Hybridfügen richtig anwenden

Die Vorteile des Hybridfügens rechtfertigen heute in vielen Fällen den zusätzlichen Aufwand. „Mit dem Hybridfügen können wir im Automobilbau zum Beispiel das Crashverhalten, die Korrosionsbeständigkeit und die Schälfestigkeit verbessern“, sagt Ralf Pilgrim, Geschäftsführer bei Henrob, einem Anbieter für Stanzniettechnik mit 500 Mitarbeitern, der seit 2014 Teil der Atlas Copco Gruppe ist. Je nachdem, mit welcher mechanischen oder thermischen Fügeart das Kleben kombiniert wird, ergeben sich unterschiedliche Effekte. Beispielsweise hält eine Verbindung zweier Leichtbauteile aus AZ31 und AlMg4,5M mittels Fließlochschrauben und Kleben einen Scherzug von 8,2 Kilonewton aus, statt nur 5,8 (Kleben allein) beziehungsweise 5,2 Kilonewton (Fließlochschrauben allein).

Ein typischer Einsatzbereich für das Hybridfügen ist die Luft- und Raumfahrt, wo die Hersteller um jedes Kilo ringen. Um das Maschinengewicht zu drücken, kombinieren sie oft unterschiedliche Materialien wie Stahl und Aluminium. In eine ähnliche Richtung bewegt sich die Automotive-Branche mit dem Ziel, Abgase und Kraftstoffverbrauch zu reduzieren.

Bei bestimmten Materialien stoße das Schweißen an seine Grenzen, dort seien alternative Montage- und Fügetechniken gefragt, wie etwa das Kleben oder auch das Stanznieten, erklärt Olaf Leonhardt, Geschäftsführer bei SCA, das ebenfalls zur Atlas Copco Group gehört. In Kombination würden die Einzeltechnologien sich gegenseitig stärken. „Durch zusätzliches Kleben kann man einen mechanischen Prozess verbessern, ebenso lässt sich durch Ergänzen einer mechanischen Technik der Klebeprozess optimieren“, sagt er.

„Keine Fügetechnik ist für alle Einsatzgebiete und Materialien geeignet“, betonte Andreas Kiefer, Vice President Business Development bei Atlas Copco, anlässlich der Hausmesse bei SCA in Bretten. „Aber es ist umfassendes Prozessverständnis erforderlich, um für neue konstruktive Ideen der Multi-Material-Designer die geeignete Füge-Lösung zu entwickeln.“ Denn es seien zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen: etwa die Zugänglichkeit der Bauteile, das korrosive Verhalten, die Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe, die Prozesszeit sowie die Anzahl der zu fügenden Lagen.

Bei der Hausmesse zeigten SCA und Atlas Copco gemeinsam mit Partnerfirmen hybride Prozesse an sechs Robotikstationen. Dazu gehörte zum Beispiel das Stanznieten in Verbindung mit Kleben. „Wenn mehrere Lagen aus verschiedenen Materialien kalt gefügt werden sollen, bietet sich diese Füge-Kombination an“, erläutert Ralf Pilgrim von Henrob. Als Werkstoffkombination dienten in dem gezeigten Fall Aluminium und Stahl.

An der Station fügte ein roboterbasiertes System eine und zwei Lagen Aluminium und Stahl mittels Stanznieten. Zwischen den einzelnen Lagen wurde Klebstoff aufgetragen, um die Festigkeit und Struktursteifigkeit zu verbessern. Eine Stanzniete kann anders als ein heißer Schweißpunkt direkt auf den Klebstoff gesetzt werden.

Im Multi-Material-Design verbessert die Methode die statische Stärke, und die dynamische Dauerfestigkeit sowie das Crash-Verhalten und die Korrosionsbeständigkeit, da der Klebstoff zwischen den Schichten das Eindringen von Feuchtigkeit verhindert. Das „Ausbeulen“, das bei dieser Fügekombination auftreten kann, lässt sich verringern, indem Klebstoffmenge und -position angepasst werden.