Inhalt 1 Leichtbaufgetechnik ...................................................................................................................... 4
1.1 Tailored Blanks ........................................................................................................................ 4
1.1.1 Herstellung ...................................................................................................................... 4
1.1.2 Einsatzmglichkeiten ....................................................................................................... 4
1.1.3 Probleme ......................................................................................................................... 4
1.1.4 Tailored Tubes ................................................................................................................. 5
1.1.5 Patchwork Blanks ............................................................................................................ 5
1.1.6 Hybrid Blanks ................................................................................................................... 5
2 Leichtbauweisen .............................................................................................................................. 5
2.1 Differentialbauweise ............................................................................................................... 5
2.2 Integralbauweise ..................................................................................................................... 5
2.3 Mischbauweisen ...................................................................................................................... 5
2.4 Strukturierte Bleche ................................................................................................................ 6
3 Werkstoffe ....................................................................................................................................... 6
3.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen .................................................................................. 6
3.1.1 Legierungen ..................................................................................................................... 6
3.1.2 Schweien ....................................................................................................................... 7
3.2 Magnesium und Magnesiumlegierungen ................................................................................ 8
3.2.1 Legierungselemente ........................................................................................................ 8
3.2.2 Anwendungen (Auszug) ................................................................................................... 9
3.2.3 Schweien ....................................................................................................................... 9
3.2.4 Schweiprobleme ............................................................................................................ 9
3.3 Sthle (Hoch-, Hher-, und Hchstfeste Sthle) ..................................................................... 9
3.3.1 Einteilung ....................................................................................................................... 10
3.3.2 Schweiprobleme .......................................................................................................... 10
3.3.3 Schaefflerdiagramm ...................................................................................................... 11
4 Verfahren - Schutzgasschweien .................................................................................................. 12
4.1 WIG Schweien ..................................................................................................................... 12
4.1.1 Verfahren: ...................................................................................................................... 12
4.1.2 Lichtbogen ..................................................................................................................... 12
4.1.3 Einbrand ........................................................................................................................ 12
4.1.4 Vor- und Nachteile des WIG Schweiens ...................................................................... 13
4.1.5 Vor- und Nachteile Oxidhaltiger Wolframelektroden ................................................... 13
4.1.6 Reinigungswirkung ........................................................................................................ 14
4.1.7 Schweifehler und Konsequenzen ................................................................................ 14
4.2 MIG und MAG Schweien ..................................................................................................... 15
4.2.1 Verfahren ....................................................................................................................... 15
4.2.2 Lichtbogenarten ............................................................................................................ 15
4.2.3 Plasma- MIG Hybridschweien ..................................................................................... 16
4.3 Plasmaschweien .................................................................................................................. 16
4.3.1 Verfahren ....................................................................................................................... 17
4.3.2 Vor- und Nachteile des Verfahrens ............................................................................... 17
4.4 Laserstrahlschweien ............................................................................................................ 18
4.4.1 Laser ...................................................................................................................... 18
4.4.2 Feststofflaser Nd:YAG Laser .......................................................................................... 19
4.4.3 Prinzip des Laserstrahlschweiens ................................................................................ 19
4.4.4 Hybridverfahren Laser-MSG Hybridschweien ............................................................. 20
4.4.5 Fehler beim Laserstrahlschweien ................................................................................ 20
5 Verfahren sonstige ........................................................................................................................ 20
5.1 Lten ...................................................................................................................................... 20
5.1.1 Grundstzliche Vorteile .............................................. Fehler! Textmarke nicht definiert.
5.2 Unterarten ............................................................................................................................. 22
5.2.1 Kolbenlten ................................................................................................................... 22
5.2.2 Flammlten.................................................................................................................... 22
5.2.3 Wellenlten ................................................................................................................... 22
5.2.4 Lotbadtauchen ............................................................................................................... 22
5.2.5 Widerstandslten .......................................................................................................... 23
5.2.6 Ultraschallten .............................................................................................................. 23
5.2.7 Elektronenstrahllten .................................................................................................... 23
5.2.8 Laserstrahllten ............................................................................................................. 23
5.2.9 Lichtbogenlten ............................................................................................................. 23
5.3 Reibschweien und Rhrreibschweien ............................................................................... 24
5.3.1 Verfahren Rotationsreibschweien ............................................................................... 24
5.3.2 Rhrreibschweien ........................................................................................................ 25
5.3.3 Ultraschallschweien..................................................................................................... 26
5.3.4 Kaltpressschweien ....................................................................................................... 26
5.4 Kleben .................................................................................................................................... 26
5.4.1 Vor- und Nachteile......................................................................................................... 26
5.4.2 Aufbau der Klebeverbindung......................................................................................... 27
5.4.3 Vorgehen ....................................................................................................................... 27
5.4.4 Konstruktionsregeln ...................................................................................................... 28
5.4.5 Crashstabile Klebstoffe .................................................................................................. 28
5.5 Mechanisches Fgen Fgen durch Umformen ................................................................... 29
5.5.1 Clinchen / Durchsetzfgen ............................................................................................ 29
5.5.2 Stanznieten .................................................................................................................... 30
5.5.3 Verfahrenskombinationen ............................................................................................ 30
1 Leichtbaufgetechnik
1.1 Tailored Blanks
- Einsatz von Blechen unterschiedlicher Dicken/ Gten/ Oberflchen in einem
Werkstck
- Gewichteinsparungen bis zu 34% mglich geringerer Kraftstoffverbrauch bei
Fahrzeugen
- Genaue Anpassung an sptere Anforderungen mglich
- Weniger Einzelteile
- Reduzieren Material-, Werkzeug-, Montage- und Logistikkosten
- Verbessern Festigkeit, Steifigkeit und Dimensionierung von Bauteilen besseres
Crash- und Korrosionsverhalten z.B. bei spteren Fahrzeugen
1.1.1 Herstellung
- Bleche mit unterschiedlichen Eigenschaften werden auf die gewnschten Formen
zugeschnitten
- Anschlieend zusammenschweien mithilfe einer Laserstrahl Schweianlage
- Nichtlineare Schweinhte mglich weitere Optimierung der Eigenschaften durch
zielgerichteten Einsatz der jeweils angepassten Bleche
1.1.2 Einsatzmglichkeiten
- Besonders Karosserieteile
- Tren, Radksten, A-, B- und C- Sulen, Bodenbleche uvm.
1.1.3 Probleme
- Fugenbewegung
Durch Verzug beim Schweien verndert sich der Fgespalt ->
Hhenunterschiede der Bleche am Sto, breiterer Fgespalt
Unzureichende Wurzelbildung
Zu dnne Naht
Schlechte Festigkeit der Naht
- Spaltbreite
Hhere Breite verringert den Wirkungsgrad und damit die Wrmeeinbringung
durch den Laser
Ebenfalls unzureichende Wurzelbildung und Festigkeit
- Nahtverlauf
Nicht gerade Nahtverlufe stellen hhere Anforderungen dar
Bessere Gerte bentigt
1.1.4 Tailored Tubes
- hnlich Tailored Blanks
- Formen
Schweinaht lngs
Verschiedene Wandstrken
Vernderlicher Querschnitt
Partiell vernderlicher Querschnitt
Mit angeformten Anschlusselementen
1.1.5 Patchwork Blanks
- Sehr hnlich Tailored Blanks, aber zustzliche Bauteile werden aufgesetzt, nicht
eingesetzt
Lokale Verstrkung belasteter Stellen
- Herstellung durch Laserschweien, Widerstandspunktschweien und Kleben (wird
noch entwickelt)
1.1.6 Hybrid Blanks
- Unterschiedliche Werkstoffe
- In Entwicklung
- Stahl/Aluminium
2 Leichtbauweisen
2.1 Differentialbauweise
- Einzelne Bleche, Profile und Gussteile werden zu einem Rohbau zusammen gesetzt
- Viele Einzelteile, hheres Gewicht
- vor Allem fr Kleinserien und Groe Werkstcke geeignet
Wenn Fertigungskosten aus Rstzeiten vernachlssigbar
Wenn hohe Materialkosten entscheidenden Faktor bilden
2.2 Integralbauweise
- Herstellung eines Bauteils aus einem einzigen Stck, beispielweise bei Waggongs:
Bereits bearbeitete Strangpressprofile werden zusammen geschweit
- Minimierung strukturbildender Elemente
- Geringeres Gewicht
- rentiert sich meist bei Groserien und kleinen Bauteilen
Wenn Rstzeiten hohen Anteil an Fertigungskosten haben
Wenn Materialkosten vernachlssigbar sind
2.3 Mischbauweisen
- Verwendung unterschiedlicher Materialien
- Je nach Belastung und Anforderung angepasste Werkstoffauswahl
- Z.B. Stahl fr besonders stark belastete Teile, Aluminium an weniger belasteten
Stellen um Gewicht zu sparen
2.4 Strukturierte Bleche
- Struktur erhht Festigkeit und Steifigkeit
- Gleichzeitig geringes Gewicht
- Schwierigeres Fgen (weniger groe Berhrungspunkte; keine langen, geraden
Schweinhte mglich)
- Am besten per Remote-Laserstrahl-Schweien oder Kleben zu fgen
3 Werkstoffe
3.1 Aluminium und Aluminiumlegierungen
- Bei grerer Dicke und gleicher Stabilitt leichter als vergleichbare Bauteile aus Stahl
- Am weitesten verbreiteter Leichtbauwerkstoff
- Niedrigerer Schmelzpunkt als Eisen (bei reinem Aluminium, Oxide deutlich hher)
- Wrmeleitfhigkeit dreimal so hoch wie bei Eisen/Stahl
- Hherer Ausdehnungskoeffizient strkerer Verzug als Stahl
3.1.1 Legierungen
3.1.1.1 Legierungselemente
- Hauptschlich fnf Elemente:
Kupfer
Magnesium
Mangan
Zink
Silizium
3.1.1.2 Knetlegierungen
- Sind Halbzeuge
- Eigenschaften durch Grad der Kaltverformung und chemische Zusammensetzung
bestimmt
- Erhhung der Festigkeit durch Mischkristallverfestigung mglich
- Grundzusammensetzung nicht stark abweichend zu Gusslegierungen, allerdings
Begrenzung von Anteilen strender Begleitelemente oder Zufgen von Elementen,
die die weiterfhrende Verarbeitung der Legierung frdern
3.1.1.3 Gusslegierungen
- Eigenschaften durch Gieverfahren und chem. Zusammensetzung bestimmt
3.1.1.4 Aushrtbare Legierungen
- Eigenschaften durch Ausscheidungshrten geeignet zusammengesetzter
Legierungssysteme bestimmt (Festigkeit durch Legierungsbestandteile und
Wrmebehandlung)
- Wrmebehandlung u.A. Abschrecken
Mit Luft oder Wasser (je nach Wanddicke)
Abschreckung an Luft meist besser
Geringere innere Spannungen
Kleinere Formabweichungen, engere Toleranzen
- Vorzugsweise aus Knetlegierungen hergestellt, mit Einschrnkungen auch einige
Gusslegierungen
3.1.2 Nicht aushrtbare Legierungen
- Festigkeit durch legierungsbestandteile und ggf. Kaltverformung
- Einige solcher Werkstoffe finden im Maschinenbau verwendung fr Profile
3.1.3 Schweien
3.1.3.1 Vorbereitung und Reinigung
- Reinigen zwingend ntig, da Aliminium Oxidschicht bildet Sehr hoher
Schmelzpunkt, Probleme beim Schweien
Mechanische Reinigung durch Schleifen oder Brsten
Reinigung durch Schweien selbst/ Reinigungswirkung:
Elektrode als Pluspol (nicht bei WIG -> zu starke Erwrmung der
Elektrode) oder Wechselstromschweien
bricht die Oxidschicht auf (durch Reduktion), ermglicht somit
Wrmeeinbringung in das Material
- Anfasen der der wurzelseitigen Stegflanken
Besserer Wurzeldurchhang
Wurzel sonst unregelmig
3.1.3.2 Probleme und Schweifehler
- Porenbildung:
Abhngig von der Wasserstofflslichkeit (Nimmt mit erhhter Temperatur zu)
Ursachen:
Unregelmiger Drahtelektrodenvorschub
Zu dicke und Wasserhaltige Oxidschicht
Feuchte Luft
Hohe Schweigeschwindigkeit (Entgasung der Schmelze behindert)
Schlechter Strombergang
Fette, le (unzureichend gereinigter Grundwerkstoff)
Gelster Wasserstoff
Manahmen zur Vermeidung
Entgasungserleichterung (Entfernen/Verdnnen der Oxidhaut,
Vorwrmen, geringere Schweigeschwindigkeit)
Wasserstoffquellen Vermeiden
Sauberer Schweizusatzwerkstoff
Ausreichender Lichtbogenschutz
- Heirisse:
Entstehung:
Entstehen bei der Erstarrung der Schweinaht bzw. Kristallisation des
Werkstoffs aus der flssigen Phase Abkhlung erzeugt
Schrumpfspannungen, entgegen der Kristallisationsrichtung
Zuerst Entstehung von Mikrorissen in der Schweiraupe, spter
Makrorisse an der Oberflche
Abhngig von der Raupenform, treten besonders bei tiefen, schmalen
Raupen auf
Vermeidung:
durch Vorwrmen
Kleine, flache Schweibder Verringerung von
Schrumpfspannungen
Gnstigere Nahtform
Einspannung mglichst vermeiden
Begleitwrmen neben der Naht Untersttzen der Schrumpfung
berprfung des Heissrissverhaltens einer Legierung:
MVT-Versuch (Modifizierter Varestraint-Transvarestraint-Versuch)
PVR-Versuch (Programmierter-Verformungs-Riss-Versuch)
- Geringere Festigkeiten in Schweinaht und Wrmeeinflusszone
3.2 Magnesium und Magnesiumlegierungen
- Bei grerer Dicke und gleicher Stabilitt leichter als vergleichbare Bauteile aus Stahl
oder Aluminium
- Niedrigerer Schmelzpunkt als Eisen
- Wrmeleitfhigkeit etwa so hoch wie bei Eisen/Stahl
- Hherer Ausdehnungskoeffizient strkerer Verzug als Stahl
3.2.1 Legierungselemente
- Hauptschlich Neun Elemente, allerdings Abhngig vom Legierungstyp:
Kupfer (Nur Gusslegierungen)
Mangan
Zink
Silizium (Nur Gusslegierungen)
Aluminium
Zirkonium (Nur Gusslegierungen)
Yttrium (Nur Gusslegierungen)
Silber (Nur Gusslegierungen)
Rhenium (Nur Gusslegierungen)
3.2.2 Anwendungen (Auszug)
- Fahrzeugbau (Getriebegehuse, Felgen, Kupplungsgehuse, Karosseriestruktur ->
wird erforscht)
- Luftfahrt (Landeklappen, Hauptgetriebegehuse bei Hubschraubern)
- Maschinenbau (Roboterarme, Kettensgengehuse)
- Konsumgter (Handy, Laptops, Fahrradrahmen)
3.2.3 Schweien
- Schmelzschweien sehr schwierig
Probleme bei Energieeinbringung in Zusatzwerkstoff
Starker Verzug
Bentigt angepasste Energieeinbringung und gute Spanntechnik,
Rissgefahr muss bercksichtigt werden
Keine Abbrandverluste oder Ausscheidungen feststellbar
Geringe Dauerschwingfestigkeit durch Kerben
- Verfahren:
Kurzlichtbogenschweien
Geringe Energieeinbringung
Kaum Spritzer
Geringer Einbrand
Impulslichtbogenschweien
Hohe Energieeinbringung, viele Spritzer, guter Einbrand
Kurzlichtbogen mit Impulsberlagerung
Variable Energieeinbringung
Kaum Spritzer
Guter Einbrand
MIG und WIG Schweien eignen sich, auch Laser- und
Elektronenstrahlschweien mglich
3.2.4 Schweiprobleme
- Porenbildung
Wasserstoffaufnahme, sehr stark zwischen ca. 300C und ca. 1000C (danach
Entgasung durch berhitzung)
Manahmen hnlich wie bei Aluminium
Reduzierung des Wasserstoffgehaltes (durch Vakuum, Trennmittel,
Glhen)
Vorwrmen (250-300C)
3.3 Sthle (Hoch-, Hher-, und Hchstfeste Sthle)
- Anteil nimmt stndig zu
- Gendertes Materialverhalten gegenber Traditionellen Werkstoffen
Hohe Streckgrenzen und Festigkeit
Geringe Bruchdehnung
Aufspringverhalten und Rckfederung
Kaltverfestigung
- Erfordern Anpassung der Fertigungstechniken
3.3.1 Einteilung
- Hochfeste Sthle weisen Festigkeiten von 300 bis ber 1000 MPa auf
- Verringerte Blechdicke bei gleicher Funktionstchtigkeit
geringere Materialkosten fr Grundwerkstoff und Schweizusatz
- Feinkornbausthle:
Gute Schweibarkeit durch sehr geringen Kohlenstoffanteil
Hohe Streckgrenue
Vorwrmen empfohlen, da bei zunehmender Erzeugnisdicke und Festigkeit
Kaltrisse auftreten knnen
Drei Gruppen:
Sthle mit hherer Streckgrenze im vergteten Zustand (Q, nicht ganz
so gute Schweieignung)
Normalgeglhte (N) Feinkornbausthle
Thermomechanisch gewalzte (M) Feinkornbausthle hhere
Festigkeitswerte als N, gleichzeitig bessere Zhigkeit,
Wrmebehandlung verschlechtert die Eigenschaften
- Mangan-Bor Sthle
Extrem Hohe Festigkeiten bis zu 1500 MPa
3.3.2 Schweiprobleme
- Heirisse
Nur bei sehr hohen Schweigeschwindigkeiten
Durch zu schmale Nhte
- Kaltrisse
Bedingt durch mehrere Faktoren
Spannungen
Wasserstoff
Mikrogefge
mit vielen Einflussgren
Blechdicke
Umgebungsbedingungen
Nahtgeometrie
Einschlsse
Schweizusatzwerkstoffe
Chem. Zusammensetzung des Stahls usw.
Zusammengefasst zur Abkhlzeit t 8/5 von 800C auf 500C
Knnen sowohl in Wrmeeinflusszone (WEZ) als auch im Schweigut
entstehen
Lngs oder Quer zur Nachtrichtung
Bei WEZ Rissen in Lngsrichtung Unterteilung in Unternahtrisse,
Kerbrisse und Wurzelrisse mglich
Entstehen durch Schrumpfspannungen oder Hrteunterschiede, auch
Wasserstoffversprdung mglich
- Kohlenstoffquivalent
Gibt Aufschluss ber die Schweieignung eines Werkstoffes
Bercksichtigt den Anteil von Kohlenstoff sowie die gewichteten Anteile
hnlich beeinflussender Elemente
Hoher Kohlenstoffquivalent deutet auf schwierige Bedingungen beim
Schweien hin, Wahrscheinlichkeit von Rissen hher, Aufhrtung und
Versprdung in der Wrmeeinflusszone mglich.
Gegenmanahmen:
Vorwrmen
Geeignete Nahtgeometrie und Elektroden auswhlen
Vorwrmtemperatur linear dem Kohlenstoffquivalent zugeordnet
- Wasserstoffgehalt
Hherer Wasserstoffgehalt bedingt hhere ntige Vorwrmtemperatur
Anstieg im Bereich geringerer Wasserstoffgehalte mit grerem Anstieg der
Vorwrmtemperatur verbunden
Dadurch erhhte Fertigungskosten
- Abkhlgeschwindigkeit
Schnelle Abkhlung -> hhere Hrte in WEZ
Langsame Abkhlung -> Gefahr zu geringer Festigkeits- und Zhigkeitswerte in
WEZ und Schweigut
t8/5 Werte erfahrungsgem zwischen 6 und 25 sekunden
Hhere Anforderungen bedingen Verringerung der Obergrenze fr Abkhlzeit
3.3.3 Schaefflerdiagramm
- Ermglicht die Beurteilung der Schweibarkeit einer Legierung
- Chrom- und Nickelquivalent werden aufgetragen, jedem Werkstoff kann ein Punkt
zugeordnet werden
- Mgliche Fehler sind als Bereiche aufgetragen
- Aus der Lage des Punktes eines Werkstoffes lsst sich dessen Schweieignung
ablesen, indem z.B. analysiert wird, ob er sich im Bereich einer bestimmten Art
Schweifehler befindet
4 Verfahren - Schutzgasschweien
4.1 WIG Schweien
- Anwendbar bei fast allen schmelzschweigeeigneten Werkstoffen
- Dicken zwischen 0,5 und 5mm
- In allen Positionen Schweibar
4.1.1 Verfahren:
- Aufbau:
Schweibrenner bestehend aus Schutzgasdse, Stromkontakt und
Wolframelektrode, welche nicht abgeschmolzen wird
Werkstck an Schweigert angeschlossen
Dazu Schweizusatz
- Ablauf:
Zndung des Lichtbogens durch anstreichen der Elektrode oder
Hochfrequenzzndung
Lichtbogen schmilzt Werkstck auf
Zusatzwerkstoff wird zugegeben und schmilzt ebenfalls
Schweiraupe bildet sich aus
Schutzgas schirmt die Schmelze ab, verhindert Eindringen von
Verunreinigungen, vermeidet Porenbildung, sorgt fr saubere Naht
- Prozessfhrung:
Elektrode rund 20 zum Werkstck geneigt (schleppend oder stechend)
Zusatzwerkstoff ca. 15 zum Werkstck geneigt
- Stromart und Polung mssen beachtet und je nach zu fgendem Werkstoff angepasst
werden
- Schutzgaseinsatz zustzlich zur Schutzgasdse:
Wurzelschutz
Bei einigen Werkstoffen (z.T. auch abhngig von der Temperatur) ntig
4.1.2 Lichtbogen
- Abhngig von unterschiedlichen Faktoren, verhlt sich fr jedes Schutzgas anders
Lichtbogenkennlinie
Hhere Ionisierungsenergie bei Helium (Argon geringer), daher hhere
Schweistrme und Lichtbogenspannungen ntig, um die gleiche
Lichtbogenlnge zu erzeugen
4.1.3 Einbrand
- Abhngig von Polung und Stromart
Gleichstrom mit negativ gepolter Elektrode ergibt einen tiefen Einbrand und
schmales Schmelzbad
Gleichstrom mit positiv gepolter Elektrode ergibt flachen Einbrand bei
breitem Schmelzbad
Wechselstrom erzeugt eine ausgewogene Form des Schmelzbades, gutes
Verhltnis aus Breite und Tiefe
- Auch abhngig von Elektrodenform
Spitze Elektrode fhrt zu schmalem Lichtbogen -> tiefer Einbrand, schmales
Schmelzbad
Stumpfe/Abgerundete Elektrode fhrt zu breitem Lichtbogen -> flacher
Einbrand bei breitem Schmelzbad
4.1.4 Vor- und Nachteile des WIG Schweiens
- Vorteile:
Jeder schmelzschweigeeignete Werkstoff lsst sich fgen
Praktisch keine Schweispritzer
Geringe Gesundheitliche Belastung durch Schweirauche
Nicht Abschmelzende Elektrode
Bessere Anpassung der Stromstrke an die Schweiaufgabe
Variable Zugabe des Zusatzwerkstoffes nach den Anforderungen, kein
konstanter Vorschub
Geringerer Schweiverzug durch geringeren Wrmeeintrag
Besseres Schweien in Zwangslagen
Stabiler Lichtbogen
- Nachteile:
Geringe Geschwindigkeit
Teurere Gerte
Kompliziertere Einstellung des Gertes
Schlecht automatisierbar
4.1.5 Vor- und Nachteile Oxidhaltiger Wolframelektroden
- Vorteile:
Bessere Zndeigenschaften
Stabilerer Lichtbogen
Geringere Erwrmung bei gleicher Stromstrke oder hhere
Strombelastbarkeit bei gleicher Erwrmung
Daher: lngere Standzeit bei gleicher Stromstrke
- Nachteile:
Preis (teurer als oxidfreie Elektroden)
Harter Lichtbogen (hhere Einbrandtiefe)
4.1.6 Reinigungswirkung
- Auf Aliminium (z.T. auch auf Wolfram) bildet sich natrliche Oxidschicht mit sehr
hohem Schmelzpunkt behindert die Wrmeeinbringung in das Material und somit
das Aufschmelzen
- Kann bei WIG Schweien aufgebrochen werden
Wenn Wolframelektrode der Positive Pol ist, wird Oxidschicht durch die sich
bewegenden Elektroden reduziert und damit aufgebrochen
Keine Aufschmelzung der Oxidschicht notwendig
Wremeeinbringung mglich
- Da bei positiv gepolter Wolframelektrode hohe Temperaturen an der Elektrode
auftreten und diese Verschleit Kompromisslsung
Einsatz von Wechselstrom
In der Phase mit positiv gepolter Elektrode wird Oxidschicht aufgebrochen
Bei negativ gepolter Elektrode findet Wremeeinbringung statt
4.1.7 Schweifehler und Konsequenzen
- Zu langer Lichtbogen
Kerben
Oxide und Poren durch zu hohe Luftzufuhr von auen
Geringer Einbrand
- Zu groe Brennerneigung
Oxide und Porenbildung
- Brenner verkantet
Unsymmetrische Raupe
Einseitige Kerbe
- Brenner Versetzt
Einseitiger Wurzelbindefehler
- Drahtende verlsst Schutzgasbereich nach Abschmelzen
Oxidbildung an Zusatzwerkstoff und Werkstck
- Wolframeinschlsse
Korrosion
Kerbwirkung
Evtl. Strahlenemmission bei Neutronenbeschuss (Einsatz in Reaktor)
4.2 MIG und MAG Schweien
4.2.1 Verfahren
- Aufbau:
hnlich WIG, allerdings anstatt Wolframelektrode Drahtelektrode, welche
abschmilzt und Zusatzwerkstoff darstellt
Schutzgasdse um die Elektrode herum, schirmt das Schmelzbad ab
Drahtelektrode positiv gepolt (mglichst hohe Abschmelzwirkung)
Schlauchpaket (Drahtvorschub, Schutzgasleitung, Stromleitungen)
- Ablauf:
Auf Knopfdruck wird Strom angelegt, Drahtvorschub setzt ein
Lichtbogen schmilzt Werkstck auf und Drahtelektrode ab
Schmelzbad bildet sich
Naht wird gezogen
- Brennerfhrung:
Neigung (Stechend oder Schleppend) 10-15
Je nach Brennerfhrung unterschiedliche Einbrandtiefen, Nahtbreiten usw.
Im Script nachschauen!
4.2.2 Lichtbogenarten
- Sprhlichtbogen
Feinst- bis Feintropfig
Praktisch Kurzschlussfrei
Anwendung vor allem bei Aluminium, Kupfer und Sthlen (un- niedrig- und
hochlegiert)
- Langlichtbogen
Grobtropfig
Nicht Kurzschlussfrei
Anwendung bei un- und niedrig legierten Sthlen
- Kurzlichtbogen (Relevant fr Leichtbau)
Feintropfig
Im Kurzschluss
Stromstrken bis ca. 190A
Anwendung fr dnnes Aluminium, Sthle aller Legierungsqualitten
Erzeugt schne Schweinaht
- Impulslichtbogen (Relevant fr Leichtbau)
Tropfengre und Frequenz einstellbar
Praktisch Kurzschlussfrei
Stromstrken zwischen 190 und 250A
Anwendung fr Aluminium und Kupfer sowie niedrig und hoch legierte Sthle
Kurzlichtbogenschweien:
- Materialbertrag ausschlielich whrend Kurzschluss
- Lichtbogen muss nach jedem Kurzschluss neu gezndet werden
- Zhflssiges Schmelzbad gute Schweibarkeit in Zwangslagen
- Ablauf:
LB Schmilzt Elektrode ab, Tropfen bildet sich
Kontakt zwischen Schmelzbad des Werkstcks und Elektrodenwerkstoff
Flssiger Werkstoff fliet ab
Kurzschluss entsteht
Elektrodenwerkstoff lst sich von der Elektrode
Lichtbogen wird erneut gezndet
Impulslichtbogenschweien:
- Verbindung der Vorteile von Kurzlichtbogen (Dnne Bleche) und Sprhlichtbogen
(Frei von Spritzern, gleichmiges Brennen)
- Umschalten zwischen zwei Stromstrken
- Umschalten auf hhere Stromstrke dient der Tropfenablsung
Ansteigen der Stromstrke
Bei Stromspitze lst sich Tropfen Zusatzwerkstoff
Nach Ablsung absinken der Stromstrke
- hnlicher Wrmeeintrag wie beim Kurzlichtbogen
4.2.3 Plasma- MIG Hybridschweien
- Im Prinzip wie Plasmaschweien
- Anstatt Wolframelektrode abschmelzende Drahtelektrode
- Abschmelzleistung und Wrmeeinbringung in das Werkstck in Grenzen unabhngig
voneinander steuerbar
- Gute Entgasung des Schmelzbades
4.3 Plasmaschweien
- Unterteilt sich in
WPS Plasmastrahlschweien (kein Stromfluss durch das Werkstck, kein
bertragender Lichtbogen)
WPL Plasmalichtbogenschweien (Stromfluss durch das Werkstck,
bertragender Lichtbogen)
WPSL Plasmastrahl-Plasmalichtbigenschweien (Stromfluss durch
Werkstck aber auch im Brenner selbst)
- Aufschmelzquerschnitt grundstzlich eher breit, allerdings eine Schmale, tief
eingebrannte Zone (nicht so gleichmig wie bei WIG)
4.3.1 Verfahren
- Aufbau:
Wolfram Elektrode in Spannhllse
Wasserkhlung (Notwendig durch sehr hohe Temperaturen)
Lichtbogeneinschnrung
Schutzgasdse
Schlauchpaket; fhrt:
Khlwasser
Plasmagas
Schutzgas
ber Hochspannungsimpulsgenerator an Energiequelle angeschlossen
Stromfluss zwischen Wolframelektrode( Pol)
Lichtbogeneinschnrung (+ Pol) und/oder Werkstck (+ Pol), je nach
Unterverfahren
Plasmagase meist Argon oder Argon-Gemische (Hochlegierte Sthle, Titan,
Zirkon)
Schutzgas Helium oder Argon (auch Gemische), je nach Werkstoff
- Ablauf:
Plasmagas wird durch gezndeten Lichtbogen (Meist zwischen
Wolframelektrode und der als Dse ausgebildeten Anode) ionisiert
Plasma bewegt sich als Strahl auf das Werkstck, je nach Verfahren auch von
einem Lichtbogen berlagert (WPL, WPS)
Schutzgas umgibt den Plasmastrahl
Lichtbogenform je nach eingesetztem Schutzgas unterschiedlich (Sehr breit
bei Argon, Schmal bei zugesetzten 6,5% Wasserstoff, Helium und Helium
Argon Gemisch dazwischen)
- Einsatz:
Bleche von 0,2 bis 10 mm (Dickblechplasmaschweien)
Bleche von 0.01 bis 1mm (Mikroplasma
4.3.2 Vor- und Nachteile des Verfahrens
- Vorteile:
Konzentrierter Lichtbogen
Geringe Wrmeeinbringung
Gnstige Nahtform
Gut automatisierbar
- Nachteile:
Sehr teure Schweigerte und Ersatzteile
Hohe Anforderungen an die Fhigkeiten des Schweiers
4.4 Laserstrahlschweien
- Basieren auf Laserlicht
Monochrom (Eng begrenzte Wellenlnge)
Kohrenz
Gleiche Phasenbeziehungen zu verschiedenen Zeiten an
verschiedenen Orten im Raum
Lichtverstrkung mglich
- Auerhalb des fr den Menschen sichtbaren Bereichs
YAG Laser bei m Wellenlnge
CO2 Laser bei m Wellenlnge
- Prinzipiell:
Elektronen werden elektrisch (durch Elektronen) oder optisch (durch
Photonen) angeregt und auf ein hheres Energieniveau (z.B. von E1 auf E4)
gebracht -> Pumpen
Elektronen haben die Tendenz zum ursprnglichen Energieniveau zurck zu
springen, dabei wird im ersten Schritt Wrme frei, im zweiten Laserlicht und
im Dritten erneut Wrme
Grundzustand des Elektrons wieder erreicht
4.4.1 Laser
- Strahlerstellung:
Verwendung eines Resonators
Gefllt mit Mischgas CO2, N2, He (Verhltnis 1:2:10)
Zwei Spiegel an den Enden (Endspiegel undurchlssig,
Auskopplungsspiegel teildurchlssig)
Zufuhr von elektrischer Pumpenergie, die die Elektronen des Gasgemisches
anregt
Lichtwellen werden zwischen End- und Auskoppelspiegel reflektiert und
verstrkt
Durchdringen den Auskoppelspiegel bei ausreichender Strke
- Weiterleitung des Laserstrahls ber Spiegel zum Bearbeitungskopf
- Zuleitung von Schutzgas
- Einkopplung des Laserstrahls in das Werkstck
Unterschiedliche Arten:
- Lngsgestrmt (gute Strahlqualitt, hohe Resonatorlnge)
- Quergestrmt (Schlechte Strahlqualitt, kompakt)
- Gleichstromangeregt (Hochspannung, Elektrodenverschlei tritt auf, einfach
Elektronik)
- Hochfrequenzangeregt (geringe Spannung, kein Elektrodenverschlei, homogene
Gasentladung)
- Fokussierende Optik:
Linsensystem
Spiegelsystem
4.4.2 Feststofflaser Nd:YAG Laser
Yttrium-Aluminium-Granat Laser
- Strahlerstellung:
Resonator entsprechend CO2 Laser
Feststoffkristall
Neodym-Ionen werden durch Gasentladungslampen (neuerdings auch
Laserdioden) angeregt
Lampen in doppeltem Ellipsoid angeordnet
Bedingt optimale Bestrahlung des Kristalls durch Reflektionen
Anhebung des Energieniveaus mit anschlieender Rckkehr zum
Ausgangszustand
Aussenden von Wellenlnge 1046nm (normalerweise)
Auskopplung bei ausreichender Strke
- Hinter Auskoppelspiegel wird Strahladapter befestigt Weiterleitung durch
Glasfaserkabel mglich (krzere Wellenlnge als CO2 Laser)
- Strahladapter an Bearbeitungskopf
- Zuleitung Schutzgas
- Einkopplung in das Werkstck
4.4.3 Prinzip des Laserstrahlschweiens
- Wrmeleitungsschweien
Vergleichsweise breiter Strahl
Normales Schmelzbad + erstarrte Schweinaht dahinter
- Tiefschweien
Stark fokussierter Laserstrahl
Metall wird verdampft
Fhrt zu besserer Wrmeleitung sowie Streuung des Laserlichts
Dadurch groe Wrmeeinflusszone
Sehr tiefe Einschweiung
Relativ breites Schmelzbad
Flssige Teile des Werkstcks bewegen sich so, dass der Spalt geschlossen
wird
- Einsatz von Zusatzwerkstoff mglich, vor allem bei greren Spalten, bessere
Spaltberbrckbarkeit
Zusatzwerkstoff wird unter Schutzgas/Arbeitsgas an der Fgestelle zugefhrt
Schleppend oder Stechend
Streckenenergie (Laserleistung geteilt durch Schweigeschw.)
- Hohe Streckenenergie
tiefe Einschweiung
Niedrigere Hrte in der Nahtmitte als bei niedrigeren Streckenenergien
- Mittlere Streckenenergie
Schmale, dennoch tiefe Naht
Relativ hohe Hrte in Nahtmitte
- Geringe Streckenenergie
Sehr flache Naht
Sehr hohe Hrte in der Nahtmitte
4.4.4 Hybridverfahren Laser-MSG Hybridschweien
- Zusatzwerkstoff wird durch Lichtbogen (wie MSG) aufgeschmolzen
- Kombination der positiven Eigenschaften von Laser
Schweigeschwindigkeit
Einschweitiefe
schmale Nhte
geringe thermische Belastung
und MSG
Zugabe von Zusatzwerkstoff
Gezielte Beeiflussung der Wrmefhrung
- Vorteile:
Prozessstabilisierung durch Wechselwirkungen zwischen Prozessen
Steigerung des thermischen Wirkungsgrades
Erweiterte Mglickeiten
4.4.5 Fehler beim Laserstrahlschweien
- Hhenversatz der zu fgenden Bleche
- Unsauber vorbereitete Fgepartner
- Zu hohe Spaltweite
- Fehlpositionierung des Lasers
5 Verfahren sonstige
5.1 Lten
- Lteignung
Umso besser je weniger werkstoffbedingte Faktoren beim Festlegen der
Bedingungen fr Ltfertigung bercksichtigt werden mssen
Bestimmt durch
Chemische/metallurgische Eigenschaften
Physikalische Eigenschaften
Mechanische Eigenschaften
5.1.1 Unregelmigkeiten/Fehler
- Risse
- Hohlrume
- Feste Einschlsse
- Bindefehler
- Form- und Maabweichungen
- Sonstige Unregelmigkeiten
5.1.2 Eigenschaften und Anforderungen
- Verbindung verschiedenartiger Werkstoffe (auch nichtmetallisch)
Anwendung in Raum- und Luftfahrtindustrie, Feinwerktechnik, optische
Industrie
- Fgen bei geringerer Wrmeeinbringung als bei Schweien (geringer Verzug,
niedrigere Eigenspannungen)
- Ltstellen mssen nicht zugnglich sein (Benetzung und Flieen des
Ltzusatzwerkstoffes)
- Fein strukturierte/filigrane Bauteile ohne Gefahr von Anschmelzungen ltbar
- Gute Leitfhigkeit (elektrisch + Wrme) der Ltverbindungen
- Einteilung Nach Temperatur
Weichlten
Schmelztemperaturen bis 450C
Hartlten
Schmelztemperaturen 450C bis 900C
Hochtemperaturlten
Schmelztemperaturen ber 900C
- Einteilung nach Wrmezufuhr
Durch feste Krper
Durch Flssigkeit
Durch Gas
Durch Strahl
Durch elektrischen Strom
- Oberflchenaktivierung soll Benetzung durch Lot ermglichen (Entfernung der
Oxide -> besonders wichtig bei Al und Mg, Verringern der Oberflchenspannung des
Lotes)
Lten unter reduzierendem Schutzgas
Unter Inertem Schutzgas
Lten im Vakuum
Mit mechanischer Aktivierung
Lten mit Flussmitteln
- Stoarten:
berlappsto (Vorteilhaft fr Ltverbindungen, groe Ltflchen, bevorzugt
fr Blech- und Rohrverbindungen)
Stumpfsto (Fugen- und Spaltltung, relativ kleine Ltflchen)
T-Sto (Fugenltung/Spaltltung, typisch fr Lichtbogenltung, relativ kleine
Ltflchen)
Schrgsto (Siehe T-Sto)
- Allgemein:
Groe Ltflchen anstreben
berlapplnge 3-6 x Blechdicke, nicht kleiner (unzureichende Festigkeit), nicht
grer (Ltfehler verminderte Wirtschaftlichkeit)
Steifigkeitssprnge vermeiden, besonders bei dynamisch beanspruchten
Konstruktionen
5.2 Unterarten
5.2.1 Kolbenlten
- Werkstcke werden durch berhrung mit Ltkolben erwrmt
- Lot wird an Werkstcke gefhrt
Schmilzt auf
Bildet naht aus
5.2.2 Flammlten
- Hauptschlich bei Einzel und Kleinserienfertigung
- Manuelles Flammlten
Werkstck wird durch Brenner erwrmt
Flussmittel und Lot zwischen erwrmtem Werkstck und zu fgendem
Werkstck
Werden bei Erreichen der entsprechenden Temperatur aufgeschmolzen,
Verbindung entsteht
- Flammfeldlten
Brenner Fest, Werkstck bewegt
Lot und anzufgendes Werkstck auf Grundwerkstck befestigt
Bewegung durch Flammfeld
Bei Erreichen der Liquidustemperatur des Lotes aufschmelzen
5.2.3 Wellenlten
- Werstck wird ber Lotbad gefhrt
- Lot wird furch Pumpe mit Dse an das Werkstck gepumpt
- Geeignet fr grere Bauteile mit vielen Lotstellen (z.B. Platinen fr PCs)
5.2.4 Lotbadtauchen
- Bad mit flssigem Lot
- Meist unter Schutzgas (Lot oxidiert sonst)
- Einfhren des Werkstckes, mgliche Taucharten:
Senkrechtes/gewinkeltes Tauchen
Wischlten (vertikale und horizontale Translation)
Lten mit rotierender Ltwalze
Schlepplten
- Ebenfalls zur Herstellung elektronischer Komponenten
5.2.5 Widerstandslten
- Direkte Erwrmung
Zu fgende Werkstcke durch Lot und Flussmittel voneinander getrennt
Elektrodentrger oben und unten, bestckt mit Elektrodenspitzen (Wolfram
oder Kohle, knnen auch geformt sein)
Anlegen eines Stroms an Elektrodentrger
Erwrmung der Werkstcke durch den Stromfluss
Aufschmelzen des Lotes, Verbindung der Teile
- Indirekte Erwrmung
Werkstck selbst mit Stromquelle verbunden
Rest nahezu gleich
Nur unteres Werkstck wird erwrmt bis das Lot schmilzt
5.2.6 Ultraschallten
- Bauteil wird in flssigem Lot erhitzt
- Flussmittel unntig, da durch die Schallschwingungen (>20kHz) Oxide entfernt
werden
5.2.7 Elektronenstrahllten
- Erzeugung Elektronenstrahl zwischen Anode und Kathode
- Fokussierung
- Einkopplung des Strahls in Werkstck (in Vakuumkammer befindlich)
- Erwrmung durch Elektronenstrahl, Aufschmelzung des Lotes
5.2.8 Laserstrahllten
- Entspricht Laserstrahlschweien
- Niedrigere Energiemengen
- Erwrmung des Werkstcks nur bis zur Liquidustemperatur des Lotes
5.2.9 Lichtbogenlten
- Ermglicht
Mischverbindungen (z.B. Stahl Kupfer, Aluminium Stahl)
Kombination unterschiedlicher Sthle
- Einsetzbar zur Verbindung oberflchenbeschichtete Werkstoffe
Elektrolytisch oder feuerverzinkt (Wichtig! Knnen nur schwer geschweit
werden, da Zink verdampfen kann, auerdem starke Porenbildung)
Organisch beschichtete Werktstoffe
Aluminierte Werkstoffe
5.2.9.1 WIG Lten
- Aufbau wie WIG Schweien
- Lotzufuhr in Stabform manuell oder drahtfrmig durch automatischen Vorschub
5.2.9.2 MIG Lten
- Wie MIG Schweien
- Lotzufuhr durch automatischen Vorschub
- Lot stellt (Draht)Elektrode dar
- Einsatz von Flussmitteln nicht notwendig (Vorteil!)
- Gute Spaltberbrckbarkeit
- Geringer Verzug
- Reduzierte Gefgevernderungen
5.2.9.3 Plasmalten
- hnlich WIG Lten bzw. Plasmaschweien
- Zustzliche Einschnrung des Lichtbogens durch Plasmadse
- Hhere Energiedichte
- Hhere Ltgeschwindigkeit
- Dnnere Nhte
- Zustzliche Mglichkeit Widerstandserwrmung des Zusatzes
(Plasmaheidrahtverfahren), weitere Steigerung der Ltgeschwindigkeit
5.2.9.4 Plasma-MIG-Lten
- Kombination beider Verfahren
- Hohe Geschwindigkeit
- Schmale Nhte
5.3 Reibschweien und Rhrreibschweien
- Basiert auf Energieerzeugung durch Bewegung
- Reibung entsteht durch rotierende oder oszillierende Relativbewegung der
Fgepartner (unter Druck)
5.3.1 Verfahren Rotationsreibschweien
- Werkstcke werden in gegeneinander gerichteten Spannelementen befestigt
- Ein Spannelement in Drehbewegung angetrieben, das andere nicht gedreht, wird
stattdessen durch axialen Druck gegen rotierendes Bauteil gepresst
- Durch Reibung (entsteht beim Zusammentreffen der Werkstcke) erhitzt sich das
Material
- Durch Druck wird das erhitzte Material schlielich fest verschweit
- Verfahren unterschieden nach Antriebsart
Kontinuierlich ber Riementrieb, zustzliche Bremse erforderlich
(Konventionelles Reibschweien)
Indirekt durch Schwungrad, welches vor Beginn des eigentlichen
Fgevorgangs durch Antriebsmotor einmalig in Rotation versetzt wird
(Schwungradreibschweien)
+ krzere Reibzeit, kein Abbremsen notwendig (durch Reibung wird
Energie entzogen)
+ deutlich hheres Drehmoment
+ Hherer Axialdruck beim eigentlichen Schweien
+ (nahezu) Beliebig hohe Schweienergie
- Ausfhrungsarten
1 Fgepartner Rotation, anderer Translation
1 Fgepartner Rotaion + Translation, anderer Stillstehend
Beide Fgepartner Rotation und Translation
Gegeneinander
Gegen feststehendes Zwischenstck
Beide Fgepartner Translation, Zwischenstck in Rotation
Keine Rotation, ein Fgepartner vertikale Translation (oszillierend), anderer
horizontale Translation
- Verbindungsformen
Immer mindestens ein Fgepartner Rotationssymmetrisch
(Rohr/Rundmaterial)
Verbindung mit
Rohren/Rundmaterial
Mit und ohne Anfasung
Mit unterschiedlichem Querschnitt
Platte (Vorbereitung ratsam)
- Anwendungen:
Wellen verschweien
Kegelrad
Rohre verschweien
5.3.2 Rhrreibschweien
- Zylindrisches, Dornhnliches Werkzeug mit rotatorischer Eigenbewegung
- Erweichung des Grundwerkstoffes durch Reibung (ohne Aufschmelzung)
Plastifizierung
- Verdrngung d. plastizifierten Materials durch Vorschubbewegung, Transport hinter
Werkzeug Bildung von Lngsnaht
- Vorteile:
Geringe thermische Belastung des Materials
Minimaler Verzug/Schrumpfung
Einfachheit (keine Schutzgase/Zusatzwerkstoffe)
Keine Spritzer oder Rauch
Geringer Energieverbrauch
Leicht automatisierbar
Einfach Nahtvorbereitung
Reproduzierbare, hohe Nahtgte
- Nachteile:
Eingeschrnkte Werkstoffpalette
Aufwndige Spanntechnik
Begrenzt in Richtung geringer Wanddicken (sehr dnne Bleche nicht
schweibar)
Geringe Schweigeschwindigkeit
- Erweiterung Impuls-Rhrreibschweien
Periodische Erhhung (und Senkung) des Anpressdruckes durch das Werkzeug
Mit Krften zwischen 1 und 10kN
Verbesserungen:
Etwas hhere Zugfestigkeit
Deutliche Erhhung der Bruchdehnung (30-40%)
(Dehngrenze wird nicht feststellbar erhht)
5.3.3 Ultraschallschweien
- Erzeugung der Prozesswrme durch hochfrequente mechanische Schwingung der
Werkstcke (angeregt durch Sonotrode)
- Ermglicht artfremde Verbindungen
- Geringe Erwrmung
- Keine Zusatzwerkstoffe ntig
5.3.4 Kaltpressschweien
- Werkstcke werden durch Stempel kaltgepresst
- Durch Umformung entsteht stoffschlssige Verbindung
- Mglich mit Ziehvorgang oder Fliepressen
- Spezielles Fgeverfahren
5.4 Kleben
- Oft eingesetzt in Kombination mit anderen Verfahren (Siehe 5.5.3
Verfahrenskombinationen)
- Hufig in Automobilindustrie
- Auch zur Schraubensicherung verwendet (eigentliches Fgen durch Schrauben,
Klebstoff hat nur sichernde Wirkung)
5.4.1 Vor- und Nachteile
Vorteile:
- Unterschiedliche Materialien fgbar
- Geringe Thermische Belastung
- Gewichtsersparnis, Leichtbau
- Gleichmige Spannungsverteilung senkrecht zur Belastungsrichtung
- Hohe dynamische Festigkeit und Schwingungsdmpfung
- Sehr wirtschaftlich
Nachteile:
- berlappung erforderlich
- Oberflchenbehandlung der Fgestelle ntig (teilweise aufwndig)
- Begrenzte Thermische Bestndigkeit, Alterung
- Begrenzte Reparaturmglichkeiten
- Begrenzte Zeitstandfestigkeit
5.4.2 Aufbau der Klebeverbindung
- Fgeteil 1 mit aufgerauter Oberflche
- Darber Grenzflche (Adhsive Haftschicht)
- Klebschicht (Kohsion)
- Erneut Grenzflche
- Fgeteil 2 mit aufgerauter Oberflche
- Benetzung von hoher Wichtigkeit
Idealer Wert 0
- Frderung Hochviskoser Strukturklebstoffe unter Stndiger Wrmezufuhr /Zwischen
35C und 65C
- Dosierung durch Dsen
- Art der Klebstoffauftragung wichtig fr die Festigkeit und Wirtschaftlichkeit
Kontinuierliche Linien
Einzelne Punkte in Reihe
Doppelte Punkte in Reihen
Kreisfrmige/spiralfrmige Linien
- Aushrtung beschleunigen
Wrmezufuhr (Induktionsanlage, Umluftfen)
Licht (UV-Lampe)
5.4.4 Konstruktionsregeln
- Beanspruchungen
Schlbeanspruchung unbedingt vermeiden (schlechte Festigkeit bei
Klebverbindungen)
Zugbeanspruchung ungnstig (wirken Klebwirkung direkt entgegen)
Druckbeanspruchung unproblematisch/Gnstigste Belastung
Scherbeanspruchung gnstig (Kraftwirkung in selber Ebene wie Klebeschicht,
gleichmige Beanspruchung)
Spaltbeanspruchung hnlich ungnstig wie Schlbeanspruchung (wird immer
weiter geschwcht, je weiter die Verbindung gelst wird)
- Gestaltung von Sten
Klebeflche mglichst immer Maximieren, Kraftfluss optimieren
Statt Stumpfsto: Schftung, Keilzapfenverbindung oder abgesetzte
berlappung
Bei berlappsten: Beachten, dass mglichst keine Sprunghaften
nderungen der Dicke auftreten
- Profilklebungen
Sehr aufwndig, wenn alle Belastungsrichtungen abgedeckt werden sollen
Erhht Gewicht
Eventuell Kompromisse ntig
5.4.5 Crashstabile Klebstoffe
- Niedrigerer Elastizittsmodul als andere Klebstoffe
- Hhere Zug-Scher-Festigkeit und Bruchdehnung
- Deutlich hhere Schlag-Schlfestigkeit (bei Raumtemperatur und bei -40C) als
normale Klebstoffe Schlag-Schlbelastung: Schnelle, Schlagartige Schlbelastung
- Weisen teilweise hhere Schlag-Schl-Festigkeiten als Schweiungen auf
5.5 Mechanisches Fgen Fgen durch Umformen Allgemeine Vorteile:
- Groe Vielfalt fgbarer Werkstoffe (Metallische, nichtmetallische, Unterschiedliche
Werkstoffe miteinander, unterschiedliche Dicken)
- Hohe Wirtschaftlichkeit (Geringe Anschaffungskosten fr Maschinen, kaum Vor- und
Nachbehandlung ntig)
- Keine Thermische Gefgeumwandlung
Kein Verzug
Keine Spannungen
Keine Versprdung
- Oberflchenbeschichtete Werkstcke ohne Mehraufwand fgbar
- Einfach Qualittskontrolle, gleichzeitig hohe Prozesssicherheit
- Gute kologische Vertrglichkeit (keine Emmissionen)
Allgemeine Nachteile:
- Geringe quasistatische Festigkeiten im Gegensatz zu Schweien
- Nur berlappverbindungen herstellbar
Kraftflussumlenkungen (ungnstig)
Hhere Kosten
Hheres Gewicht
- Fgestelle ragt ber Bauteiloberflcher heraus
- Erschwerte Nacharbeit/Reparatur
- Fehlende Normung
5.5.1 Clinchen / Durchsetzfgen
- Gleichzeitig Kraft-, Form- und Stoffschlssig
- Aufbau/Ablauf
Stempel, Niederhalter und Matrize
Werkstck einlegen, Stempel drckt durch die Matrize
Zuerst durchsetzen, danach Stauchen
Bei Mehrstufiger Maschine:
Zuerst durchsetzen durch Stempel von oben
Dann stauchen Durch Stempel von unten
Kann schneidend oder Nichtschneidend durchgefhrt werden
Schneidend:
+ Geringere Fgekraft, Verdrehsicherheit bei Einzelpunktverbindungen
- keine Dichtheit, Spaltkorrosion mglich, richtungsabhngige
Beanspruchbarkeit, kein vollsysmmetrisches Aussehen
Nicht Schneidend
+ Richtungsunabhngige Belastungen mglich, symmetrisches
Aussehen
- hhere Fgekraft ntig, Starke kaltverfestigung des Werkstoffs im
Bereich der Fgeverbindung
- Mischverbindungen
Fgeteile aus unterschiedlichen Blechwerkstoffen (Hart in weich)
Fgeteile unterschiedlicher Blechdicken (Dick in dnn)
5.5.2 Stanznieten
- Kann mit oder Ohne Umformung des Nietelements stattfinden
- Mit Umformung Halbhohlniet
Ablauf:
Stempel, Matrize, dazwischen Fgeteile
Halbhohlniet an Stempel
Aufdrcken des Stempels inklusive Halbhohlniet auf Fgeteile
Einpressen des Halbhohlnietes
Entfernen des Stempels, Fgeprozess abgeschlossen
Ausgestanztes Material verbleibt im Inneren des Halbhohlnietes
- Ohne Umformung Vollniet
Ablauf
Stempel, Matrize, dazwischen Fgeteile
Stempel wird mit Vollniet bestckt auf Fgeteile gedrckt
Eindringen des Vollniets in Fgeteile, Ausstanzen von Material
Nach vollstndigem Ausstanzen weiterer Druck durch Stempel
Umformen der Fgeteile, feste Verbindung mit Niet
Zurckfahren des Stempels, Fgeprozess abgeschlossen
5.5.3 Verfahrenskombinationen
- Erhhen die Brucharbeit der Verbindung signifikant
- Durch Verwendung von Kleber temperaturabhngige Hhe der bentigten
Brucharbeit (am Hchsten bei RT, darber oder darunter niedriger)
- Verbessern Statische und dynamische Steifigkeit (z.B. bei Punktschweien + Kleben)
5.5.4 Hybridverfahren
Ist die Kombination von mindestens zwei elementaren Fgeverfahren
- Nachteile von Einzelverfahren werden reduziert
- Verbesserung von:
Festigkeit
Steifigkeit
Korrosionsschutz
Dmpfung
Versagensverhalten (bei Schdigung eines Fgeelements bernimmt das
andere Temporr die Festigkeitsfunktion)
Dichtung
- Vorteile (Mechanisch + Geklebt bzw. andersrum):
Gleichmiger Spannungsverteilung oder Fixierung der Fgeteile bis zur
Klebstoffaushrtung
Erhhung Schwingfestigkeit/bessere Dmpfung oder Entlastung der Klebung
bei Schlbeanspruchung
Erhhung d. Verbindungssteifigkeit oder teilweise Kompensation
altersbedingter Festigkeits- und Steifigkeitsverluste der Klebverbindungen
Abdichten des Fgespalts gegenber Gasen und Flssigkeiten oder
Erweiterung des Einsatztemperaturbereiches
- Bei Clinchen und Stanznieten durch Einsatz von Hochfesten Klebstoffen enorme
Erhhung der maximalen Scherzugkraft mglich
- Wechselfestigkeit ebenfalls signifikant erhht
- Methoden:
Fixiermethode (erst Klebstoff, dann mech. Fgen, dann Klebstoff aushrten)
Injektionsmethode (erst mechanisch Fgen, dann kleben und aushrten
lassen)
Sequenzmethode (erst kleben, dann aushrten, dann mechanisch fgen)
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