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)