Bild/Cornelia Mack;Hochschule Esslingen: Der wissenschaftliche Mitarbeiter des Projekts, Dipl.-Ing. Philipp Skoda (rechts) zeigt Prof. Greitmann eingeschossene Nägel in Proben aus Kupfer.
Esslinger Fahrzeugtechniker forschen derzeit an einem neuen Verfahren in der Fügetechnik und sehen dabei Potenzial für Automobilbau
Mit einer neuen Fügetechnik dem Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen („Nageln“) will der Esslinger Professor für Werkstoff- und Fügetechnik, Martin J. Greitmann, die Produktion von Karosserien verbessern.
Das Verfahren wird derzeit bereits zum Fügen von Stahl- und Aluminiumblechen verwendet. Hierbei wird ein nagelähnliches Fügeelement auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und in nicht vorgelochte Bleche oder Hohlprofile eingetrieben. Dieser Vorgang dauert weniger als eine Millisekunde, d.h. weniger als ein ganz schneller Hammerschlag. Als Voraussetzung für das äußerst schnelle Verfahren müssen die Fügeteile eine ausreichende Steifigkeit besitzen, damit sie für das Eindringen des Bolzens eine ausreichende Abstützung bieten.
Die besondere Herausforderung im Forschungsprojekt von Martin Greitmann: Die häufig bereits wärmebehandelten Materialien sollen möglichst ohne Wärme gefügt werden, damit sie ihre Eigenschaften für die Weiterverarbeitung beibehalten. Infolge von Spannungsrelaxation verlieren mechanische Fügeverbindungen, z. B. Clinchen, Stanznieten, Crimpverbindungen, an Kupferwerkstoffen bereits bei Betriebstemperaturen größer 120 °C abhängig vom Grad der Kaltumformung ihre Festigkeit – sie werden weich. Entsprechend steigt mit abnehmender Flächenpressung im Bereich der Fügestelle der Übergangswiderstand, was wiederum zu vorzeitigen Ausfällen von elektrischen Anschlüssen führen kann.
Daher untersucht der Esslinger Wissenschaftler die möglichen Anwendungen dieses Verfahrens für Kupferwerkstoffe. Das Nageln mit Kupfer soll dabei als hybrides Fügeverfahren auch durch so genanntes Kaltpressschweißen geschehen. Dies habe eben den beschriebenen und erwünschten großen Vorteil, dass extern keine Wärme zugeführt werden muss und beim Nageln abhängig vom Prozessablauf werkstoffabhängig auch eine stoffschlüssige Schweißverbindung zu erwarten ist, sagt Martin Greitmann, der an der Universität Stuttgart Maschinenbau studiert, auf dem Gebiet der Fügetechnik promoviert hat und sich seit über 25 Jahren mit Fügetechnik beschäftigt. Konkrete Ergebnisse wollen Greitmann und sein Forschungsteam bis Herbst 2014 vorlegen. In der derzeit laufenden ersten Projektphase soll der genaue Prozessablauf gemessen und analysiert werden. Hierfür wird derzeit an einem entsprechend instrumentierten Laboraufbau gearbeitet.
Das Nageln kombiniert mit Kaltpressschweißen (hybrider Fügeprozess) könnte sich besonders für die Automobilindustrie eignen, erläutert Greitmann: „Wenn es gelingt Kaltpressschweißungen bei diesem Hochgeschwindigkeits-Fügeprozess für Kupferwerkstoffe darzustellen, dann wird das der Renner.“