Leichtbau-Gipfel 2020 Projekt „ERWin“: Multi-Material-Kombinationen wirtschaftlich verbinden

Leichtbau mit unterschiedlichen Materialien ist teuer, häufig deswegen, weil sich bestehende Fertigungsanlagen nicht für das Verbinden von Multi-Material-Konzepten eignen. Ein französisches Unternehmen hat eine Lösung entwickelt, mit der das funktioniert.

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Das Widerstandsschweißen ist im Automobilbau etabliert. Seine Grenzen erreicht es jedoch, wenn unterschiedliche Materialien miteinander verbunden werden sollen, Stichwort: Multimaterial-Mix. Das Unternehmen „Gaming Engineering“ hat dafür ein Verfahren entwickelt, das sich in bestehende Fertigungsanlagen integrieren lässt – und das die Taktzeit laut des Unternehmens nicht beeinflusst: „ERWin“. Die Schweißzeit des Verfahrens ist identisch mit der einer herkömmlichen Stahl-Stahl-Verbindung. Das „Electric Resistance Welding Insert“ genannte Verfahren nutzt für die Verbindung der Materialien spezielle Befestigungselemente.

Diese sind so ausgelegt, dass die Hitze, die beim Schweißvorgang entsteht, am Ende des Befestigungselements konzentriert ist; nicht im gesamten Element. Zudem ist das einem Niet ähnelnde Befestigungselement so aufgebaut, dass das Trägermaterial vom zu verbindenden Material während des Schweißens isoliert ist. „Beim Verbinden von zum Beispiel Composite-Teilen heißt das: Die Matrix brennt nicht oder gibt Rauch ab“, erklärte Maxime Grojean, Fastening Expert bei Gaming Engineering, beim Leichtbau-Gipfel am 13. Oktober. Für die Weiterentwicklung des Verfahrens arbeitet das Unternehmen mit dem französischen Forschungsinstitut „IRT M2P“ zusammen.

Für alle Stahlgüten geeignet

„Grundsätzlich eignet sich das Verfahren für alle Stahlgüten, also auch für hochfeste Stähle mit den Festigkeiten 1.500 und 2.000 Megapascal. Multi-Material- und Stahl-Stahl-Verbindungen können wir auf bestehenden Schweißstationen mit Standard-Elektroden abbilden“, erläuterte Grojean. Möglich sind zudem Verbindungen doppelter Stärken auf dünnen Blechen, Dreifachstärken oder das Verbinden von hohlen Körpern und sogenannten „Blind Access“-Konfigurationen, bei denen eine Seite der Verbindung beim Schweißen nicht sichtbar ist. Auch Kleb- oder Spachtelmasse lassen sich in die Verbindung einbringen.

Eine spezielle Kopfgeometrie des Befestigungselements begünstigt das Abkühlen des Materials beim Schweißen. „Wir können so unterschiedliche Materialstärken mit einem Befestigungselement verbinden“, sagte Grojean. Vier weitere Vorteile des Verfahrens nannte Nicolas Kohout, Fastening Expert des ebenfalls am Projekt beteiligten Unternehmens IRT M2P:

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• eine vergleichbare Wiederholgenauigkeit der Integration und des Schweißvorgangs mit der eines Schweißpunktes zwischen zwei Stahlschichten

• das Management der Oberflächenbeschichtung, um galvanische Korrosion während des Schweißvorgangs zu vermeiden

• die homogenere Kraftverteilung im Fügepunkt verbessert die mechanischen Eigenschaften, zum Beispiel die Scherfestigkeit

• die unterschiedliche Materialausdehnung während der Kataphorese lässt sich besser handhaben

Die Festigkeit der Verbindung von Leichtbaumaterialien ist laut beider Referenten häufig gleichzusetzen mit der von Niet- und Klebeverbindungen, spezielle Strukturklebstoffe sind nicht notwendig.

Erste Kombinationen für den Einsatz validiert

Eine Testplattform dient dem Unternehmen dazu, Prozessdaten des Verfahrens zu erfassen. Über den Teststatus ist das Verfahren jedoch schon weit hinaus: „Einige der möglichen Materialkombinationen sind bereits hinsichtlich Materialermüdung oder Crashsicherheit validiert und werden bald auf der Straße zu finden sein“, verkündete Maxime Grojean.

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