„Hybrid Joining“ im Karosseriebau

Mit der Kombination verschiedener Fügetechniken können Konstrukteure den Herausforderungen neuer Leichtbauweisen im Karosseriebau begegnen. Gemeinsam mit Partner- und Schwesterunternehmen stellte der Klebespezialist SCA auf einer Hausmesse im Oktober Möglichkeiten des hybriden Fügens in der Praxis vor.

Eine Autokarosse muss heute nicht nur schön, sicher, haltbar und steif sein, sondern auch möglichst leicht. Denn: „Laut einer Faustformel bedeuten zehn Prozent weniger Gewicht etwa fünf Prozent weniger Schadstoffausstoß“, erklärte Andreas Kiefer, Vice President Business Development bei Atlas Copco. Er hielt den Einführungsvortrag auf den SCA-Kundentagen „Hybrides Fügen“, die Mitte Oktober in Bretten stattfanden und fast 200 Besucher aus der Automobilindustrie anzogen. „Dieser erhebliche Einfluss des Gewichts auf den Kraftstoffverbrauch ist für Konstrukteure der wichtigste Grund, an allen Ecken und Enden zu sparen.“

Es sei „extrem schwer“, das Gewicht einer Karosserie zu reduzieren und gleichzeitig ihre gewünschten Eigenschaften zu erhalten, erklärte Andreas Kiefer weiter und fand die Zustimmung vieler Zuhörer, die selbst im Rohbau tätig sind. Sie alle stehen heute vor der Aufgabe, neben Stahl und HSS-Werkstoffen (HSS = „Schnellschnittstahl“) vermehrt Materialien wie Aluminium, Kunststoff oder Carbon einzusetzen, um dieses Ziel zu erreichen. Speziell die Verbindungstechnik stellt die Konstrukteure vor immer neue Herausforderungen.

Fünf Fügetechniken unter einem Dach

„Keine Fügetechnik ist für alle Einsatzgebiete und Materialien geeignet“, betonte SCA-Geschäftsführer Olaf Leonhardt. Zu viele Faktoren müssten berücksichtigt werden: Zugänglichkeit, korrosives Verhalten und Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe, die Prozesszeit oder auch die Anzahl der zu fügenden Lagen. Auf den Kundentagen stellte SCA daher erstmals die Vor- und Nachteile verschiedener Fügetechniken unter einem Dach vor. Dazu hatte sich der Hersteller mit seinen Schwestergesellschaften des Konzerns, Atlas Copco Tools (Schraubtechnik) und Henrob (Stanznieten), sowie den Partnerunternehmen Klingel (Fließlochschrauben) und Düring (Schweißtechnik) zusammengetan. „Wir zeigen an Praxisbeispielen, wie die klassischen Fügetechniken so mit einem Klebeprozess kombiniert werden können, dass die Vorteile beider Techniken genutzt und deren Nachteile ausgeschlossen werden“, betonte Leonhardt.

Die Karosserie eines süddeutschen Automobilherstellers im Innovation-Center von SCA machte deutlich, wie viele Fügeverfahren heute an einem einzigen Fahrzeug eingesetzt werden. Durch Fenster, Türen und Kofferraum konnten die Besucher von kleinen Hinweisschildern ablesen, welche Verbindungstechnik an welcher Stelle eingesetzt wird. An fünf Praxis-Stationen in derselben Halle präsentierten die Fachleute der genannten Unternehmen dann die Möglichkeiten moderner Hybridfügetechnik.

Kombination verbessert Crashresistenz

So kann die Verbindung von Schrauben mit Kleben zum Beispiel Korrosionsbeständigkeit und Crashresistenz verbessern. Die Schraubexperten von Atlas Copco Tools führten vor, dass unter Einsatz von Kleb- oder Dichtstoffen andere Parameter erforderlich sind, um etwa die gleiche Klemmkraft zu erzielen, so dass eine andere Schraubstrategie notwendig sein kann.

Henrob als zweite SCA-Schwester aus dem Atlas-Copco-Konzern zeigte die Verbindung mehrlagiger, miteinander verklebter Aluminiumbleche durch Stanznieten. Durch diese Kombination ergeben sich sehr gute Werte für die Struktursteifigkeit. „Der Stanznietspezialist Henrob gehört seit 2014 zum Konzern“, erklärte Olaf Leonhardt den Zuhörern. „Unsere Kunden profitieren davon, dass bei Atlas Copco so viele Verbindungstechniken zusammenlaufen und wir Hand in Hand arbeiten können.“

Steppnaht verhindert, dass Klebstoff beim Schweißen verbrennt

Positiv nahmen die Besucher auch auf, dass SCA als weitere Partner die Unternehmen Klingel und Düring ins Boot geholt hatte. Düring führte an seiner Station das Laserschweißen mit und ohne Klebstoff an den Schweißstellen vor. Das Verfahren wird immer öfter mit dem Kleben kombiniert. Denn die flächige Lastverteilung einer Klebeverbindung und die werkstoffschlüssige Verbindung durch Schweißen verhindern Rissbildungen und Schweißpunktversagen.

Damit die Schweißpunkte aufgebracht werden können, ohne dass der Klebstoff verbrennt, wird dieser auf eines der zu fügenden Bauteile mit einer Hochgeschwindigkeits-Steppnaht appliziert: „Die gezielten Aussparungen verhindern dieses unerwünschte Abbrennen“, erklärte Olaf Leonhardt. „Außerdem spart die Steppnaht Material ein, ohne teure Prozesszeit zu verlieren.“

Hohe Korrosionsfestigkeit

Wie sich die Vorzüge der SCA-Steppnaht auf das Fließlochschrauben in Verbindung mit Kleben übertragen lassen, konnten die Besucher schließlich an der Station von Klingel beobachten: Das Unternehmen zeigte mit dieser Kombination eine Möglichkeit, die Korrosionsfestigkeit zu steigern. Bei einer durchgängigen Raupenapplikation entstünde auch hier der Nachteil, dass Klebstoff beim Prozess verbrennt.

Nicht nur an den Stationen wurde deutlich, wie wichtig es ist, die Parameter aufeinander abzustimmen, wenn verschiedene Verbindungstechniken zusammenwirken. Fachvorträge der Fügeexperten zu den Themen Stanznieten, Schrauben und Fließlochschrauben im hybriden Umfeld sensibilisierten die Besucher für die Prozesse, die bei den unterschiedlichen Fügeverfahren in Gang gesetzt werden. Dr. Holger Fricke vom Fraunhofer-IFAM erklärte außerdem anhand verschiedener Hybridfügetechniken, wie eine gute Simulation aufwendige Versuche ersparen kann. Sie ermögliche überdies präzisere Vorhersagen, wie sich Parameteränderungen auswirken werden.

Dokumente und weitere Informationen