Technische Produkte wie Fahrzeuge bestehen aus einer Vielzahl an Werkstoffen. Dazu zählen unterschiedliche Metalle, Kunststoffe oder Verbundwerkstoffen. Die logische Konsequenz aus dieser Diversität ist, dass die Anforderungen an die Fügetechniken, die die unterschiedlichen Werkstoffe zusammenhalten, in den letzten Jahrzehnten deutlich erhöht wurden. In der logischen Konsequenz müssen in der Automobilproduktion nun viele unterschiedliche Fügetechniken eingesetzt werden, um den immer weiter steigenden Anforderungen gerecht zu werden.
Dabei besteht eine Möglichkeit der Gliederung der Fügetechniken darin, zu betrachten wie die Art der Verbindung funktioniert. Zu unterscheiden gilt es zwischen kraft-, form- und stoffschlüssigen Verbindungen.
Bei stoffschlüssigen Verbindungen wird eine feste chemische Bindung zwischen den zu verbindenden Stoffen erzeugt. Dadurch sind beide in einer bestimmten Lage zueinander fixiert. Beispiele hierfür sind das Schweißen oder das Kleben.
Kraftschlüssige und formschlüssige Verbindungen unterscheiden sich in der Art wie sie die Bewegung der einzelnen Teile beeinflussen. Bei formschlüssigen Bindungen wird der Zusammenhalt durch andere Teile räumlich forciert. Als Beispiel für diese Art der Bindung zählen unter anderem Nieten, Stanznieten oder Clinchen. Bei kraftschlüssigen Bindungen wird durch eine äußere Kraft eine Reibkraft erzeugt, welche die Bewegung beeinträchtigt. Ein anschauliches Beispiel hierfür wäre ein Spanngurt.
Die Unterscheidung zwischen form- und kraftschlüssigen Bindungen ist nicht immer eindeutig möglich, so besitzt das Nieten auch in gewissem Maße eine kraftschlüssige Komponente.
Neben dieser Gliederung gibt es auch noch weiter Möglichkeiten die Fügemethoden zu unterscheiden, wie beispielsweise nach der Auflösbarkeit der Bindung.
Im Folgenden sollen die wesentlichen Fügemethoden kurz erläutert werden.
Widerstandspunktschweißen
Beim Punktschweißen werden die zwei zu verschweißenden Bleche mittels einer Schweißzange stark zusammengedrückt, sodass die Metallplatten nichtmehr gegeneinander verschoben werden können. Wichtig hervorzuheben ist dabei die Zange, denn ihre Backen bestehen aus Elektroden. Sobald die Zange ausreichend Druck auf den Verbindungspunkt aufbringt, wird zwischen den Elektroden ein Stromfluss erzeugt. Aufgrund des hohen Stroms durch die Metalle erhitzen sich diese stark. An der Kontaktfläche bildet sich durch die Hitze und den Druck eine Schweißlinse, die für die dauherafte Bindung verantwortlich ist.
Das Punktschweißen ist ein gut automatisierbares Verfahren, dass vor allem in der Automobilindustrie Verwendung findet. Die stoffschlüssige Verbindung überzeugt vor allem durch die hohe Festigkeit der Bindung und der Tatsache, dass bei vergleichbare Fügeverfahren wie dem MIG- oder MAG-Schweißen zusätzliches Material nötig ist, um die Bindung zu erzeugen.
MIG/MAG-Schweißen
MIG- beziehungsweise MAG-Schweißen gehört zur Gruppe des Metall-Schutzgasschweißens. Dabei handelt es sich um ein spezielles Schweißverfahren, bei dem unter Zugabe eines Gases eine Gastraube um die zu verscheißende Stelle erzeugt wird. In dieser Gastraube kann ein Draht unter hoher Hitze geschmolzen werden. Diese Schmelze ist für die Verbindung zwischen den zu verschweißenden Metallplatten verantwortlich. Die besondere Wirkung der Gastraube besteht dabei darin, dass sie die Wechselwirkung der Metalle mit dem in der Luft befindlichen Sauerstoff verhindert. Würde dieser mit den Platten reagieren können, so würden diese Metallplatten eine Rostschicht ausbilden, was nicht förderlich für die Langlebigkeit und Belastbarkeit des Metalls ist.
MIG-Schweißen unterscheidet sich von MAG-Schweißen in der Auswahl der verwendeten Gasgruppe. Beim MIG-Schweißen werden sogenannte inerte Gase genutzt, d.h. Gase, die sehr reaktionsträge sind und somit weder mit dem Draht noch mit den Metallplatten reagieren. Das MAG-Schweißen hingegen setzt auf aktive Gase, die mit den Materialien in der Gastraube wechselwirken. Abhängig vom ausgewählten Gas und der Materialien können somit Vorteile erreicht werden, in dem zum Beispiel eine versiegelnde Schicht auf den Materialien gebildet wird.
Im Vergleich zum Punktschweißen können somit also nicht nur Punktverbindungen erzeugt werden, sondern auch Schweißnähte kreiert werden. Auch beim MIG- beziehungsweise MAG-Schweißen handelt es sich um eine stoffschlüssige Verbindung, die jedoch zusätzliche Materialien in Form von einem Schweißdraht und dem Schutzgas benötigt.
Kleben
Auch das Kleben gilt als stoffschlüssiges Fügeverfahren, da der Kleber jeweils zu den Platten eine Bindung aufbaut. Das Kleben benötigt dabei keine hohen Temperaturen wie vergleichbare Schweißverfahren wie das MIG- oder MAG-Schweißen. Einzig der Kleber, Druck und Zeit werden benötigt. Nachdem der Kleber aufgebracht wurde, kann das Gegenstück angepresst werden. Nach einer gewissen Zeit ist der Kleber vollständig ausgehärtet und die Verbindung ist stabil. Diese Zeit ist abhängig vom verwendeten Klebstoff.
Im Vergleich zu Schweißverfahren ist das Kleben eine sehr neue Fügemethode. Obwohl die erreichbare Festigkeit im Vergleich zu Schweißverfahren niedriger ist und die Verbindung oftmals besonders gegen Umweltflüsse wie starke Temperaturschwankungen oder Feuchtigkeit anfällig ist, wird beispielsweise in der Automobilindustrie stark auf dieses Fügeverfahren gesetzt. Besonders durch die schnelle, leichte und kostengünstige Anbindung kann das Kleben im Vergleich zu seinen Konkurrenten überzeugen.
Nieten
Im Gegensatz zu den bisher vorgestellten Fügeverfahren, gehört das Nieten zu den formschlüssigen Bindungen. Das bedeutet, wie eingangs beschrieben, dass die zu fügenden Teile räumlich durch die Niete forciert werden, indem die Niete plastisch, also dauerhaft, verformt wird.
Beim Nieten ist stets eine Bohrung in beiden Blechen notwendig, durch die die Niete geschoben werden kann. Nachdem die Niete durch das vorgebohrte Loch geschoben wurde, werden sowohl die Bleche als auch der Setzkopf der Niete unter hohem Druck fixiert. Die meisten Nieten besitzen schon einen vorgefertigten Setzkopf, sodass beim Nietvorgang am anderen Ende der Niete durch Bearbeitung mit unterschiedlichen Werkzeugen ein Schließkopf entsteht. Dadurch können, im Gegensatz zu den üblichen Schweißverfahren, auch Bleche unterschiedlicher Materialien und Dicken zusammengefügt werden. Mittlerweile bietet der Markt eine Vielzahl von Nieten an, die sich in Form, Länge, Dicke und Anwendungsbereich unterscheiden. Die wichtigsten Nieten sind dabei die Voll- und Hohlnieten.
Stanznieten
Das Stanznieten ist sehr ähnlich zum normalen Nieten, denn auch dieses Fügeverfahren gehört zur Klasse der formschlüssigen Bindungen. Zunächst werden beide Bleche zueinander Lage richtig positioniert. Im Anschluss wird die Stanzniete durch einen Stempel an dem zu verbindenden Punkt mit hohem Druck in eine Matrize gedrückt. Zwischen Stempel und Matrize befinden sich die zwei Bleche. Durch den hohen Druck des Stempels bahnt sich die Stanzniete den Weg durch die Beiden Bleche und wird durch Gegendruck der Matrize so geformt, dass sich eine stabile, punktförmige Verbindung ausbildet.
Besonders hervorzuheben ist hier, dass im Gegensatz zum normalen Nieten keine vorgefertigte Bohrung notwendig ist. Das Stanznieten kann zwei Bleche lediglich mit einer Stanzniete und der richtigen Vorrichtung zusammenfügen.
Clinchen
Beim Clinchen sind weder eine vorgefertigte Bohrung noch eine Niete notwendig, denn die formschlüssige Verbindung wird durch die plastische Verformung der beiden Bleche erreicht. Ähnlich wie beim Stanznieten wird am Verbindungspunkt ein besonders geformter Stempel mit hohem Druck in das Gegenstück, nämlich die Matrize, gedrückt. Unter den hohen ausgeübten Kräften verformen sich beide Bleche so, dass die besondere Geometrie der Verbindung auch nach der Kraftaufbringung beständig bleibt und sich nicht selbstständig wieder lösen kann. Die Festigkeit der Bindung beim Clinchen wird durch die Deformation der Bleche erreicht.
Dadurch erreicht das Clinchen eine sehr feste Bindung, ohne dabei eine Bohrung oder eine Niete zu benötigen. Nieten, Stanznieten und Clinchen findet durch die einfache Umsetzung der Bindung und die gute Automatisierbarkeit ein breites Anwendungsgebiet in der modernen Industrie. Ein Beispiel hierfür wäre der Automobilsektor.
