GKSS Neues Nietverfahren für Leichtbau

In der Automobilindustrie wird intensiv an neuen Verfahren oder Materialien geforscht, die das Fahrzeug leichter machen.

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Diese unterschiedlichen Materialien sicher zu verbinden, stellt die Ingenieure vor Schwierigkeiten. GKSS-Mitarbeiter Dr. Sergio Amancio erklärt: “Herkömmlich werden die Materialien verklebt. Die Oberflächen müssen dazu vor dem Kleben behandelt werden, was insbesondere die Umwelt belastet. Weiterhin kostet das Zeit - und Zeit ist Geld.“

Material bisher mit Reibrührschweißen verbunden

Das Institut für Werkstoffforschung am GKSS-Forschungszentrum besitzt langjährige Kompetenz auf dem Gebiet des Reibrührschweißens. Bei dieser Technik wird ein rotierendes Bolzenwerkzeug mit großer Kraft in zwei nebeneinander liegende Bleche gedrückt und entlang dieser Fügelinie bewegt. Das Material wird allein durch die Reibung zwischen Bolzen und Werkstück erwärmt und durch die Rotation des Bolzens verrührt, sodass sich die Bleche verbinden. Eine besondere Nahtvorbereitung und Schweißzusätze werden nicht benötigt.

Nieten und Kleben in einem

Bei dem hieraus abgeleiteten neuen Verfahren des Reibnietens werden die beiden unterschiedlichen Materialien sowohl mechanisch verbunden als auch mit der Reibschweißtechnik gefügt. Die beiden Kunststoff-Grundmaterialien, die Fügepartner, werden mithilfe eines metallischen Bolzens verbunden. Der in Rotation versetzte Bolzen - der Niet - wird auf die Oberfläche des einen Partners gedrückt. In dieser Anfangsphase dringt der Bolzen in das Grundmaterial ein und es formt sich eine dünne Schicht aus „aufgeschmolzenem“ Kunststoff, die wie „Klebstoff“ wirkt. Dringt der Bolzen tiefer ein, so erhöht sich die Reibleistung signifikant. Dies wird durch die höhere Anpresskraft erzeugt. An der Bolzenspitze steigt dadurch die Temperatur und die Spitze des Bolzens wölbt sich nach außen auf. Dadurch ist der Bolzen fest im Material verankert. Beim Reibnieten werden die positiven Verbindungseigenschaften von Nieten und die der Klebemethode für Metalle, Kunst- und Verbundwerkstoffe erreicht: Das Verfahren ist sicher, dient der Gewichtseinsparung und senkt die Produktionskosten.

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