Leichtbau

Transition Joint überbrückt Lücken im Leichtbau

| Autor / Redakteur: Helmut Klemm / Helmut Klemm

Ein Bimetallband aus den zu verbindenden Metallen – ein sogenannter Transition Joint – fungiert als Bindeglied zwischen den zu verbindenden Bauteilen.
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Ein Bimetallband aus den zu verbindenden Metallen – ein sogenannter Transition Joint – fungiert als Bindeglied zwischen den zu verbindenden Bauteilen. (Bild: Fraunhofer-Institut IWS)

Durch die Kombination zweier Fügeverfahren lassen sich Blechteile in Metall-Mischbauweise herstellen. Sie sind leichter als gleichartige geschweißte Teile, aber genauso stabil beim Crash. Die Nahtstellen weisen keine breiten Zonen mit intermetallischen Phasen – und Versprödungen – auf und lassen sich gut umformen.

Stoffschlüssige Verbindungen zwischen verschiedenen Metallen sind bei Leichtbaukonstruktionen sehr gefragt, aber nicht leicht zu realisieren. Mit konventionellen thermischen Fügeverfahren wie etwa dem Schweißen lassen sie sich jedenfalls kaum verlässlich herstellen, denn in diesem Fall entstehen meist breite Zonen intermetallischer Phasen, die oft sehr sprödes Verhalten aufweisen.

Laserstrahlschweißen und Laserinduktionswalzplattieren kombiniert

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden hat jedoch ein Konzept entwickelt, nach dem sich Stahl- und Aluminiumblech mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften verbinden lassen soll. Als Schlüssel für diesen Erfolg gilt die Kombination von zwei Fügeverfahren: dem Laserstrahlschweißen und dem Laserinduktionswalzplattieren. „Mit den beiden Verfahren lassen sich gänzlich verschiedene Metalle in hoher Qualität miteinander verbinden“, sagt Prof. Dr. Berndt Brenner, der am IWS die Abteilung „Randschicht- und Fügetechnologien“ leitet und die beiden Verfahren seit Jahren erforscht und weiterentwickelt.

„Die Kombination der beiden Verfahren eröffnet vor allem für Werkstoffkombinationen aus Stahl und Leichtmetallen neue Anwendungsmöglichkeiten“, führt Prof. Brenner weiter aus. „Im Vergleich zu herkömmlichen thermischen Fügeverfahren weisen die neuen Verbindungen eine deutlich höhere Duktilität auf – eine bessere Umformbarkeit. Sie sind damit prädestiniert für Leichtbaukonstruktionen im Fahrzeugbau oder den Einsatz in potenziell crashbelasteten Zonen eines Fahrzeuges.“

Da mit dem Verfahren linienförmige Verbindungen hergestellt werden, treten die für punktförmige Verbindungen typischen ungewollten Spannungsspitzen nicht auf. Insgesamt wird das neue Verfahren vom IWS als eine wirtschaftliche Alternative zum Widerstandspunktschweißen, Clinchen oder Nieten angesehen und dargestellt.

Die neuen Mischverbindungen entstehen in zwei Stufen

Stahl-Aluminium-Mischverbindungen entstehen nach dem neuen Verfahren in einem zweistufigen Prozess. Im ersten Schritt erfolgt die Herstellung eines Bimetallbandes aus der gewünschten Materialkombination. Dazu werden die zwei bandförmigen Ausgangsmaterialien induktiv vorgewärmt, mit einem speziell geformten Laserstrahl partiell auf Fügetemperatur gebracht und mittels Walzplattieren flächig miteinander verbunden.

Bereits das durch Laserinduktionswalzplattieren hergestellte Band eignet sich für verschiedene Anwendungen: etwa in der Starkstromtechnik, wo Kupfer- und Aluminiumbänder miteinander verbunden werden müssen, oder in der Gleitlagerfertigung, wo Verbindungen aus Stahl und Bronze oder Messing gefordert sind.

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