THEMA DES MONATS adhäsion 7-8/2011 24 Dr. Holger Fricke, Markus Israel D ie allgemeinen Forderungen nach ressourcenschonender Herstellung und energieeffzi- entem Betreiben von Geräten, Maschi- nen und Fahrzeugen führten im Laufe der letzten Jahre zum vermehrten Ein- satz von Leichtbauprinzipien. Mittels partieller oder vollständiger Substitu- tion bisher verwendeter Werkstoffe durch leichtere bzw. festere wird ver- sucht, die Eigenschaften der verfüg- baren Werkstoffpalette im Mix optimal zu nutzen und damit Gewichtsreduzie- rungen zu erreichen. Voraussetzung für den Leichtbau auf der Basis von Mischbauweisen ist, dass Einzelteile aus unterschiedlichen Werkstoffen zu einem Bauteil zusammengesetzt wer- den können. Bisher verwendete, be- währte und preisgünstige Verbindungs- techniken wie das Widerstandspunkt- schweißen oder die Lichtbogenschweiß- verfahren lassen sich zum Verbinden verschiedener Werkstoffe, wie bei- spielsweise Stahl und Aluminium, nicht mehr einsetzen. In der Praxis nutzt man in diesen Fällen oft das Kleben, das Umformfügen oder die Kombina- tion beider Verfahren. Die Kombination aus Kleben und Umformfügen birgt ein großes Potenzi- al. Für Baugruppen aus den Gebieten Haushaltsgerätebau oder Karosseriebau können mit Stanznietkleben, Falzkleben oder Clinchkleben in den Funktionen Festigkeit, Steifgkeit, Dichtheit, Kor- rosionssicherheit, optische Qualität, Crashverhalten und Genauigkeit beson- dere Eigenschaften realisiert werden. Problematisch ist die Unsicherheit über die Prozessstabilität des Hybridfügens, die auf Defzite im Prozessverständnis zurückgeht. In diesem Artikel werden die gegenseitigen Einfüsse von mecha- nischem Fügen und Kleben numerisch herausgearbeitet. Die Ergebnisse der Si- mulationen werden in Experimenten überprüft. Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Ma- terialforschung IFAM, Bremen, brachte sich vorrangig mit der Klebtechnik und der numerischen Simulation ein, das Fraunhofer-Institut für Werkzeugma- schinen und Umformtechnik IWU, Dres- den, mit dem Umformfügen und den experimentellen Arbeiten. Simulation des Hybridfügens In der Technik versteht man unter ei- nem Hybrid ein System, bei dem zwei Technologien miteinander kombiniert werden. Das Hybridfügen ist eine Kom- bination von mindestens zwei elementa- ren Fügeverfahren. Hier werden das Kleben und das mechanische Fügen durch Clinchen, Falzen oder Halbhohl- stanznieten betrachtet. Es gibt drei ver- schiedene Möglichkeiten, eine Hybrid- fügeverbindung zu realisieren: die Ka- pillarmethode, die Fixiermethode und die Sequenzmethode. Kapillar- und Se- quenzmethode werden in der industriel- len Blechverarbeitung kaum angewen- det. Beim Fertigen der Verbindung nach der Fixiermethode wird im ersten Schritt der Klebstoff auf die Fügefäche aufgetragen, bevor und die Bleche zuei- nander ausgerichtet werden. Anschlie- ßend erfolgt die Verbindung der Füge- teile z. B. mittels mechanischer Fügever- fahren. Abschließend wird der Klebstoff ausgehärtet. Nichtschneidende Verfah- ren bieten sich besonders für das Hybridfügen an, da kein austretender Klebstoff die Werkzeuge verschmutzen kann. Die Bleche sind nach dem mecha- nischen Fügen in ihrer Lage zueinander fxiert und können sofort weiter bear- beitet werden. Dieses Vorgehen spart die Haltevorrichtung zur Fixierung der Fügeteile bis zum Aushärten des Kleb- Simulation von Hybridfügeprozessen Unterschiedliche Werkstoffe prozesssicher verbinden Nicht zuletzt vor dem Hintergrund der derzeitigen Leichtbaubemühungen versprechen Hybridfügetechniken, wie zum Beispiel die Kombination des mechanischen Fügens mit dem Kleben, ein großes Einsatzpotenzial. Um nun die Wechselwirkungen der verschiedenen Verfahren mit dem Ziel einer stabilen Prozesstechnik zu erforschen, wurden numerische Untersuchungen durchgeführt und deren Ergebnisse in Experimenten überprüft.