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Fügetechnik

Werkstoffe geben den Takt an

| Autor/ Redakteur: Ulrich W. Schamari /

Innovative fügetechnische Konstruktionen und Zukunftsaspekte der Fügetechnik waren ein zentrales Thema der internationalen Jahrestagung „Stahl 2006“ in Düsseldorf. Ein ganztägiges Forum unter dem Motto „Stahl verbindet – Verbindungen mit Stahl“ befasste sich mit dem Stand der Technik vor allem beim Schweißen und Kleben sowie mit der Weiterentwicklung von Fügeverfahren für neue Stahlqualitäten.

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Gerson Meschut, Wilhelm Böllhoff GmbH & Co. KG: „Eine Stanz-Niet-Verbindung ist ähnlich komplex wie eine Schweißverbindung. Wir haben es nur mit anderen Parametern zu tun, die Einfluss nehmen auf die Verbindungsqualität.“
Gerson Meschut, Wilhelm Böllhoff GmbH & Co. KG: „Eine Stanz-Niet-Verbindung ist ähnlich komplex wie eine Schweißverbindung. Wir haben es nur mit anderen Parametern zu tun, die Einfluss nehmen auf die Verbindungsqualität.“
( Archiv: Vogel Business Media )

Ernst Miklos vom Anlagenbauer Linde AG in Unterschleißheim betonte in seinem Vortrag „Fügetechnologien für Stahl – Innovative Strategien für die Produktion von morgen“, dass viele High-Tech-Erzeugnisse – so etwa auch eine moderne Straßenlimousine – vom Fortschritt der Stähle leben. Die Fortentwicklung der Festigkeiten und die zunehmende Komplexität der Stähle, die verbaut werden, sind bemerkenswert und eröffnen innovative Anwendungsmöglichkeiten. Angesichts der weiter fortschreitenden Werkstoffe zeichnet sich jedoch ein Problem ab, das Miklos so definierte: „Es stellt sich auch immer die Frage: Wie kann man sie fügen?“

Die Lösung liegt in einer Symbiose zwischen Stahl und Fügetechnik. Sie wurde schon in den zurückliegenden Jahren sichtbar: Die Entwicklungen auf der Werkstoffseite, darunter die Kombination der verschiedenen Werkstoffe, waren auch für die Füge-Fachleute die stärkste Antriebskraft. „In einer jüngeren Auswertung von 255 Forschungsprojekten haben wir festgestellt, dass nur noch etwa 65% mit dem klassischen Schweißen zu tun haben“, erläuterte Miklos.

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Daran könne man sehen, dass der Anteil an alternativen Fügeverfahren ständig im Wachsen begriffen ist. Diese Zunahme sei eindeutig auf die Entwicklung der Werkstoffe zurückzuführen. So ist beispielsweise die größere Wärmeempfindlichkeit moderner Stähle zu beachten, wenn man sie fügen möchte. Darin besteht ein Grund, warum das klassische Verschweißen – sei es Lichtbogen- oder Flammenschweißen – teilweise den jüngeren Fügetechniken wie etwa dem Kleben Platz machen muss.

Schweißen ist kein Fügen von gestern

Das Schweißen ist aber durchaus keine Fügetechnik von gestern, wie Ulrich Dilthey, Lehrstuhlinhaber am Institut für Schweißtechnik und Fügetechnik der RWTH Aachen, in seinem Referat „Erweiterte Anwendung und verbesserte Wirtschaftlichkeit durch innovative Lichtbogen- und Strahlschweißverfahren“ klarstellte. Er sieht die Schweißtechnik und die Fügetechnik als interdisziplinäre Schlüsseltechniken der heutigen Produktionsgesellschaft, die maßgeblichen Einfluss auf andere Schlüsseltechnologien ausüben.

Sehr deutlich wird dies in der Verkehrstechnik, wie Dilthey exemplarisch am Auto aufzeigte: „Ein Automobil wird von vielen, vielen Schweiß- und Fügetechniken zusammengehalten. Zum Beispiel hat ein Auto 3000 bis 5000 Schweißpunkte, 20 bis 50 m Laserschweißnaht, 1000 Stanznieten und – zunehmend – viele Meter Klebtechnik, so dass ein solches Auto ohne die Fügetechnik undenkbar ist.“

Auch die Herstellung eines Passagierschiffes sei ohne Fügetechnik unmöglich: Schließlich bestehe es aus etwa 300 000 Teilen und werde mit 800 bis 900 km Schweißnähten zusammengehalten.

Als wichtigstes und meistverbreitetes Schweißverfahren hat sich heute das Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode durchgesetzt. Doch es ist noch nicht am Endpunkt seiner Entwicklung angelangt. Dilthey berichtete in Düsseldorf: „Zur Erhöhung der Abschmelzleistung, der Schweißgeschwindigkeit und der Wirtschaftlichkeit – das geht immer Hand in Hand – sind neue Techniken entwickelt worden, wovon eine Technik heute intensiv eingesetzt wird: nämlich eine Technik mit zwei Drähten.“

Innovative Verfahren mit hoher Energieeffizienz

Eine andere Verfahrensoptimierung besteht im Einsatz einer bandförmigen Elektrode, wodurch die Schweißgeschwindigkeit um etwa 50% im Vergleich zur Drahtelektrode gesteigert wird. Innovativ sind auch eine Reihe von Verfahren mit extrem geringer Energieeinbringung, die in jüngster Zeit mit dem Ziel entwickelt wurden, den Einsatzbereich des Schutzgasschweißens bei Dünnblechen zu erweitern und die Spaltüberbrückbarkeit zu verbessern.

Auf das Verbinden von hochfesten Stählen konzentrierte sich der Vortrag, den Wilko Flügge von der Salzgitter Mannesmann Forschung GmbH beisteuerte. Er veranschaulichte, dass die kalten Verbingungstechnologien Kleben und mechanisches Fügen in ihrer Kombination besser für den höherfesten Stahl geeignet sind, als wenn diese Techniken einzeln eingesetzt werden. Für die Beteiligung der Klebtechnik spricht laut Flügge, dass sie die Materialeigenschaften der Einzelteile auf die nach dem Klebvorgang verbundenen Teile übertragen kann.

Das gilt beispielsweise für die Stauchfähigkeit der höherfesten Stähle. Dass deren Anzahl in Bereichen wie dem Automobilbau ständig zunimmt, begrüßt Stahlforscher Flügge: „Das ist gut so, denn die Entwicklungen, die im Stahlbereich gemacht werden, sollen ja auch ihre Umsetzung finden. Die Frage ist dann immer: Wie lässt sich die verbesserte Performance der Stahlwerkstoffe auch auf das Gesamtbauteil übertragen?“

Die kalten Fügetechniken können innovative Antworten geben und zeigen, wie man Werkstoffeigenschaften beispielsweise in komplette Fahrzeuge transferieren kann. Dabei stehen diese Fügetechniken unter einem gewissen Druck, wie Flügge feststellt: „Die Herausforderungen sind vorhanden, was die Funktion, das Design und das Material anbetrifft.“

Auch Wirtschaftlichkeit und Verarbeitbarkeit sind Kriterien, die von der Klebtechnologie erfüllt werden müssen. Wie sehr sich die Beschäftigung mit dem Kleben als einer modernen Fügetechnik lohnt, zeigt eindrucksvoll die Prüfung von Stahlprofilen unter einem Fallwerk. Im Vergleich zu Profilen mit lasergeschweißten punktförmigen oder linearen Verbindungen schneiden geklebte Profile besser ab, denn sie stauchen weniger ein. Es wird deutlich, dass man durch ein flächiges Fügeverfahren, wie es das Kleben darstellt, sehr gut die Eigenschaften des Stahls noch verbessern kann.

Die positiven Seiten des mechanischen Fügens

Gerson Meschut von der Wilhelm Böllhoff GmbH & Co. KG in Bielefeld widmete sich den positiven Seiten des mechanischen Fügens, und zwar am Beispiel der Stanz-Niet-Technik. Bei diesem umformtechnischen Fügeverfahren wird in einem vorlochfreien, selbststanzenden Prozess ein Nietelement in zwei oder mehr Blechlagen eingebracht.

Für die Verbindungsfestigkeit sorgen das Stanzen und der Umformschritt des Verprägens in der unteren Blechlage. Meschut betonte die Vielseitigkeit der Stanz-Niet-Technologie: „Es lassen sich durchaus auch unterschiedliche Werkstoffe – nicht nur unterschiedliche Stähle – miteinander verbinden. Insbesondere lässt sich auch die Mischbauweise sehr schön realisieren.“

Diese Bauweise, die aus der Aluminiumtechnik komme, sei vor allem im Automobilbau bekannt. Der erste Audi A 8 habe diese Technik nach Europa gebracht, wo sie weiterentwickelt wurde und heute in unterschiedlichen Fahrzeugen zu finden ist.

Doch begegnet man dem Stanznieten nicht nur im Automobilbau. Ebenso wird die Technologie in der Haushaltsgeräteindustrie eingesetzt. So ist etwa der Rahmen einer Waschmaschine mit Nieten verbunden. Auch weitere Industrien wie etwa die Schilderindustrie und die Zulieferindustrie sind Anwendungsbereiche der Stanz-Niet-Technik. Meschut hob hervor, dass diese Technik keineswegs als Einfachlösung anzusehen ist: „Eine Stanz-Niet-Verbindung ist ähnlich komplex wie eine Schweißverbindung. Wir haben es nur mit anderen Parametern zu tun, die Einfluss nehmen auf die Verbindungsqualität.“

Der Niet als solcher in seiner Geometrie, seiner Werkstoffart und seiner Wärmebehandlung spiele eine entscheidende Rolle und sei auch der Träger des Kern-Know-hows in jedem Unternehmen, das sich mit der Stanz-Niet-Technik beschäftigt. Zusätzlich sei eine sehr spezielle Gerätetechnik notwendig, um diese Technologie vom einfachsten Handwerkzeug bis hin zur vollautomatischen Anlage umzusetzen.

Ulrich W. Schamari ist MM-Korrespondent in Frankfurt/Main.

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