere Optimierungsmaßnahmen, um die hoch gesteckten Ziele zu erreichen. Für den verstärkten Einsatz höherfester Bleche mit Zugfestigkeiten größer als 600 MPa hat Ejot eine FDS-M4-Schraube entwickelt, die den hohen Anforderungen dieses Materials gerecht wird und darüber hinaus, im Vergleich zur bisher eingesetzten Standard-Variante FDS M5, auch direkt zur Gewichtseinsparung beiträgt.

Eine weitere Option für das Fügen komplexer Karosseriestrukturen ist das Ejoweld-Reibelement-Schweißverfahren. Diese neuartige Entwicklung bietet dem verbindungstechnischen Anwender die Möglichkeit, mit einem robotertauglichen Reibelement-Setzgerät Mischverbindungen zu fügen. Die Technologie kommt insbesondere dann zum Einsatz, wenn neben verschiedenen Stahl- und Aluminium-Sorten auch besonders feste, warmumgeformte Bor-Stähle in der Karosserie Verwendung finden.

Beim Ejoweld-Verfahren durchdringt ein rotierendes, axialkraftbeaufschlagtes Reibelement zunächst das Bauteil aus Leichtmetall und verschweißt sich anschließend mit dem Bauteil aus höchstfestem Stahl. Die Verschweißung erfolgt durch den reibungsinduzierten Wärmeeintrag, einhergehend mit der hohen Flächenpressung in der Fügestelle. Bei diesem Prozess wird kein Vorloch benötigt und es entstehen hochfeste und hoch belastbare Fügepunkte. Das Reibelementschweißen von Ejot ist als System ausgelegt und umfasst das Reibelement, den Fügeprozess, eine automatische Zuführung sowie ein robotertaugliches Reibelementsetzgerät. Diese Anlagentechnik ist modular aufgebaut und erlaubt eine maximale Flexibilität zur Anpassung an die Fügeaufgabe.

Unterschiedliche Werkstoffe mit hoher Festigkeit reproduzierbar fügen

Ejoweld eröffnet verbindungstechnischen Anwendern den Einsatz neuer Materialien und Materialdickenkombinationen, von denen sie bisher noch Abstand nehmen mussten. Damit besteht insbesondere für Karosserieentwickler die Möglichkeit, metallurgisch unterschiedliche Werkstoffe mit hoher Festigkeit reproduzierbar zu fügen. Dabei kann mit lediglich zwei bis drei Arten von Verbindungselementen eine große Anzahl der in der Automobilindustrie üblichen Materialkombinationen für Mischbauweise gefügt werden. Anwender profitieren darüber hinaus von der kurzen Prozesszeit, der leichten Adaptierbarkeit an unter-schiedliche Werkstoffe und Werkstoffdicken der Fügepartner sowie der hohen Energieeffizienz.

Ejot bietet mit FDS und Ejoweld flexible Verbindungsmöglichkeiten für ungleiche Materialpaarungen im Karosserie-Rohbau aus einer Hand an, die höchsten Anforderungen hinsichtlich fertigungstechnischer Effizienz und dynamischer Sicherheit genügen. Als zusätzliche Services sind für die beiden Fügetechniken Applications Checks verfügbar, die es dem Anwender ermöglichen, für die FDS-Schraube die relevanten Richtwerte für die Schraubaufgabe zu ermitteln bzw. für das Ejoweld-Verfahren eine allgemeine Aussage zur Machbarkeit der individuellen Fügeaufgabe zu treffen. Nach erforderlicher Registrierung auf der Ejot-Website unter „CAD & mehr“ können Kunden diese Berechnungsservices online nutzen.

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