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Hochschule Esslingen Neues Fügeverfahren für Kupferwerkstoffe

| Redakteur: Stefanie Michel

Mit einer neuen Fügetechnik will Martin J. Greitmann, Professor für Werkstoff- und Fügetechnik an der Hochschule Esslingen, die Produktion von Karosserien verbessern. Das so genannte Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen („Nageln“) wird bereits zum Fügen von Stahl- und Aluminiumblechen verwendet.

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Der wissenschaftliche Mitarbeiter des Projekts, Dipl.-Ing. Philipp Skoda (rechts), zeigt Prof. Greitmann eingeschossene Nägel in Proben aus Kupfer.
Der wissenschaftliche Mitarbeiter des Projekts, Dipl.-Ing. Philipp Skoda (rechts), zeigt Prof. Greitmann eingeschossene Nägel in Proben aus Kupfer.
(Bild: C. Mack)

Hierbei wird ein nagelähnliches Fügeelement auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und in nicht vorgelochte Bleche oder Hohlprofile eingetrieben. Dieser Vorgang dauert weniger als eine Millisekunde. Die Voraussetzung für das äußerst schnelle Verfahren: Die Fügeteile müssen eine ausreichende Steifigkeit besitzen, damit sie für das Eindringen des Bolzens eine ausreichende Abstützung bieten.

Materialien sollen ohne Wärme gefügt werden

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, wie Clinchen, Stanznieten oder Crimpverbindungen an Kupferwerkstoffen bereits bei Betriebstemperaturen über 120 °C je nach Grad der Kaltumformung ihre Festigkeit. 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 den Vorteil, dass extern keine Wärme zugeführt werden muss und beim Nageln abhängig vom Prozessablauf werkstoffabhängig auch eine stoffschlüssige Schweißverbindung zu erwarten ist, so Martin Greitmann.

Kombination aus Nageln und Kaltschweißen für die Autoindustrie interessant

Konkrete Ergebnisse wollen Greitmann und sein Forschungsteam bis Herbst 2014 vorlegen. In der zur Zeit 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.“

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