BLECH MIT BLECH VERBINDEN

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1 BLECH MIT BLECH VERBINDEN BLECH MIT BLECH VERBINDEN 70 DRUM PRÜFE, WAS SICH WIE VERBINDET Wegweiser zum passenden Verfahren Feinschliff für die Fügestelle 74 MECHANISCH VERBINDEN Die gute alte Schraube Clipsen und Einrasten Ohne Niete kein Eiffelturm Durchsetzfügen, Toxen, Clinchen Ganz schön verwickelt: Falzen 80 THERMISCH VERBINDEN WIG und Plasma MIG und MAG Punkt- und Buckelschweißen Mit dem Laserstrahl Nicht nur für Bastler: Löten 9 VON NUN AN UND FÜR ALLE ZEIT 68 69

2 Drum prüfe, was sich wie verbindet Vom Teil zum Ganzen: Diese Getriebeteile sind lasergeschweißt. Ein Blechteil kommt selten allein. Fast immer wird es erst in Verbindung mit anderen Teilen zum Bauteil, das seine Funktion erfüllen kann. Und selbst wenn es nur aus einem Teil besteht, enthält es oft Stellen, an denen gefügt werden muss. Gehäuse oder Behälter werden beispielsweise an den Kanten verbunden. Wie gefügt wird, legt der Konstrukteur in Zusammenarbeit mit den Kollegen aus der Produktion fest. Dabei zeigt sich die Vielfalt des Werkstoffs Blech noch von einer ganz anderen Seite: Aufgrund der vielen verschiedenen Materialdicken und -arten stehen zig Fügeverfahren zur Auswahl. Darunter Viele Faktoren bestimmen, welches Fügeverfahren das richtige ist. befinden sich alte Bekannte wie das Schrauben oder das Nieten und konventionelle Schweißverfahren wie MIG- und MAG-Schweißen (Metall-Inertgas- und Metall-Aktivgas- Schweißen). Dazu gehören aber auch vergleichsweise junge Verfahren wie das Laserschweißen oder Exoten wie das Elektronenstrahlschweißen. Für den Laien wirkt diese Vielfalt zunächst wie ein undurchdringlicher Dschungel. Für den Fachmann ist es ein Dschungel mit ausgetretenen Pfaden, die zu Standardanwendungen leiten, und mit vielen Fährten, die zu ungewöhnlichen Lösungen führen. WEGWEISER ZUM PASSENDEN VERFAHREN Konstrukteure müssen viele Faktoren berücksichtigen, um zu entscheiden, welches Verfahren das richtige ist. Leitfragen helfen bei der Auswahl des Verfahrens. Die Verbindung Die ersten Fragen gelten den Anforderungen an die Verbindung: Soll sie lösbar oder unlösbar sein? Lösbare Verbindungen lassen sich ausschließlich mit mechanischen Verfahren herstellen. Sie werden immer dann benötigt, wenn verdeckte Teile zugänglich bleiben sollen, zum Beispiel für Reparaturen. Auf welche Weise und wie stark wird die Verbindung belastet? Druck, Zug, Torsion oder Biegung jede dieser Belastungen kann sich mehr oder weniger stark auf die Fügestelle auswirken. Der Kraftfluss im Werkstück bestimmt, wie empfindlich die Fügestelle ist. Schweißnähte können reißen, wenn die Teile auseinander gezogen werden, sind jedoch unempfindlich, wenn sie auf Druck belastet werden. Die Festigkeit hängt vom Verfahren und vom Anbindungsquerschnitt ab. Zwei Niete halten mehr als einer, aber eine durchgezogene Schweißnaht erweist sich als noch fester. Muss die Verbindung dicht sein? Dichte Verbindungen erfordern entweder eine durchgezogene Schweißnaht oder einen Falz. Feuerlöscher werden zum Beispiel lasergeschweißt, Falze verschließen Konservendosen. Werkstoff und Dicke Welches Verfahren in Frage kommt, hängt auch vom Werkstoff und von der Blechdicke ab. Einige Werkstoffe und Werkstoffkombinationen lassen sich zum Beispiel nicht schweißen: Aluminium und Stahl werden deshalb miteinander verlötet oder durch Umformen verbunden. Kombinationen aus Kunststoff und Blech lassen sich ebenfalls nur mechanisch oder durch Kleben verbinden. Viele Verfahren stoßen bei dicken Blechen an ihre Grenzen. Das gilt für einige Schweißverfahren und für mechanische Verfahren, die mit Umformvorgängen arbeiten. Verformung und Verzug Wo sich das Werkstück beim Schweißen stark erhitzt, verzieht es sich. Wo viele Umformungen die Teile verbinden, verformt sich die Baugruppe möglicherweise aufgrund der mechanischen Belastung. Bei Präzisionsteilen oder besonders großen Teilen macht sich das sehr stark bemerkbar. Hier wendet man bevorzugt die Verfahren an, die das Teil nur minimal oder gar nicht belasten. Prozessbedingungen Aufwand, Qualität, Kosten, Zeit, Produktivität und Automatisierbarkeit sprechen ebenfalls oft für oder gegen ein Verfahren. Diese Kriterien werden dann herangezogen, wenn mehrere Verfahren zur Auswahl stehen 70 Blech mit Blech verbinden 7

3 Eine Henne-Ei-Frage Wenn eine Baugruppe in Serie gefertigt wird, sind Verfahren und Fügestelle genau aufeinander abgestimmt. Doch was stand zuerst fest? Die Auswahl des Verfahrens und die Gestaltung der Fügestelle hängen eng zusammen und beeinflussen sich gegenseitig. Verfahren erfordern eine bestimmte Gestaltung der Fügestelle. Umgekehrt kann auch die Geometrie der Fügestelle vorgegeben sein. Was zuerst festgelegt wird, lässt sich nicht pauschal sagen genau wie bei der philosophischen Frage, ob zuerst die Henne oder das Ei existierte. oder ein Prozess optimiert werden soll. Eine günstige Alternative zum Punktschweißen ist beispielsweise das Toxen, ein mechanisches Durchsetzfügeverfahren. Gesetzliche Vorschriften Für einige Anwendungen gelten gesetzliche Vorschriften wie die Lebensmittelverordnung. Verbindungen, die in Berührung mit Lebensmitteln kommen, müssen völlig frei von Bearbeitungsrückständen oder gesundheitsgefährdenden Stoffen sein. Deshalb werden beispielsweise Konservendosen und Fässer durch Falzen verbunden. FEINSCHLIFF FÜR DIE FÜGESTELLE Sobald der Konstrukteur das Verfahren ausgewählt hat, gestaltet und optimiert er die Fügestelle. Dies ist ein Prozess, der selten linear und oft in mehreren Schleifen abläuft. Fügestelle ausarbeiten Müssen sich die Teile überlappen? Stoßen sie stumpf aneinander? Werden Löcher oder Gewinde gebraucht? Wo sitzen Laschen, und wie viele sind nötig? Mit solchen Fragen setzt sich der Konstrukteur auseinander, wenn er die Fügestelle ausarbeitet. Dabei muss er sicherstellen, dass die Festigkeit der Verbindungen ausreicht, Maße und Toleranzen eingehalten werden und die Fügestelle für die Bearbeitungswerkzeuge gut zugänglich ist. Bearbeitung optimieren Mit der Gestaltung der Fügestelle beeinflusst der Konstrukteur die Bearbeitung. Deshalb sollte er darauf achten, negative Verfahrensmerkmale auszugleichen. Manche Schweißverfahren erhitzen das Werkstück so stark, dass es sich verzieht. Mit unterbrochenen Schweißnähten und einer optimierten Schweißreihenfolge lässt sich der Verzug jedoch verringern. Bei der Montage schraubt es sich schneller, wenn der Monteur die Gewinde gut erreicht. WAS WANN WIE VERBINDEN? Das Fügen steht weit hinten in der Prozesskette, die ein Blechteil durchläuft. Welches Verfahren dabei angewandt wird, entscheidet sich jedoch schon ganz am Anfang: beim Konstruieren. Der Konstrukteur entwirft das Bauteil anhand eines Pflichtenheftes und muss dabei festlegen, was wie verbunden wird. Selten gibt es für das Fügen eine Patentlösung. Zuerst überlege ich, welches Verfahren ich einsetze und welche Festigkeit notwendig ist. Dann gestalte ich die Fügestelle, sagt Jörg Heusel, Konstrukteur und Seminarleiter bei der TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG in Ditzingen. Oft brauche ich dazu mehrere Schleifen, in denen ich optimiere und mich mit den Kollegen aus der Fertigung abstimme. Keine Frage: Fügeverfahren gibt es viele und jedes hat Voraussetzungen. Das lässt sich gut an einem Kasten oder Gehäuse nachvollziehen. Jörg Heusel: Nehmen wir an, die Kanten eines Blechkastens müssen gefügt werden, damit ein stabiles Gebilde entsteht. Was passiert nun bei welchem Verfahren? MIG oder MAG Die Kanten können MIG- oder MAGgeschweißt werden. Wer dabei Nacharbeiten reduzieren will, schweißt von innen und gestaltet die Kanten so, dass sie stumpf aufeinander treffen. Dann entfällt das Verschleifen. WIG oder Laser Bei einem Kasten aus Edelstahl, der als Gehäuse genutzt wird, bietet es sich an, die Kanten von außen im WIG-Verfahren oder im Wärmeleitungsschweißen mit dem Laser zu verbinden. Der Laser erzeugt dabei glatte, abgerundete Nähte, die nicht nachbearbeitet werden müssen. WIG oder Laser Laser-Tiefschweißen Die Kanten werden in Ecknähten I-Nähte halten Seitenteile verschmolzen. und Grundkörper zusammen. Punktuell Schrauben Einrasten Schweißpunkte verbinden Fest und doch wieder lösbar: Die Federn rasten in die Laschen und Seitenwände. Schraubverbindungen Nuten der Lasche ein. Tiefschweißen mit dem Laser Angenommen, der Kasten Schrauben Angenommen, der Kasten müsste sich immer wäre aus Aluminium und müsste gasdicht geschweißt sein, wieder zerlegen lassen, weil er wartungsintensive Apparate dann käme Tiefschweißen in Frage. Dazu müssen die Kanten enthält. Dann werden die Teile zusammengeschraubt. Dazu stumpf aufeinander stoßen. Da die Spalttoleranzen sehr klein legt man Laschen an die Seitenflächen des Kastens und kantet sind, reduziert man die Zahl der Kantungen. sie ab. Die Gewinde werden während der Flachbearbeitung an der Stanzmaschine geformt. Punktuell verbinden Wenn an der Naht geringe Festigkeiten genügen, reicht es, die Teile nur an einigen Punkten zu Einrasten Wenn der Kasten vergleichsweise klein ist, aus verbinden. Dies geschieht entweder durch Punktschweißen sehr dünnem Material besteht und keine besonderen Anforderungen an das Design gelten, genügt eine Rastverbindung. oder Durchsetzfügen, Toxen oder Clinchen. Für diese Verbindungsarten müssen sich die Seitenwände überlappen. Hochstehende Federn rasten in Nuten ein. 7 Blech mit Blech verbinden 73

4 Mechanisch verbinden Einschweißmuttern werden in einem vorgestanzten Kernloch befestigt. Schneller fertig: Gewinde, die an der Stanzmaschine geformt werden Nieten und Schrauben, Falzen, Einrasten, Toxen, Clinchen allein die Palette der mechanischen Verfahren, die in der Blechfertigung eingesetzt werden, ist bereits vielfältig. Mechanische Verbindungen entstehen entweder durch ein zusätzliches Bauteil, das die einzelnen Blechteile zusammenhält, zum Beispiel eine Schraube, oder indem die Blechteile so umgeformt werden, dass sie sich ineinander verhaken, zum Beispiel beim Durchsetzfügen oder beim Falzen. Mechanische Fügeverfahren kommen zum Einsatz, wenn das Werkstück nicht thermisch belastet werden darf, lösbare Verbindungen benötigt werden, sich Materialien oder Materialkombinationen nicht miteinander verschweißen lassen, sie kostengünstiger sind als thermische Verfahren und die gleiche Festigkeit liefern. Jedes Verfahren hat seine Vor- und Nachteile und stellt bestimmte Anforderungen an die Gestaltung der Fügestelle. Eines haben sie jedoch gemeinsam: Bei allen mechanischen Verfahren überlappen sich die Bauteile an den Fügestellen. DIE GUTE ALTE SCHRAUBE Bleche zu verschrauben ist sicher eines der bekanntesten Verfahren und das einzige, das sehr feste Verbindungen erzeugt, die sich trotzdem immer wieder lösen und schließen lassen. Schrauben trifft man häufig da, wo Bereiche abgedeckt werden sollen, aber trotzdem zugänglich bleiben müssen. Zum Beispiel das Gehäuse eines Computers oder die Rückwand einer Waschmaschine. Damit die Schraubverbindung hält, sollte das Gewinde mindestens so lang sein wie der zugehörige Durchmesser der Schraube. Wer Blech verschrauben will, kann das Gewinde auf verschiedenen Wegen herstellen und zwischen vielen Schraubenarten wählen. Hier die gängigsten: Einpress- oder Einschweißmuttern Dort, wo das Gewinde sitzen soll, wird ein Loch vorgestanzt und anschließend eine Mutter an das Blech geschweißt oder ins Blech eingepresst. Damit lassen sich auch große Gewindedurchmesser in dünnen Blechen realisieren. Ist die Mutter mit dem Blech verbunden, braucht die Stelle nicht mehr von beiden Seiten zugänglich zu sein. Gewindeformen Deutlich schneller ist, wer das Gewinde schon auf der Stanzmaschine formt. Die Stanzmaschine stanzt zunächst das Kernloch vor. In einem zweiten Arbeitsschritt formt sie das Gewinde. Bei dünnen Blechen geschieht das oft in einem Durchzug. Das erhöht die Zahl der Gewindegänge und die Stabilität. Blindnietmuttern Blindnietmuttern sind eine Alternative zu Einpress- und Einschweißmuttern. Sie werden verwendet, wenn nur eine Seite der Fügestelle zugänglich ist oder wenn Bauteile aus Aluminium bestehen. Die Blindnietmutter wird zusammen mit einer Schraube ins Kernloch eingeführt. Anschließend wird die Schraube etwas nach oben gezogen. Dabei verformt sich die Blindnietmutter: An der Unterseite der Fügestelle bildet sich ein Wulst. Die Schraube wird nun herausgeschraubt, die Blindnietmutter sitzt fest im Blech. All dies erledigt ein Setzwerkzeug, ein pistolenartiges Gerät, das pneumatisch oder elektrisch betrieben wird. Gewindeschneidschrauben Wer kein Gewinde vorbereiten will, kann auf Gewindeschneidschrauben zurückgreifen. Sie formen oder schneiden sich ihr Gewinde selbst und benötigen dazu nur ein Kernloch. Bohrschrauben gehen sogar noch einen Schritt weiter: Mit ihrer Spitze bohren sie sich auch ihr Kernloch beim Einschrauben selbst. Bei der Montage entstehen Späne, die das Teil verschmutzen. Es muss danach gereinigt werden. Wer Bauteile mechanisch fügen will, hat mehrere Verfahren zur Auswahl, um lösbare oder unlösbare Verbindungen zu erzeugen. Senkkopfschrauben Überall, wo nach dem Schrauben eine ebene Fläche zurückbleiben soll, werden Senkkopfschrauben eingesetzt. Ihr angeschrägter Kopf taucht beim Einschrauben in die Werkstückoberfläche ein. Dazu muss im Blech eine entsprechende Vertiefung, die Ansenkung, vorbereitet Blindnietmuttern werden eingesetzt, wenn nur eine Seite zugänglich ist. 74 Blech mit Blech verbinden 75

5 Einfach verbinden ist intelligent: Manchmal genügen verdrehte Zapfen. Bis der Eiffelturm stand, wurden, Millionen Niete verbraucht. Niete: keine Nieten Ende des 9. Jahrhunderts wurden nahezu alle großen Brücken und Stahlkonstruktionen genietet. Dazu gehört auch der Eiffelturm:, Millionen Niete halten den über 300 Meter hohen Stahlkoloss zusammen. Heute würde man den Eiffelturm wohl eher schweißen. Genietet wird dagegen zum Beispiel im Leichtmetallbau. werden. Lange geschah dies ausschließlich spanend mit Bohroder Fräswerkzeugen. Mit der Stanzmaschine ist man jedoch schneller und benötigt keinen zusätzlichen Fertigungsschritt. Die Ansenkung lässt sich durch Stauchen des Lochrandes herstellen oder indem ein Napf geformt wird. CLIPSEN UND EINRASTEN Clipsverbindungen werden häufig auch als Rastverbindungen bezeichnet. Sie kommen ursprünglich aus der Kunststofffertigung und nutzen dort die elastische Verformbarkeit des Werkstoffes. Da sich dünne Bleche ebenfalls elastisch dehnen und spreizen lassen, funktionieren Clips- und Rastverbindungen hier genauso. Dabei werden Teil und Gegenstück unter Spannung so ineinander geschoben, dass Erhöhungen auf dem Teil unter den Vertiefungen im Gegenstück zum Liegen kommen. Sie rasten hör- und fühlbar ein. Die Verbindung lässt sich vergleichsweise leicht lösen, zumeist von Hand und ohne Werkzeuge. Clips- und Rastverbindungen kennt man vor allem von Verschlüssen an Schachteln. Sie können aber auch bei Gehäusen eingesetzt werden. Die Bauteile lassen sich dann manuell einfach ineinander stecken. Clips- und Rastverbindungen können auch zur Schweißvorbereitung dienen. OHNE NIETE KEIN EIFFELTURM Nieten ist eines der ältesten Fügeverfahren in der Metallbearbeitung. Stahl- und Kesselbau waren zunächst die wichtigsten Einsatzgebiete. Von der Eisenbahnbrücke bis zum Eiffelturm nietete man Ende des 9. Jahrhunderts fast alles. Der klassische Niet wird heute kaum mehr verwendet. Blindniete und Stanzniete sind dagegen weit verbreitet. Das Nietprinzip Niete sind bolzenförmige Teile. Sie werden durch Löcher in die zu verbindenden Teile gesteckt und dann an beiden Enden gestaucht. Durchmesser und Zahl der Niete bestimmen die Festigkeit der Verbindung. Das Material, aus dem der Niet besteht, muss zum Material des Werkstückes passen. Chemische Reaktionen können sonst zu Korrosion am Niet oder am Werkstück führen und die Festigkeit der Verbindung beeinträchtigen. Die traditionellen Niete findet man immer noch im Stahlbau. Sie sind jedoch mit Einschränkungen verbunden. Um nieten zu können, muss die Fügestelle von beiden Seiten zugänglich sein. Außerdem lässt sich das Verfahren nur schwer automatisieren. Blindniete und Stanzniete werden daher in der Blechfertigung wesentlich häufiger eingesetzt. Blindniete Blindniete bieten den Vorteil, dass nur eine Seite der Fügestelle zugänglich sein muss und sich der Setzvorgang gut automatisieren lässt. Der Nietstift steckt in einer Hülse. Die Hülse wird zunächst in das Loch eingeführt. Anschließend wird der Nietstift ein Stück herausgezogen. Dabei verformt sich das Ende der Niethülse. Auf der anderen Seite des Loches entsteht ein Wulst, der die Teile zusammenhält. Der Nietstift wird nach dem Ziehvorgang abgebrochen. Das Werkstück wird dabei kaum mechanisch belastet. Eines der Hauptanwendungsgebiete von Blindnieten ist die Luft- und Raumfahrttechnik, wo automatisiert gefügt wird, nur eine Seite der Verbindung zugänglich ist und gleichzeitig das Material nicht thermisch belastet werden darf. Nietprinzip: Der Niet wird von beiden Seiten gestaucht. Stanzniete Ganz ohne Loch kommen Stanzniete aus. Das untere Ende des Niets ist innen hohl. Der Niet durchstanzt die oberen Materiallagen und wird in der letzten Lage durch die Blindniete halten auch dort, wo nur eine Seite zugänglich ist. 76 Blech mit Blech verbinden 77

6 Elektrowerkzeug zum Durchsetzfügen Falze verbinden die Blechbahnen einer Dachfläche. Matrize aufgespreizt. Da diese Lage nicht durchstanzt wird, entsteht eine gas- und flüssigkeitsdichte, punktförmige Verbindung. Das Verfahren ist emissionsfrei. Es liefert eine hochfeste Verbindung und lässt sich auch bei mehreren Lagen einsetzen. Es eignet sich besonders gut für Materialkombinationen. Stanzniete dringen in die Bleche ein und verhaken sich. DURCHSETZFÜGEN, TOXEN, CLINCHEN Diese Verfahren nutzen die leichte Verformbarkeit von dünnen Blechen. Für die Verbindung werden die Materiallagen umgeformt und teilweise auch eingeschnitten. Eingeschnitten Zum Durchsetzfügen werden die Bleche aufeinander gelegt. In einem kombinierten Stanz-Umform- Vorgang schneidet das Werkzeug einen Steg in beide Bleche und verformt ihn so, dass sich die Bleche ineinander fest verhaken. Durchsetzfügen kann manuell mit Elektrowerkzeugen oder automatisiert geschehen. Je nach Maschine ist die Verformung mehr oder weniger stark sichtbar. Umgeformt Toxen und Clinchen nutzen ebenfalls ein Umformprinzip. Beim Toxen drückt ein flacher, runder Dorn die Blechlagen in eine Matrize mit einer ringförmigen Vertiefung. Dabei werden beide Bleche umgeformt und verhaken sich ineinander. Darüber hinaus gibt es auch Tox-Varianten, bei denen die gegenüberliegende Seite flach bleibt oder bei der ein Niet mit eingeführt wird und so beide Seiten flach sind. Clinchen funktioniert im Prinzip genauso, nur dass die Matrize sich während des Umformvorgangs weitet. Dabei entsteht ebenfalls eine hochfeste und dichte Verbindung. Beide Verfahren lassen sich gut automatisieren. Clinchen wird zunehmend in der Automobilindustrie eingesetzt und ersetzt dort teilweise das Punktschweißen. GANZ SCHÖN VERWICKELT: FALZEN Falzen ist ein bewährtes Fügeverfahren, das bei dünnen Blechen eingesetzt wird. Falzverbindungen sind luft- und flüssigkeitsdicht. Da lediglich die Ränder des Blechteils umgeformt werden, entstehen weder Abfälle noch Schadstoffe. Das Verfahren spielt daher bei der Verpackung von Lebensmitteln eine wichtige Rolle. Konservendosen sind ein bekanntes Beispiel. Weitere typische Anwendungen sind Rohrsysteme von Klima- oder Lüftungsanlagen sowie Fassadenverkleidungen oder Dächer. Je nachdem, ob die Kanten flächig oder winklig aufeinander treffen, setzt man verschiedene Falzarten ein. Stoßbandverbindung, Langfalz und Doppelstehfalz verbinden zwei flache Teile. Pittsburghfalz und Schnappfalz kommen an Ecken zum Einsatz. Meist werden die Teile maschinell vorbereitet und dann ineinander gesteckt. Danach wird der Falz geschlossen. Bei den standardisierten Dosen geht das maschinell. Wenn Blechdächer oder Kanalsysteme gebaut werden, arbeitet man mit Handmaschinen, weil die Teile groß sind und jedes Teil andere Maße hat. Toxen: Die Bleche werden verformt und verhaken sich so ineinander. Falzarten: Stoßbandverbindung, Langfalz, Doppelstehfalz, Pittsburghfalz und Schnappfalz 78 Blech mit Blech verbinden 79

7 Thermisch verbinden Früher schweißte man ausschließlich manuell. Automatisiert schweißen mit dem Laserstrahl Alle thermischen Fügeverfahren nutzen Energie, um die Werkstücke aufzuschmelzen und sie zu verbinden. Einst war das Schmiedefeuer die einzige Energiequelle dafür. Später ersetzte der Gasbrenner die Feuerstelle. Gasschmelzschweißen auch Autogenschweißen genannt zählte zu den ersten Schweißverfahren. Eine Gasflamme schmolz die beiden Metalle und den Zusatzwerkstoff auf. Die Schmelze erstarrte wieder und hinterließ die Schweißnaht. Verfahren in der Blechfertigung In der Blechfertigung kommen heute standardmäßig MIG- und MAG- sowie WIG- Schweißen zum Einsatz. Daneben setzt sich zunehmend das Laserschweißen durch. Punkt- und Buckelschweißen bestechen dadurch, dass dabei allein mit Druck und elektrischem Strom gearbeitet wird. Plasma- und Elektronenstrahlschweißen spielen eine eher untergeordnete Rolle. Sie werden für Spezialanwendungen eingesetzt. In einigen Fällen wird auch gelötet, zum Beispiel dort, wo Werkstoffe mit unterschiedlichen Schmelzpunkten aufeinander treffen. Auswahl des Verfahrens Thermische Verfahren haben eines gemeinsam: Sie erzeugen unlösbare Verbindungen. Darüber hinaus unterscheiden sie sich teilweise sehr stark, so dass es kaum möglich ist, allgemeine Anwendungsregeln zu formulieren. Um das geeignete Verfahren zu finden, werden folgende Faktoren berücksichtigt: Werkstoff Welches Verfahren ist für den verwendeten Werkstoff überhaupt geeignet? Toleranz Wie genau können die Teile gefertigt und positioniert werden? Verzug Wie stark erhitzt sich das Werkstück beim Schweißen? Wie stark verzieht es sich? Vorrichtung und Positionieren Wie aufwendig sind die Vorrichtung und das Positionieren der Bauteile für das Verfahren? I-Naht Bördelnaht Kehlnaht Vorarbeit Wie aufwendig ist es, den Prozess einzurichten? Ecknaht Nacharbeit, Verschleifen Muss die Naht nachgearbeitet werden? Welches Verfahren angewandt wird, hängt auch von Investitionshöhe, Prozessgeschwindigkeit und Nahtqualität ab. Überlappnaht Die Naht An der Fügestelle entsteht beim Schweißen und Löten eine Naht. Wie sie aussieht, hängt davon ab, wie die Kanten aufeinander treffen und welches Verfahren eingesetzt wird. Die Schweißnaht selbst kann ganz durchgezogen werden oder auch aus einzelnen Strichen, Punkten oder anderen Formen bestehen. Welche Nahtform und -art der Konstrukteur wählt, hängt auch von der geforderten Festigkeit der Verbindung ab. Als Faustregel gilt: Die Festigkeit sollte mindestens so hoch sein wie die des Grundwerkstoffs. Bei einer I-Naht bedeutet das, die Einschweißtiefe muss der Blechdicke entsprechen, damit die Naht die geforderte Festigkeit bekommt. Axialrundnaht Radialrundnaht Beispiele für Nahtgeometrien beim Laserschweißen 80 Blech mit Blech verbinden 8

8 Spülbecken mit WIG-geschweißten Kanten MIG- und MAG-Schweißen kennt man aus der Autowerkstatt. Die Schweißraupe Bei vielen Schweißverfahren bildet sich eine geschuppte Nahtoberfläche. Sie erinnert an die Körpersegmente einer Raupe und wird daher als Schweißraupe bezeichnet. Oberflächlich oder tief? Die meisten Schweißverfahren Das Verfahren kann für alle schmelzschweißbaren Werkstoffe schmelzen das Material nur an der Oberfläche auf. Dieser Vorgang wird als Wärmeleitungsschweißen bezeichnet. Typische angewendet werden. Aus wirtschaftlichen Gründen wird es vor allem bei Blechdicken unter 5 Millimetern eingesetzt. Einschweißtiefen liegen bei wenigen Millimetern. Einige Energiequellen dringen jedoch auch tief in das Mate- WIG-Prinzip In der Mitte des WIG-Brenners befindet sich rial ein. Eine dieser Energiequellen ist der Laserstrahl. Er dringt eine Elektrode aus Wolfram. Zwischen Werkstück und Elektrode bis zu 0 Millimeter in Stahlblech vor. Damit lassen sich liegt beim Schweißen eine Spannung an. Die Elektrode ist zum Beispiel tiefe I-Nähte und Überlappnähte durch mehrere negativ gepolt, das Werkstück ist positiv gepolt. Blechlagen schweißen. Die Festigkeit der tiefgeschweißten Beim Schweißen bildet sich zwischen Elektrodenspitze und Nähte ist höher als beim Wärmeleitungsschweißen. Außerdem erreicht man beim Tiefschweißen mit dem Laserstrahl sehr hohe Schweißgeschwindigkeiten. Werkstück ein Lichtbogen, dessen Energie Werkstück und Zusatzdraht schmilzt. Aus einer Düse um die Elektrode tritt das Schutzgas aus. Es unterstützt zunächst die Bildung des Lichtbogens. Gleichzeitig schirmt es den Schweißprozess von WIG UND PLASMA der Luft ab, damit das geschmolzene Metall nicht oxidiert. WIG- und Plasmaschweißen sind verfahrenstechnisch eng WIG-Schweißen: Der Lichtbogen schmilzt Werkstück und Zusatzdraht. Zum WIG-Schweißen wird vor allem Argon eingesetzt. ein Lichtbogen. Beim Plasmastrahl-Plasmalichtbogenschwei- verwandt, haben jedoch unterschiedliche Anwendungen. ßen stehen Elektrode, Plasmagasdüse und Werkstück unter WIG-Schweißen steht für Wolfram-Inertgas-Schweißen Plasmaschweißen Der Plasmabrenner arbeitet ebenfalls Spannung. Dadurch bildet sich sowohl ein Lichtbogen zwi- und wird in der Blechfertigung häufig zum Schweißen von mit einer Wolframelektrode, nutzt jedoch zwei Gase für den schen Elektrode und Werkstück als auch ein Plasmastrahl. Sichtkanten an Edelstählen eingesetzt. Die Kanten verlaufen sehr glatt und müssen oft nicht mehr nachbearbeitet werden. Schweißprozess: den Plasmagasstrom und den Schutzgasstrom. Die Plasmagasdüse umgibt die Elektrode wie beim MIG UND MAG WIG-Schweißen. Die Schutzgasdüse umgibt beide. Beim Plasmastrahlschweißen ist die Wolframelektrode MIG- und MAG-Schweißen steht für Metall-Inertgas- und Metall- Aktivgas-Schweißen. Beide Verfahren arbeiten ebenfalls mit negativ und die Plasmagasdüse positiv gepolt. Das Werkstück Lichtbogen und Schutzgas. Sie unterscheiden sich vom bleibt ohne Spannung. Der Lichtbogen bildet sich jetzt zwi- WIG- und Plasmaschweißen dadurch, dass die Elektrode im schen Wolframelektrode und Plasmagasdüse aus. Er ionisiert Schweißbrenner aus einem Metalldraht besteht, der positiv das Plasmagas, das die Elektrode umströmt. Das ionisierte Gas gepolt ist und beim Schweißen schmilzt. Der Draht wird kon- tritt als Plasmastrahl aus dem Brenner. Plasmastrahlschweißen tinuierlich nachgeschoben. wird oft zum Verbinden von Metallfolien eingesetzt. Geschweißt wird meist manuell mit dem Handbrenner Der Begriff Plasmaschweißen umfasst neben dem Plasmastrahlschweißen noch zwei weitere Verfahren: Plasmalichtbogenschweißen und Plasmastrahl-Plasmalichtbogenschweißen. Beim Plasmalichtbogenschweißen stehen Elektrode und Werk- oder per Roboter. MIG- und MAG-Schweißen sind Standardverfahren, die für sehr viele verschiedene Teile angewendet werden. Ob MIG- oder MAG-geschweißt wird, hängt vom Werkstoff ab: Bauteile aus Aluminium und Edelstahl werden MIG- Beim Plasmastrahlschweißen überträgt der Plasmastrahl die Energie. stück unter Spannung. Wie beim WIG-Schweißen bildet sich geschweißt, Bauteile aus Stählen werden MAG-geschweißt. 8 Blech mit Blech verbinden 83

9 Ein Strahl von Elektronen Elektronenstrahlschweißen ist in der Blechfertigung sehr selten. Geschweißt wird mit einem Strahl aus Elektronen, der sich sehr fein fokussieren lässt und daher hohe Einschweißtiefen erzielt. Das Verfahren ist vergleichsweise teuer, weil es nur im Vakuum die besten Ergebnisse liefert. Es wird vor allem bei Materialien mit Dicken über 0 Millimetern angewendet. Für die gängigen Blechanwendungen hingegen wird der Laserstrahl eingesetzt. Prinzip Im MIG- oder MAG-Brenner liegt die Spannung Eigenschaften und Einsatzgebiete Der Vorteil dieser Beim Buckelschweißen sind in einer Werkstückfläche Schweiß- Vorteile und Voraussetzungen Punkt- und Buckel- zwischen Drahtelektrode und Werkstück an. Die Elektrode ist Verfahren liegt darin, dass sie sowohl manuell als auch mit dem buckel geprägt. Die Oberfläche der Elektroden ist eben. Wo die schweißen kommen ohne Zusatzstoffe wie Gas oder Draht aus. positiv gepolt, weil sich der positive Pol beim Lichtbogen- Roboter nutzbar sind, und dass der Zusatzwerkstoff nicht extra Buckel das Gegenstück berühren, fließt der Strom durch das Die Vorbereitung für das Buckelschweißen ist aufwendiger schweißen stärker erhitzt als der negative. Der Draht schmilzt geführt werden muss. Werkstück. Dort entstehen die Schweißpunkte. Über die Form als die für das Punktschweißen. Die Schweißbuckel müssen so besser. Der Verzug ist allerdings höher als bei anderen Verfahren, des Buckels lässt sich die Form der Verbindung und damit beispielsweise während der Flachbearbeitung an der Stanz- Beim MIG-Schweißen wird Argon als Schutzgas eingesetzt. weil sehr viel Energie ins Werkstück eingebracht wird. Wenn auch die Festigkeit beeinflussen. Es gibt auch ringförmige maschine eingeprägt werden. Für beide Schweißverfahren Der geschmolzene Draht gelangt dabei in kleinen Tropfen auf viele Schweißnähte im Werkstück sind, muss die Schweißrei- oder längliche Buckel. muss die Fügestelle von beiden Seiten zugänglich sein. das Werkstück. Beim MAG-Schweißen enthält das Schutzgas Argon Anteile von Kohlendioxid oder Sauerstoff. Dadurch henfolge so gewählt werden, dass die Wärme sich gleichmäßig im ganzen Werkstück verteilt. MIG- und MAG-geschweißte Darüber hinaus lassen sich immer nur zwei Bleche miteinander verbinden, und die Blechdicke ist eingeschränkt. Außer- schmelzen größere Tropfen vom Draht ab. Je nachdem, wie Sichtkanten müssen anschließend verschliffen werden. dem müssen sich die Werkstücke überlappen. Bei Nähten weit der Draht aus der Düse ragt und welchen Abstand er zur mit hoher Festigkeit sind sehr viele Punkte nötig, hier sinkt Werkstückoberfläche hat, bilden sich kurze oder lange Licht- PUNKT- UND BUCKELSCHWEISSEN die Prozessgeschwindigkeit deutlich. bögen aus, in denen der Draht unterschiedlich abschmilzt. Außerdem beeinflusst der Winkel, in dem der Brenner zum Neben dem Lichtbogen gibt es weitere Arten, die zum Schweißen notwendige Energie ins Werkstück einzubringen, zum Bei- MIT DEM LASERSTRAHL Werkzeug steht, das Nahtergebnis. Damit kann der Schweißer spiel durch elektrischen Strom kombiniert mit Druck. Zu diesen Laserschweißen stieß erst in den 970er Jahren zur Familie die Nahttiefe und das Aussehen der Naht variieren von flach Verfahren gehören das Punkt- und Buckelschweißen. der Fügeverfahren. Der Laser ist sehr flexibel einsetzbar: Mit bis tief und von glatt bis geschuppt. Punkt- und Buckelschweißen bieten sich überall dort an, ihm lassen sich feine Schweißpunkte von einem Millimeter wo dünne Blechteile verbunden werden sollen und keine Durchmesser ebenso wie meterlange tiefgeschweißte Nähte durchgängige Naht erforderlich ist. Beide Verfahren sind einfach zu handhaben und lassen sich gut automatisieren. In der Punktschweißen: Strom schmilzt die Bleche lokal auf. fertigen. Dabei entstehen sehr schlanke Nahtgeometrien mit einem großen Tiefe-Breite-Verhältnis. Der Verzug ist minimal. Automobilindustrie wird beispielsweise viel punktgeschweißt. Ein weiterer Vorteil: Der Laser schweißt enorm schnell. Auf Laserschweißnähte und -schweißpunkte trifft man Prinzip Punkt- und Buckelschweißen funktionieren nach daher an ganz verschiedenen Stellen: in Kreuzfahrtschiffen, dem gleichen Prinzip: Zwei Elektroden nehmen das Werkstück in die Zange. Sie greifen es von beiden Seiten und drücken es zusammen. Dann fließt ein kurzer, hoher Schweißstrom von Elektrode zu Elektrode durch das Werkstück. Das Metall ICE-Zügen, Getriebeteilen von Pkw und Lkw, Airbaghülsen, Herzschrittmachern, elektronischen Bauteilen, Fernsehbildröhren, und, und, und. erwärmt sich durch den elektrischen Widerstand und schmilzt Prinzip Beim Laserschweißen dient der fokussierte Laser- auf. Dabei entsteht eine punktförmige Verbindung mit linsenförmigem Querschnitt. Beim Punktschweißen sind die Flächen der Werkstücke eben. Elektroden mit einer gewölbten Oberfläche leiten den strahl als Energiequelle. Der Laserstrahl wird im Schweißkopf mit Hilfe eines Spiegels oder einer Linse gebündelt. Dafür, dass kein Schmutz auf den Spiegel oder die Linse gelangt, sorgt der Crossjet, ein Gasstrom, der quer durch den Laser- Beim MIG- und MAG-Schweißen schmilzt die Drahtelektrode. Strom gezielt an eine Stelle. Buckelschweißen: Wo die Schweißbuckel sind, entsteht die Verbindung. kopf fließt. 84 Blech mit Blech verbinden 85

10 Preisfragen Manche Verbindungen dürfen viel kosten, andere fast gar nichts. Die Schweißnaht, die den 5 Zentimeter dicken Stahlkörper eines Abklingbeckens in einem Atomreaktor zusammenhält, kostet mehrere Zehntausend Euro. Die Laserschweißpunkte in der Halogenglühlampe eines Autos kosten dagegen weniger als Cent. Wo der gebündelte Laserstrahl auf das Werkstück trifft, schmilzt er es auf. Fokusdurchmesser, Fokuslage, Laserleistung und LOSGRÖSSE EINS AUCH BEIM LASERSCHWEISSEN leitungsschweißen mit dem Festkörperlaser in einer Roboter- Schweißgeschwindigkeit sind die wesentlichen Parameter, die zelle sowie Tiefschweißen mit dem CO -Laser in einer koordi- Nahttiefe und -breite bestimmen. Komplexe Technik, wenig flexibel, lohnt sich nur bei hohen natengeführten 3D-Laserschweißanlage. Während der Bearbeitung wird die Schweißnaht in der Stückzahlen das denkt so manch einer vom Laserschweißen. Jürgen Herre geht voraus. Beginnen wir mit dem Tief- Regel durch ein Schutzgas vor Reaktionen mit der Luft ge- Zu Unrecht! Alles Vorurteile, die durch Informationslücken schweißprozess. Auf dieser 3D-Anlage werden Maschinen- schützt. Weitere Gase die so genannten Arbeitsgase können entstehen, meint einer, der es wissen muss: Jürgen Herre, komponenten im Tiefschweißverfahren geschweißt: komplexe den Schweißprozess unterstützen und steuern. Je nach- Leiter der Blechfertigung bei der TRUMPF Werkzeugmaschinen Blechbaugruppen mit bis zu 50 Schweißnähten, die insgesamt dem, welche Nahtart geschweißt werden soll, und wie groß GmbH + Co. KG in Ditzingen. Zwar stimmt es, dass Laser- bis zu 70 Meter lang sind. Auf der Anlage werden rund 5 der Spalt zwischen den Bauteilen ist, wird mit Zusatzwerk- schweißen lange ausschließlich bei speziellen Teilen in der unterschiedliche Baugruppen und Varianten geschweißt: stoffen gearbeitet. Großserie eingesetzt wurde, aber nun erobert das Verfahren Querträger von Flachbettlaserschneidanlagen, Ausleger von die flexible Blechfertigung. 3D-Anlagen und Pinolen. Flexible Blechfertigung bedeutet, unterschiedliche Bau- Um so flexibel fertigen zu können, bedarf es einiger Vorbe- gruppen in unterschiedlichen Losgrößen herzustellen, erläutert Herre beim Gang durch die Produktionshalle. Wir setzen bei reitung: Die Konstruktionen wurden für das Laserschweißen optimiert, Spannvorrichtungen konstruiert. Gespannt wird an Ein Festkörperlaser schweißt die Abdeckhaube eines CO -Lasers. uns die beiden typischen Laserschweißprozesse ein: Wärme- einem separaten Arbeitsplatz, Checklisten an der Wand zeigen die richtige Reihenfolge. Das vereinfacht die Sache und sichert die Qualität, kommentiert Herre. Vereinfachen auch beim Die Kanten der Haube werden per Wärmeleitungsschweißen Positionieren. Meterlange Bauteile auf den Zehntelmillimeter verschmolzen. Auch hier zeigen sich die Vorteile des Laser- genau auszurichten ist kaum möglich. Damit der feine Laser- schweißens deutlich: 60 Minuten manuelles WIG-Schweißen strahl trotzdem die Naht trifft, misst ein Sensor den Naht- wurden durch 6 Minuten Laserschweißen ersetzt. Das Ergebnis: verlauf. Anschließend wird das NC-Programm mit den neuen abgerundete Kanten in konstanter Qualität, die nicht mehr Werten automatisch aktualisiert. Nun beginnt der Laserstrahl seine Arbeit. Jürgen Herre schildert die Vorteile gegenüber dem Anlagenvorgänger, einem MAG-Roboter: Höhere Schweiß- nachbearbeitet werden müssen. Wir haben mit beiden Anlagen sehr gute Erfahrungen gemacht, freut sich der Fertigungsleiter. Deshalb heißt das Ziel, nach und nach alle Baugruppen geschwindigkeit, weniger Verzug und keine Nacharbeit sind auf Laserschweißen umzustellen. die wichtigsten Vorteile des Laserschweißens. Ohne die Nacharbeit fallen auch Liege- und Transportzeiten weg. Laserschweißen macht die Maschinenkomponenten zudem leichter, weil sie Bleibt nur noch die Frage: Wer sollte den Einstieg wagen? In jedem Unternehmen, in dem viel geschweißt wird, lohnt es sich zu prüfen, ob sich Laserschweißen rechnet, empfiehlt jetzt in Leichtbauweise konstruiert sind. Danach geht es weiter zur Roboterzelle: Dort schweißt ein Herre. Je nach Baugruppe setzen wir Laserschweißen schon bei Stückzahlen von 30 Baugruppen pro Jahr und Losgrößen Rund 50 Tiefschweißnähte halten den Querträger zusammen. Festkörperlaser Abdeckhauben für CO -Laser zusammen. ab Stückzahl ein. Laserschweißen mit Schutzgas und Zusatzdraht 86 Blech mit Blech verbinden 87

11 Wärmetauscher sind häufig lasergeschweißt. Typische Aufgabe: Laserschweißen von Getriebeteilen 3 Querschliff einer Laserschweißnaht unter dem Mikroskop Tiefschweißen Der Laserstrahl kann sowohl flache Nähte (Wärmeleitungsschweißen) als auch tiefe Nähte (Tiefschweißen) erzeugen. Zum Tiefschweißen werden sehr hohe Leistungsdichten von über 000 Kilowatt pro Quadratzentimeter benötigt. Dann verdampft ein Teil des Metalls. Der abströmende Dampf übt Druck auf die Schmelze aus und verdrängt sie teilweise. Das Werkstück schmilzt tiefer auf. Ein schmales, dampfgefülltes Loch bildet sich: die Dampfkapillare, die auch als Keyhole (englisch für Schlüsselloch) bezeichnet wird. Sie ist von Metallschmelze umgeben. Wenn sich der Laserstrahl über die Fügestelle bewegt, bewegt sich die Dampfkapillare durch das Material. Die Schmelze erstarrt an der Rückseite. Infrarot und beträgt 0,6 Mikrometer. Typische Ausgangsleistungen zum Schweißen beginnen bei etwa Kilowatt und reichen bis zu 0 Kilowatt und mehr. CO -Laser bewähren sich vor allem dann, wenn hohe Leistungen im Dauerstrichbetrieb bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten erforderlich sind, zum Beispiel beim Schweißen von Rohren, beim Dichtschweißen von Wärmetauschern oder beim Tiefschweißen von Getrieben. Festkörperlaser haben eine Wellenlänge von,06 Mikrometern. Sie liegt sehr nahe am sichtbaren Bereich und bietet zwei Vorteile. Zum einen wird der Laserstrahl gut von Bunt- und Edelmetallen absorbiert. Deshalb wird der Festkörperlaser häufig in der Schmuckindustrie eingesetzt. Zum anderen lässt sich der Laserstrahl in Laserlichtkabeln flexibel und geschützt führen. Das macht ihn für die Automatisierung mit Industrierobotern interessant. Besondere Bedeutung haben Festkörperlaser in der Automobilindustrie. Dort schweißen Industrieroboter Karosserieteile mit Festkörperlasern, die im Dauerstrichbetrieb arbeiten. Festkörperlaser werden auch zum Wärmeleitungsschweißen eingesetzt, etwa bei Sichtkanten an Edelstahlteilen. Weitere Einsatzgebiete finden sich dort, wo es filigran wird, zum Beispiel in der Feinwerktechnik und in der Elektronik. Hier kommen gepulste Festkörperlaser zum Einsatz, die sehr kurze Pulse mit hohen Leistungen von 5 Kilowatt und mehr erzeugen. Vorteile und Anwendungen Geringer Verzug, hohe Prozessgeschwindigkeiten, Flexibilität und feine Schweißnähte, das sind die Vorteile des Laserschweißens. Laserschweißnähte müssen in der Regel nicht nachbearbeitet werden und sind darüber hinaus gas- und flüssigkeitsdicht. Geschweißt werden vor allem metallische Werkstoffe wie Baustahl und Edelstahl, Aluminium und Aluminiumlegierungen, Titan und Titanlegierungen sowie Bunt- und Edelmetalle. Das eröffnet dem Laserschweißen ganz unterschiedliche Anwendungsbereiche: angefangen bei den feinen Schweißpunkten in einer Halogenglühlampe über die Schweißnaht im Feuerlöscher bis hin zu meterlangen Schweißnähten in Maschinen oder Flugzeugen. Laserschweißen geschieht meist automatisiert in Laserschweißanlagen oder mit Hilfe von Schweißrobotern. Kleinere Schweißaufgaben mit einzelnen Schweißpunkten oder kurzen Nähten können auch an Handschweißplätzen erledigt werden. Welcher Laser wofür? Zum Laserschweißen werden meist CO -Gaslaser und Festkörperlaser eingesetzt. Sie unterscheiden sich in Wellenlänge, Strahlführung und Anwendungsbereichen. Die Wellenlänge des CO -Lasers liegt im fernen Wärmeleitungsschweißen (links) und Tiefschweißen (rechts) Voraussetzungen Der Durchmesser des Laserstrahls beträgt im Fokus nur wenige Zehntelmillimeter. Zwischen den Bauteilen, die verbunden werden, darf nur ein minimaler Spalt bleiben. Außerdem sollte die Spaltbreite nicht schwanken. 3 3 mm 88 Blech mit Blech verbinden 89

12 Schweißroboter mit Laserlichtkabel Gemeinsam schweißen Laser und MIG-Brenner riesige Schiffsdecks. 3 Diese Heckklappe eines Pkw wird lasergelötet. 4 Lötnähte verbinden auch unterschiedliche Werkstoffe problemlos und haben sehr glatte Oberflächen. Der Laserstrahl nimmt s sehr genau. Wenn das Werkstück nicht auf den Zehntelmillimeter genau positioniert ist, kann das bedeuten, dass er die schmale Nahtstelle nicht trifft. Deshalb arbeiten Sensoren mit der Steuerung zusammen. Bevor geschweißt wird, fährt der Schweißkopf die Naht ab. Dabei misst der Sensor Position und Verlauf der Naht und leitet die Daten an die Steuerung weiter. An diese Daten wird das NC-Programm automatisch angepasst. Jürgen Herre, Blechfertigung Daher sind die Vorbereitung der Werkstücke und das Positio- Prinzip Beim Löten werden zwei Kanten miteinander durch nieren beim Laserschweißen vergleichsweise aufwendig. einen Zusatzwerkstoff, das so genannte Lot, verbunden. Die Für konstante Qualität sorgen Sensoren. Sensoren, die Schmelztemperaturen des Lotwerkstoffes und der Bauteil- den Nahtverlauf verfolgen, erkennen Abweichungen vom pro- werkstoffe liegen weit auseinander. Deshalb schmilzt bei der grammierten Verlauf und regeln die Position des Laserstrahls. Bearbeitung nur das Lot. Es fließt in den Kantenzwischen- Sie gleichen Kanten- und Positionierungenauigkeiten aus. raum und verbindet sich mit der Oberfläche des Werkstücks Andere Sensoren messen die Ausdehnung des Schmelzbades (Diffusionsverbindung). Die Festigkeit der Verbindung ent- und erkennen so, ob der Schweißprozess in den definierten spricht der des Lotwerkstoffs. Mit Hartloten, zum Beispiel Grenzen abläuft. Darüber hinaus können weitere Sensoren aus Kupfer und Zink, lassen sich ähnlich hohe Festigkeiten eingesetzt werden, die die erstarrte Schweißnaht prüfen und wie beim Schweißen erzielen. gute von schlechten Nähten unterscheiden können. Zum Löten eignen sich Laser sowie MIG- und Plasmabrenner. Dabei setzt sich immer öfter der Laser durch, weil er Laser plus X Bei Spezialanwendungen kommt der Laser- hohe Lötgeschwindigkeiten erzielt und hochwertige Lötnähte strahl zusammen mit anderen Schweißverfahren zum Einsatz. erzeugt. Zum Laserlöten werden neben Festkörperlasern auch Solche Kombinationen nennt man Hybridverfahren. Hochleistungsdiodenlaser eingesetzt. Ein Beispiel: Im Schiffsbau werden große Blechplatten mit bis zu 0 Meter Länge und 5 Millimeter Dicke verschweißt. Vorteile und Anwendungen Beim Löten muss nur eine Die Spaltabstände sind so hoch, dass der Laserstrahl sie allein Seite zugänglich sein. Der dünne Spalt zwischen den Bauteilen nicht überbrücken kann. In diesem Fall kombiniert man MIG- wirkt wie eine Kapillare. Das flüssige Lot wird dadurch in den 3 Schweißen und Laserschweißen. Der Laser liefert die Energie Spalt gezogen. für hohe Einschweißtiefen. Er erlaubt hohe Schweißgeschwin- Die Oberfläche des Lots wird sehr glatt und sauber. Sie digkeiten und reduziert so den Verzug. Der MIG-Brenner bildet geschwungene Übergänge zum Werkstück. Die Lötnaht überbrückt den Spalt und schließt die Fuge. Insgesamt ist muss nicht mehr nachbearbeitet werden. Diesen Vorteil nutzt das Hybridverfahren schneller als das reine MIG-Schweißen, man in der Automobilindustrie. Lötnähte finden sich an Heck- und die Teile verziehen sich weniger. Um das optimale Hybrid- klappen oder an Autodächern. Vor dem Lackieren wird das verfahren zu finden und den Prozess einzufahren, wird häufig Karosserieteil lediglich gereinigt. viel Zeit und Geld investiert. Ein anderer Anwendungsbereich für das Löten ist die Mischbauweise. Werkstücke aus unterschiedlichen Materia- NICHT NUR FÜR BASTLER: LÖTEN lien lassen sich oft schlecht oder gar nicht miteinander ver- Lötkolben findet man nicht nur in Hobbykellern passionierter schweißen, zum Beispiel Verbindungen von Aluminium mit Bastler. Auch Blechbauteile lassen sich durch Löten verbinden. Stahl. Die Werkstoffe haben unterschiedlich hohe Schmelz- Anders als beim Schweißen wird dabei nicht das Werkstück, sondern nur der Zusatzwerkstoff geschmolzen. punkte und unterschiedlich viskose Schmelzen. Löten ist die passende Alternative, weil nur das Lot schmilzt. 4 0,5 mm 90 Blech mit Blech verbinden 9

13 Von nun an und für alle Zeit PC-Gehäuse ein Schweißteil, das jeder kennt Mit dem Laser geschweißt: ein Kreuzfahrtschiff Verbindungen sollen möglichst lange halten. Das können Jahrzehnte oder Jahrhunderte sein wie beim Eiffelturm. Manchmal genügen auch wenige Jahre. Ähnlich ist es bei den Fügeverfahren. Einige halten sich als Standardverfahren über viele Jahrzehnte hinweg, andere werden für spezielle Anwendungen entwickelt und bleiben unter Umständen Exoten. Bei einem derart facettenreichen Thema fällt es schwer, allgemeine Aussagen über zukünftige Entwicklungen zu treffen. Angemessener Aufwand Für die meisten produzierenden Unternehmen lautet der größte aller Trends, Kosten zu sparen bei hoher Qualität und Funktionalität der Verbindung. Dazu werden Arbeitsgänge optimiert und automatisiert sowie aufwendige Verfahren, wo möglich, durch günstigere ersetzt. Zwei Beispiele: Bei einem Maschinenhersteller wurde die Abdeckhaube eines Lasers lange Zeit abgekantet und an den Sichtkanten WIG-geschweißt. Jetzt fertigt man alle Flächen einzeln, positioniert diese mit Vakuum-Saugern an einer Vorrichtung und schweißt dann mit dem Festkörperlaser. Allein die Entwicklung der Vorrichtung nahm mehrere Monate in Anspruch. Trotzdem rechnet sich diese Vorgehensweise. Der Festkörperlaser schweißt schneller und produziert noch hochwertigere Kanten. Die einzelnen Teile müssen nicht mehr abgekantet werden, sondern kommen direkt von der Stanzmaschine. Andere gehen den umgekehrten Weg und beweisen: Hightech heißt nicht immer Schweißen. In der Automobilindustrie wird zum Beispiel das Punktschweißen an einigen Stellen durch Durchsetzfügeverfahren ersetzt. Kleben Kleben ergänzt die mechanischen und thermischen Fügeverfahren und gewinnt in vielen Branchen an Bedeutung. Bei der Verbindung Blech mit Blech dient das Kleben mehr der Arbeitsvorbereitung und wird als Ergänzung zu anderen Verfahren eingesetzt, etwa in Kombination mit Punktschweißen. Auf weitere Anwendungen stößt man, wenn man über die reine Verbindung von Blechen hinausblickt. Wo Metall auf Kunststoff trifft, wird ebenfalls häufig geklebt. Für Verbindungen, die mechanisch beansprucht werden, werden so genannte Konstruktionskleber eingesetzt. Sie sind in der Lage, Kräfte zu übertragen, und halten daher Belastungen wie Scherung, Torsion oder Schälung stand. Die Eigenschaften des Klebstoffs bestimmen die Eigenschaften der Verbindung. Kleber können hart, flexibel oder zäh sein. Kleben bringt jedoch nicht nur Vorteile: Für feste Verbindungen braucht es vergleichsweise große Klebeflächen. Außerdem muss sichergestellt sein, dass der Kleber hohen Betriebstemperaturen standhält und durch Verschmutzungen nicht angegriffen wird. Das Recycling geklebter Teile kann auch umständlich sein, da der Kleber die Metalle chemisch verunreinigt. Deshalb werden Klebstoffe die anderen Fügeverfahren nicht ersetzen, sondern sie weiterhin ergänzen. In Bewegung Unter den neueren Fügeverfahren verzeichnet das Laserschweißen hohe Zuwachsraten. Diese Entwicklung wird sich weiter fortsetzen, da das Verfahren sich immer einfacher handhaben lässt. Blechdicken, Werkstoffe und Teile verändern sich ständig, und mit ihnen verschieben sich die prozentualen Anteile der eingesetzten Fügeverfahren. Für den Lohnfertiger sind Standardverfahren wichtig, die er flexibel handhaben kann. Für den, der ein Teil in großen Stückzahlen fertigt, sind es die speziell für die Anwendung optimierten Verfahren. 9 Blech mit Blech verbinden 93