Fügen

Zu den einzelnen Arbeitsschritten in der Prozesskette haben wir nützliche Informationen in unterschiedlichen Kategorien – Projektbeispiele, beste verfügbare Technik und Videos – für Sie gesammelt. Fahren Sie mit der Maus über einzelne Elemente und erfahren Sie, wie sich Ihre Prozesse optimieren lassen.

Prozesskette Fügen

Produktgestaltung

Gute Praxis

Anzahl der Fügekomponenten erhöhen oder verringern

Im Produktentwicklungsprozess kann durch die Entscheidung, ob ein Fügeprozess vermieden oder extra herbeigeführt werden kann, die Ressourceneffizienz gesteigert werden:

  • Anzahl der Fügekomponenten erhöhen: Monolithische Produkte, die z. B. aus dem Vollen gefräst werden, können mitunter aus endabmessungsnah hergestellten Einzelteilen gefügt werden. Dadurch können Material und Energie für den Zerspanprozess eingespart werden.
  • Anzahl der Fügekomponenten verringern: Das Montagevolumen und die für den Fügeprozess notwendigen Ressourcen, können mitunter durch den Einsatz neuer Fertigungsprozesse z. B. 3D-Druck verringert werden.

Quelle(n):

  • Feldmann, K.; Schöpper, V. und Spur, G. (2014): Handbuch Fügen, Handhaben und Montieren. Handbuch der Fertigungstechnik. Carl Hanser Fachbuchverlag Hanser, München, ISBN 978-3-446-42827-0

Berücksichtigen aller Lebenswegphasen

Durch die Untersuchung der Ressourceneffizienz über den gesamten Lebensweg (Lebensweganalyse) können lokale Verbesserungen, die sich negativ auf die Gesamteffizienz auswirken, vermieden werden.

Beispiel:

  • Substitution von Metallschutzgasschweißen durch Laserstrahlschweißen: Bauteile, die mittels Laserstrahlschweißen gefügt werden, müssen ein enges Toleranzfeld aufweisen. Vorgelagerte Prozesse müssen daher mit entsprechendem Ressourcenaufwand spezifiziert und dimensioniert werden. Metallschutzgasschweißen erfordert wiederum umfangreiche nachgelagerte Prozesse z. B. mechanische Nachbearbeitung.

Quelle(n):

  • Bode, E. (2016): Konstruktionsatlas: Werkstoffgerechtes Konstruieren / Verfahrensgerechtes Konstruieren. Vieweg & Teubner Verlag, Wiesbaden, ISBN 978-3663163213

Numerische Simulationen der Fügeverbindung

Die numerische Simulatione von Fügeverbindungen ermöglicht genaue Beanspruchungsanalysen und Lebensdauervorhersagen. Die technischen Spezifikationen der Fügeverbindung können, entsprechend der ermittelten Informationen festgelegt werden. Dadurch wird z. B. ein zu hoher Ressourceneinsatz bei einer Überdimensionierung oder eine verkürzte Lebensdauer durch eine Unterdimensionierung vermieden.

Quelle(n):

  • Feldmann, K.; Schöpper, V. und Spur, G. (2014): Handbuch Fügen, Handhaben und Montieren. Handbuch der Fertigungstechnik. Carl Hanser Fachbuchverlag Hanser, München, ISBN 978-3-446-42827-0 S. 45

Videos

Materialeffiziente Produktion von LED-Lampen

Lagerung Fügehilfsstoffe

Gute Praxis

Verkürzen der Lagerzeit

Vermeidung oder Verkürzung der Lagerzeit zwischen zwei Arbeitsgängen, z. B. zwischen Vorbereitung und Kernprozess oder zwischen Kernprozess und Auslieferung, kann eine Zusatzbehandlung zum Korrosionsschutz überflüssig machen.

  • Realisierung durch JIT- (just in time) System oder gute Produktionsplanung
  • Vermeiden von Strippen oder Nacharbeit von Ausschuss

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2005c): Merkblatt über Beste Verfügbare Techniken in der Oberflächenbehandlung von Metallen und Kunststoffen. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/419/dokumente/bvt_galvanik_vv.pdf S. 212

Handhabung Fügehilfsstoffe

Gute Praxis

Vergleich von Verbräuchen (Benchmarking)

Benchmarking ist die systematische Erfassung und der Vergleich von Kenngrößen. Bei Fügevorgängen kann z. B. das Verhältnis von Fügehilfsstoffen zu Fügeäquivalent mit nationalen oder internationalen Daten aus der eigenen Branche verglichen werden und somit einen Vergleich der Ressourcenaufwendungen ermöglichen.

Quelle(n):

  • Lay, G., Kinkel, S. und Jäger, A. (2009): Stellhebel für mehr Produktivität - Benchmarking identifiziert Potenziale zur Steigerung der Produktivität. Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI, Karlsruhe, auch verfügbar als PDF unter: www.isi.fraunhofer.de/isi-wAssets/docs/i/de/pi-mitteilungen/pi48.pdf [abgerufen am: 10. Okt. 2016]

Automatische Drahtvorschubeinheit beim WIG-Schweißen

Durch die Nutzung einer automatischen Drahtvorschubeinheit ist gegenüber der manuellen Zuführung eine 60 % höhere Abschmelzleistung und die doppelte Vorschubgeschwindigkeit möglich. Neben der Energieeinsparung beim Fügeprozess führt dies zu einer steigenden Qualität der Schweißverbindung und somit zu weniger Nacharbeit.

Quelle(n):

  • Mannigel, C. (2014): Effiziente Schweißprozesse - Mit nachhaltigem Schweißen Kosten einsparen [online]. Vogel Business Media GmbH & Co.KG, 25. Febr. 2014, verfügbar unter http://www.blechnet.com/mit-nachhaltigem-schweissen-kosten-einsparen-a-435682/index3.html [abgerufen am: 10. Mrz. 2017]

Dosiergenauigkeit erhöhen

Durch exaktes Dosieren von Fügehilfsstoffen (z. B. Klebstoff) wird eine Erhöhung der Ressourceneffizienz erreicht. Eine Über- oder Unterdosierung des Fügehilfsstoffes verschlechtert oft die Eigenschaften einer Fügeverbindung und trägt so zu einer Verkürzung der Produktlebensdauer bei.

Dabei müssen neben der Dosiergenauigkeit folgende Parameter beachtet werden:
• Dosierdurchsatz
• Materialarten
• Materialeigenschaften (Partikelgröße, Temperatur, Viskosität)
• Umgebungsbedingungen für das Dosiergerät
• Art des Dosierorgans z. B. Dosierschnecke, -scheibe, -zylinder, usw.

Quelle(n):

  • Feldmann, K.; Schöpper, V. und Spur, G. (2014): Handbuch Fügen, Handhaben und Montieren. Handbuch der Fertigungstechnik. Carl Hanser Fachbuchverlag Hanser, München, ISBN 978-3-446-42827-0 S. 403

Schweißen unter Schutzgas

Um die Emissionen beim Elektroschweißen zu reduzieren, sollte unter Schutzgas geschweißt werden. Auf diese Weise wird die Anwendung und Aufschmelzung von Hilfsstoffen, die für die hohen Emissionen verantwortlich sind, vermieden.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz IBU (2015): Fügeverfahren [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: http://www.bubw.de/index.php?lvl=1979 [abgerufen am: 11. Nov. 2016]

Substitution konventioneller lösemittelhaltiger Klebstoffe bei Klebebändern

Für Klebebänder mit geringen Qualitätsanforderungen wie Verpackungs- und Abdeckklebebänder oder doppelseitigen Klebebändern sollte zur Reduktion der Lösemittelemissionen auf lösemittelfreie Hotmeltkleber, wasserbasierte oder UV-härtende Klebstoffe zurückgegriffen werden.

Quelle(n):

  • Umweltbundesamt (2007): Beste verfügbare Techniken für die Oberflächenbehandlung unter Verwendung von organischen Lösemitteln. Umweltbundesamt, Dessau, auch verfügbar als PDF unter: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/419/dokumente/bvt_oberflaechenbehandlung_organische_loesemittel_vv.pdf [abgerufen am: 27. Jan. 2016]

Umweltfreundlichere Verfahrensalternativen zum Löten

Bei Lötverbindungen sollte generell zunächst eine alternative, qualitativ gleichwertige Verbindung in Erwägung gezogen werden. Gründe dafür sind aufwendige Sicherheitsmaßnahmen für das Personal sowie Probleme bei der Entsorgung. Alternative Verfahren wären beispielsweise das Punktschweißen bei Blechverbindungen, Reibschweißen bei rotationssymmetrischen Werkstücken oder Schraubverbindungen bei Rohren.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz IBU (2015): Fügeverfahren [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: http://www.bubw.de/index.php?lvl=1979 [abgerufen am: 27. Jan. 2016]

Verzicht auf gesundheits- und umweltschädigende Flussmittel beim Löten

Beim Löten sollte möglichst auf den Einsatz gesundheits- und umweltschädigender Flussmittel verzichtet werden. Dazu zählen beispielsweise Flussmittel mit dem Bestandteil Hydrazin oder kolophoniumhaltige Stoffe, die bei der Erhitzung Formaldehyd freisetzen. Hydrazin gilt im Tierversuch als krebserzeugend, während Formaldehyd noch im Verdacht steht Krebs zu erzeugen. Werden Flussmittel mit Fluorid- oder Flusssäuregehalt verwendet, so ist auf entsprechende Sicherheitsmaßnahmen zu achten (Schutz von Haut, Augen und Schleimhäute).

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz IBU (2015): Fügeverfahren [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: http://www.bubw.de/index.php?lvl=1979 [abgerufen am: 27. Jan. 2016]

Vorbereitung Fügepartner

Projekte

Gepulste, wellenlängenkonvertierte Faserlaser für die Oberflächenmodifikation und Prüfung von Leichtbauwerkstoffen - GEWOL

Prozesseigenschaften:

• Einsatz von gepulster Laserstrahlung mit prozessangepasster Wellenlänge zur Vorbehandlung von faserverstärkten Kunststoffen für Klebeverbindungen
• verschleißarmes Verfahren, Abtragprodukte verdampfen und werden abgesaugt, keine Nachreinigung erforderlich
• durch Frequenzkonversion ist effiziente Energieeinkopplung des Lasers zur zerstörungsfreien Prüfung der Klebeverbindung möglich

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Integration eines Laservorbehandlungssystems in eine moderne klebtechnische Serienfertigung - Intlaskleb

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung einer Einheit die eine verbrauchsmedienfreie Oberflächenbehandlung von Klebeflächen mittels Laser und Klebstoffauftrag kombiniert
• Integration der kombinierten Reinigungs-Klebeeinheit in die serielle Fertigung
• Verbesserung der Alterungsbeständigkeit von Klebeverbindung durch Vorbehandlung der Klebeoberflächen
• Einsparung von Strahlmedien, Haftvermittlern, Korrosionsschutzmitteln und einer Nachreinigung

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Gute Praxis

Laserreinigung von Oberflächen

Optimale Klebeverbindungen erfordern eine Oberflächenbehandlung der Fügepartner. Wird die Oberflächenbehandlung chemisch oder mechanisch ausgeführt, werden Strahlmittel oder Chemikalien benötigt. Als Alternative kann die Oberflächenbehandlung von Klebeflächen mittels Laser erfolgen. Oberflächenbehandlung mittels Laser bietet folgende Vorteile:

  • Die Reinigung mittels Laser erfolgt berührungslos und frei von Verbrauchsmedien.
  • Abgetragene Partikel können abgesaugt und sortenrein getrennt werden.
  • Es kann ein gezielter Abtrag ohne zusätzliche Maskierung erfolgen.
  • Gegenüber mechanischem Abtrag kann das Abtragsvolumen um den Faktor 12 verringert werden.
  • Es kann bis zu 87 % der Energie gegenüber chemischen Reinigungsmethoden eingespart werden.

Quelle(n):

  • Nachhaltige Produktion, Ausgabe 3, Juni 2012 S. 52-54

Qualitätssicherung der Fügepartner

Durch die Definition von Prüfmethoden innerhalb des Fertigungsprozesses (Festlegen der Prüfabstände, -merkmale, -dokumente) wird die Ausschussquote gesenkt, sodass Materialverluste reduziert werden. Elemente der Vorfertigung mit besonderen technologischen oder geometrischen Eigenschaften und bestimmten Qualitätsmerkmalen weisen eine erhebliche Einwirkung auf die Qualität des Füge- und Montageprozesses auf. Zum Beispiel führen sogar kleine Formveränderungen an Kunststoffkomponenten oder ungewollte Grate bei Blechteilen zu einer Erhöhung der Ausschussquote in der Montage.

Quelle(n):

  • Dückert, E.; Schäfer, L.; Schneider, R. und Wahren, S. (2015): Analytische Untersuchung zur Ressourceneffizienz im verarbeitenden Gewerbe. VDI Zentrum Ressourceneffizienz GmbH, Berlin, auch verfügbar als PDF unter: http://www.ipa.fraunhofer.de/fileadmin/user_upload/Publikationen/Studien/Studientexte/Studie_Ressourceneffizienz_web.pdf [abgerufen am: 11. Nov. 2016], S. 84
  • Feldmann, K.; Schöpper, V. und Spur, G. (2014): Handbuch Fügen, Handhaben und Montieren. Handbuch der Fertigungstechnik. Carl Hanser Fachbuchverlag Hanser, München, ISBN 978-3-446-42827-0 S. 17

Vorlochfreie Verbindung von Werkstoffen

Durch fließlochformende Schrauben lassen sich Werkstoffe Verbinden, ohne dass ein Vorloch in den zu fügenden Werkstücken erforderlich ist. Die Schraube wird mit einer Drehzahl von bis zu 8000 U/min und einer Anpresskraft von bis zu 1500 N durch die zu fügenden Werkstücke getrieben. Beim Fügen mittels fließlochformender Schrauben entfallen Prozessschritte und die dafür notwendigen Werkzeuge und Maschinen, Fügezeiten werden verkürzt und es fällt weniger Spanvolumen an.

Quelle(n):

  • Weber Schraubautomaten GmbH (2012): Fließlochformende Schrauben. Robotergestützte Fügetechnik mit sehr hohem Potenzial. Industriebedarf 1-2, 2012, verfügbar unter: https://www.weber-online.com/fileadmin/documents/Fliesslochformende_Schrauben.pdf [abgerufen am: 10. Okt. 2016]

Handhabung Fügepartner

Projekte

Automatische Feinjustage von Karosseriebauvorrichtungen

Prozesseigenschaften:

• Unterstützung des manuellen Justageprozesses von Karrosseriebauteilen bis hin zur automatisierten Justage von Vorrichtungen durch Assistenzsoftware
• Verkürzung der Einrichtzeit von Monaten auf Tage und der Nachjustage von Stunden auf Sekunden
• Erhöhung der Fügequalität und Reduzierung des Ausschusses

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Entwicklung einer automatisierten Universalschweißanlage zur Fertigung verschiedener Behälterdurchmesser in der Einzel- und Kleinserienfertigung des Behälterbaus

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung einer automatischen Schweißanlage für den Behälterbau
• automatisertes Anfertigen und Glätten von Rundschweißnähten ohne Nacharbeit

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Gute Praxis

Flexibilität beim Greifen

Der Einsatz flexibler Greifer ermöglicht die Handhabung mehrerer Bauteilvarianten, sodass zusätzliche Greifer und dafür notwendige Ressourcen eingespart werden können. Dabei ist darauf zu achten, dass bei der Handhabung von Fügeteilen durch flexible Greifer im Vergleich zu individuellen Greiferlösungen kein erhöhter Ausschuss auftritt. Für die Umsetzung eines flexiblen Greifers stehen verschiedene Konstruktionsprinzipien zur Verfügung:

  • Revolvergreifer besitzen mehrere Vorrichtungen in einem Greifelement, die durch Drehen oder Schwenken aktiviert werden können.
  • Multifunktionsgreifer können mit Vakuumsaugnäpfen und verstellbaren Auslegern oder mehreren Fingern (ähnlich der menschlichen Hand) unterschiedliche Varianten eines Bauteils greifen.
  • Greiferwechselsysteme können für unterschiedliche Bauteilvarianten individuelle Greifer nutzen, die sie aus einem Greifermagazin beziehen.

Quelle(n):

  • Feldmann, K.; Schöpper, V. und Spur, G. (2014): Handbuch Fügen, Handhaben und Montieren. Handbuch der Fertigungstechnik. Carl Hanser Fachbuchverlag Hanser, München, ISBN 978-3-446-42827-0 S. 310

Effizienter Einsatz pneumatischer Greifer

Kommen beim Fügevorgang pneumatische Greifer zum Einsatz können Druckluftleckagen durch die Integration von Pneumatikventilen direkt im Greifer reduziert werden. Der Druckluftverbrauch kann so bis zu 90 % gesenkt werden. Durch die im Vergleich zu zentral angebrachten Steuerelementen kürzeren Leitungswege wird das Ansprechverhalten der Aktoren beschleunigt und somit eine höhere Produktivität erreicht.

Quelle(n):

  • Blue Competence (2014): Greifer mit Mikroventilen senken Energieverbrauch und Taktzeit [online]. Blue Competence ist eine Initiative des Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA), März 2014, verfügbar unter: www.bluecompetence.net/documents/1848986/2098176/Schunk%201%20_Greifer%20mit%20Mikroventilen.pdf/d5f0261c-2ca0-4516-ab2d-15cbb24ef205 , [abgerufen am: 27. Jan. 2016]

Verwendung energieeffizienter Antriebe

Die Energieversorgung des Antriebs sollte entsprechend des Anwendungsfalls gewählt werden. Durch den Einsatz pneumatischer oder hydraulischer Antriebe muss im Gegensatz zu elektrischen Antrieben für ein Haltemoment keine Energiezufuhr erfolgen.

Fügen

Projekte

(Effizientes Schweißen von dünnen Blechen) ChopArc – MSG-Lichtbogenschweißen für den Ultraleichtbau

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung eines Lichtbogen-Schweißverfahrens, welches das wirtschaftliche Schweißen von dünnen Blechen mit einer Dicke von weniger als 0,5 mm ermöglicht
• Optimierung erfolgte auf Basis numerischer Simulation von Metall-Schutzgas-Schweißverfahren mit minimiertem Energieeintrag
• wärmearmes Verfahren zum Schweißen dünner Bleche, führt zur Reduktion der Kosten und des Zeitaufwands für Nacharbeitung

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Clinchen von Stahl- und Aluminiumblechen größerer Dicke

Prozesseigenschaften:

• Erarbeitung der Grundlagen für das Clinchen von Stahl- und Aluminiumblechen im Bereich von 8 -18 mm Dicke
• Einsatz in neuen Anwendungsbereichen wie Maschinen-, Schiffs-, Stahl- und Schienenbau möglich
• Einsparung von Material und Energie
• Einsparung von Prozessschritten in der Vorbereitung sowie Nachbearbeitung gegenüber z. B. Schrauben oder Schweißen

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Elite - Energieeffizienter Leichtbau durch innovatives thermisches Fügen und Trennen von CFK-Bauteilen

Prozesseigenschaften:

• neues ressourceneffizienteres Fügekonzept für Mischbauweisen aus CFK und Metallen
• Versehen von CFK-Bauteilen mit metallischen Adapterplatten zum Fügen mit Metallen
• Einsatz folgender Technologien: laserbasierte Materialbearbeitung von CFK, laserbasierte Oberflächenstrukturierung von Metall und CFK und thermisches Fügen mittels reaktiven Nanofolien
• Fügeverbindung im Bedarfsfall lösbar
• Einsparung von Ressourcen bei gleichbleibend hoher Prozessqualität

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ENERWELD - Energieeffizienz bei thermischen Fügeverfahren - Gestaltung und Bewertung von Prozessketten

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung ressourceneffizienterer thermischer Fügetechnologien
• Energieeinsparungen durch Einsatz hochfester Zusatzwerkstoffe auf Eisenbasis mit niedrigeren Schmelztemperaturen, Erhöhung der Prozessgeschwindigkeit und Reduktion des Schmelzbadvolumens
• Entwicklung eines Softwaretools für Anlagenhersteller zum Vergleich der Ressourceneffizienz unterschiedlicher Schweißtechniken

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Entwicklung einer fertigungsintegrierbaren zerstörungsfreien Prüftechnik für punkt- und linienförmig rührreibgeschweißte Strukturbauteile mittels thermografischer Methoden - ThermoFSW

Prozesseigenschaften:

• Steigerung und Überwachung der Qualität von punkt- und linienförmigen Rührreibschweißungen durch Online-Prozesskontrolle
• Einsatz passiver Thermographie mit bedarfsweiser Kopplung aktiver Anrugungsquellen sowie aktiver Thermografie zur offline-ZfP
• besserer Signalkontrast daraus resultierende besserere Fehlerdetektion
• 100 % Online- und Offlinekontrolle für mittlere bis große Stückzahlen im Serientakt

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Entwicklung eines energiesparenden Verfahrens zum maschinellen Klebebinden mittels Dispersionsklebstoffen

Prozesseigenschaften:

• tägliche Energieersparnis von 130 kWh, entspricht 40.000 MWh pro Jahr bei 1.500 Buchbindemaschinen in Deutschland

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Hybridschmieden – Kombiniertes Umformen und Fügen (Hybridschmieden Flansch)

Prozesseigenschaften:

• Hybridschmieden: gleichzeitiges Umformen und Fügen von Blech- und Massivbauteilen zu einem Bauteil
• Einsparung eines Prozessschrittes, kein nachträgliches Fügen notwendig
• ermöglicht Einsparung von 83 % der Umformenergie bei geringerem Materialeinsatz sowie den Einsatz kleinerer Umformaggregate

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Industrielle metallische Klettverbindung - METAKLETT

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung, Herstellung und Erprobung einer metallischen Klebeverbindung, die wiederholtes Lösen und Wiederverbinden ermöglicht
• hohe Flexibilität bei geringerem Fügeaufwand
• möglicher Anwendungsbereich: Interieur/Innenverkleidung Fahrzeugbau

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Innovationsallianz Green Carbody Technologies - Verbundprojekt 2 - Performance Presswerk

Prozesseigenschaften:

• Untersuchung einer Verfahrensintegration von Umform- und Fügearbeiten
• pro Karosserie (Referenzkarosse): Primärenergieeinsparungen von 47,7 kWh möglich, Massenreduktion von 5 kg
• in der Referenzfabrik: Primärenergieeinsparungen von jährlich 11.928 MWh möglich, Massenreduktion von 1250 t

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Innovative Fügetechnik für temperaturempfindliche Bauteile - LIMBO (Laser Impulse Metal Bonding)

Prozesseigenschaften:

• thermischer Fügeprozess zum Fügen von elektronischen Bauteilen
• Fügen von Verbinderleitern (Durchmesser 200 µm) mit Kontaktstellen (10 - 20 µm) von Leistungselektronik
• hochtemperaturfeste Verbindungen möglich bei minimalen Energieeintrag und kurzer Einwirkzeit

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LaFueSol - Laserfügen von Rohrgläsern für Solarkollektoren

Prozesseigenschaften:

• Ersatz des Fügens mittels Gasbrenner bei der Herstellung von Solarkollektoren durch individuelles Laserfügen von Rohrgläsern
• Verkürzung der Prozesszeiten um 62 - 82 %,  Energieeinsparungen von 27 - 72 %
• bessere Spannungsverteilung im Glas, keine chemische Beeinflussung des Glases

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Laserstrahlschweißen von Stahl an Aluminium mittels spektroskopischer Kontrolle der Einschweißtiefe und erhöhter Anbindungsbreite durch zweidimensional ausgeprägte Schweißnähte

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung eines Bearbeitungskopfes mit integriertem Spektrometer und entsprechender Regelungssoftware zum Fügen von Stahl und Aluminium
• Integration messtechnischer Systeme zur Prozessüberwachung führt zur Steigerung der Produktqualität
• Industrielle Anwendbarkeit des Verfahrens wurde nachgewiesen
• Verwendung mehrerer nebeneinander liegender Nähte führt zu Bruchkräften, die 75 % der Bruchkraft des Aluminiumgrundwerkstoffs entsprechen

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Multifunktionale hydrophobe Haftvermittler für langzeitbeständige Glasklebungen

Prozesseigenschaften:

• Forschung an hochbelastbaren Fügeverbindungen zwischen Glaswerkstoffen für die 3 Klebstoffklassen (photohärtende Acrylate, photohärtende Epoxide, additionshärtende Epoxide)
• Erhöhung der Beständigkeit von Glasklebungen unter feuchten Bedingungen
• sehr alterungsbeständige Klebeverbindungen: Haftvermittler auf Epoxisilan-Basis in Kombination mit additionshärtenden Epoxiden

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Produktionsintegrierter Umweltschutz beim Schweißen von Feinblechen und Kleinteilen durch Entwicklung eines High-Speed-WIG-Brenners mit geregelter Drahtzuführung über neuartigen Planetenantrieb

Prozesseigenschaften:

• Reduktion des Schutzgasverbrauchs gegenüber herkömmlichen WIG-Brennern, statt 10-12 l/min nur noch 8-10 l/min
• Reduktion der Schweißzeit und somit des Gasverbrauchs pro Schweißauftrag, z. B. Schweißzeit beim Stichlochschweißen von 6 mm dicken Bauteilen beträgt nur noch 30 % der WIG-Schweißzeit
• Reduktion des Zusatzwerkstoffverbrauchs um 70 - 80 %

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Reibnahtschweißen

Prozesseigenschaften:

• Einbringung der Wärme beim Reibschweißen durch rotierenden Bolzen anstelle einer Relativbewegung der Grundmaterialien zueinander (konventionelles Reibschweißen)
• im Vergleich zu konventionellen Schweißverfahren effiziente Einbringung geringer Energiemengen bei einfacher Nahtvorbereitung und flexibler Bauteilgeometrie
• kein Schutz vor Strahlung und Emmission von Metallstäuben nötig

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Reibquetschschweißen - RQS

Prozesseigenschaften:

• Schaffung eines schnellen, kostengünstigen Verbindungsverfahrens für flache, blechähnliche Bauteile durch Warmpressschweißverfahren
• kann mit und ohne Schweißdraht angewendet werden
• Energieeinsparungen durch geringeren Wärmeeintrag, Vermeidung von Schweißspritzern
• kein Schutz vor Strahlung und Emmission von Metallstäuben nötig

Zur kompletten Projektbeschreibung

Ressourceneffizientes und werkstoffgerechtes Fügen von hochbeanspruchten Stählen (Löten)

Prozesseigenschaften:

• Substitution von MSG-Schweißverfahren durch Lötverfahren
• Energiearme Lötprozesse mit geringeren Temperaturen führen zu Enerigieeinsparungen und zur Steigerung der Ressourceneffizienz
• Lötverfahren ermöglichen höhere Prozessgeschwindigkeiten und führen zu geringerer Werkstoffschädigung

Zur kompletten Projektbeschreibung

Ressourcenschonende Stahlschweißanlage ersetzt Stanz- und Umformtechnik (Neue Schmalband-Umform-Laserschweiß (SUL) - Technologie spart erheblich Material)

Prozesseigenschaften:

• Der Herstellprozess kommt gänzlich ohne Ziehöle aus (beim bisherigen Stanzprozess müssen diese nach der Fertigung aufwändig entfernt und über Ölabscheider vom Abwasser getrennt werden).
• Durch die optimale Ausnutzung des Bandmaterials - es fällt keinerlei Abfall an - muss weniger Rohstoff hergestellt und transportiert werden. Dies ist u.a. ein wesentlicher Beitrag zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes.

Zur kompletten Projektbeschreibung

Rührreibschweiß-Kit: Steuerungs- und Maschinenerweiterung - RüStiG

Prozesseigenschaften:

 • Entwicklung externer Kraftregelung zum Nachrüsten an Vorschubgeregelten Werkzeugmaschinen
 • Einsatz einer Maschine zum spanenden Bearbeiten und Rührreibschweißen
 • Erzeugung maschinenunabhängiger, qualitativ hochwertiger Rührreibschweissnähte
 • Das Rührreibschweiß-Kit soll sowohl die Kraft erfassen, das Stellglied um die Position des Werkstückes kraftgeregelt zu verfahren, sowie die für das FSW-Schweißen optimierten Steuerung enthalten

Zur kompletten Projektbeschreibung

Trockenleim - Trockenbeleimung als umweltschonendes Verfahren für die Herstellung von Holzfaserplatten

Prozesseigenschaften:

• Substitution von Blow-Line Beleimungstechnologie durch pneumatische Trockenbeleimung
• Minderung von Formaldehylemissionen (78 %), Bindemitteleinsatz (10 %) sowie des Energie- und Wasserverbrauchs

Zur kompletten Projektbeschreibung

Umformtechnisches Fügen mit hoher Fügeelementgeschwindigkeit und impulsförmig oszilierender Werkzeugbewegung

Prozesseigenschaften:

Weitere Informationen finden Sie unter nachfolgendem Link.

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Gute Praxis

Einfluss der Prozessparameter durch Sensitivitätsanalyse bestimmen

Mithilfe einer Sensibilitätsanalyse kann die Einwirkung von bestimmten Parametern auf Ergebnisgrößen von Fügeverbindungen untersucht werden. Weiterhin ist es möglich durch computergestützte Finite-Elemente-Berechnungen Zusammenhänge festzustellen. Um die Ausschussquote zu reduzieren und Standzeiten von Werkzeugen zu verlängern, ist das Wissen über "Ursache und Wirkung" nützlich. Beispiele für Prozessparameter in ausgewählten Fügeverfahren:

Verschrauben: 

  • Drehmoment
  • Drehwinkel
  • Streckgrenze
  • Längung

Laserstrahlschweißen:

  • Fokusdurchmesser
  • Fokuslage
  • Laserleistung
  • Schweißgeschwindigkeit

Clinchen:

  • Stempeldurchmesser
  • Matrizentiefe
  • Blechdicke (Fügeteileigenschaft)
  • Blechfestigkeit (Fügeteileigenschaft)

Quelle(n):

  • Drossel, W.-G., Israel, M. und Falk, T. (2012): Robustheitsbewertung und Werkzeugoptimierung beim Um-formfügen. DYNARDO (Dynamic Software and Engineering) GmbH, auch verfügbar als PDF unter: www.dynardo.de/fileadmin/Material_Dynardo/bibliothek/WOST_9/19_FormingApplications_WOSD2012_P_Paper.pdf [abgerufen am: 11. Nov. 2016]

Einsatz elektrisch angetriebener Schrauber

Elektrisch angetriebene Schraubwerkzeuge können im Vergleich zu Pneumatischen bezüglich ihres Anzugsmomentes besser geregelt werden. Dies führt zu Ressourceneinsparungen durch die Verminderung von Ausschuss.

Quelle(n):

  • Feldmann, K.; Schöpper, V. und Spur, G. (2014): Handbuch Fügen, Handhaben und Montieren. Handbuch der Fertigungstechnik. Carl Hanser Fachbuchverlag Hanser, München, ISBN 978-3-446-42827-0

Einsatz von Zusatzwerkstoffen mit geringen Schmelztemperaturen

Durch den Einsatz von Zusatzwerkstoffen mit geringen Schmelztemperaturen muss weniger Energie zum Fügen eingesetzt werden, sodass es insgesamt zu einer Energieeinsparung kommt.

Quelle(n):

  • Wilden, J. (kein Datum): Löten als Schlüssel zum ressourcen- und energieeffizienten Fügen, verfügbar unter: https://www.ipk.fraunhofer.de/fileadmin/user_upload/_imported/fileadmin/user_upload/IPK_FHG/publikationen/futur/Futur_2_2010/07_loeten_als_schluessel.pdf [abgerufen am: 11. Nov. 2016]

Energieeinsparung bei Lötverbindungen

Bei Lötverbindungen kann die Energieeffizienz durch folgende Ansätze erhöht werden:

  • Absenkung der Schmelztemperatur durch Zusatzwerkstoffe
  • Verringerung der Fügezone z. B. durch den Einsatz eines geregelten Lichtbogenprozesses
  • Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit, wodurch der thermische Wirkungsgrad zunimmt

Durch die konsequente Umsetzung der Maßnahmen ergibt sich ein Energieeinsparpotenzial von über 20 %.

Quelle(n):

  • Wilden, J. (kein Datum): Löten als Schlüssel zum ressourcen- und energieeffizienten Fügen, verfügbar unter: https://www.ipk.fraunhofer.de/fileadmin/user_upload/_imported/fileadmin/user_upload/IPK_FHG/publikationen/futur/Futur_2_2010/07_loeten_als_schluessel.pdf [abgerufen am: 11. Nov. 2016]

Kombinierter Umform- und Fügevorgang

Durch die Kombination von Umform- und Fügevorgängen in der Presse oder flexible Fertigungsstrategien für Bauteile mit geringen Stückzahlen können Prozessschritte und damit verbundenen Ressourcenaufwendungen eingespart werden.

Quelle(n):

  • Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“ (InnoCaT®) (2015): Ergebnisse. Innovationsallianz. Green Carbody Technologies – InnoCaT®. Innovationsallianz Green Carbody, verfügbar als PDF unter: www.greencarbody.de/csdata/epaper/1/de/51307fd9b049b//epaper/ausgabe.pdf [abgerufen am: 11. Nov. 2016]; S. 29, 34

Substitution von Schweißverbindungen durch Lötverbindungen

Durch Zusatzwerkstoffe auf Kupferbasis sind Lotverbindungen von nahezu 1000 N/mm² Festigkeit möglich. Dadurch erweitert sich das Einsatzspektrum bis hin zur Substitution von bestimmten Schweißverbindungen. Durch die geringere Verarbeitungstemperatur des Lotes kommt es häufig auch zu weniger Bauteilverzug und somit zu einer Reduzierung der Nacharbeit.

Quelle(n):

  • Wilden, J. (kein Datum): Löten als Schlüssel zum ressourcen- und energieeffizienten Fügen, verfügbar unter: https://www.ipk.fraunhofer.de/fileadmin/user_upload/_imported/fileadmin/user_upload/IPK_FHG/publikationen/futur/Futur_2_2010/07_loeten_als_schluessel.pdf [abgerufen am: 11. Nov. 2016]

Nachbearbeitung

Gute Praxis

Substitution von Lichtbogenschweißen durch Laserschweißen

Durch Fügen mittels Laserschweißen kann im Vergleich zu anderen Schweißverfahren wie z. B. Lichtbogenschweißen (MIG, MAG, WIG) der Wärmeeintrag in die Bauteile und somit deren Verzug reduziert werden. Der Prozessschritt der Nacharbeit in Form von Richtvorgängen kann so deutlich reduziert oder eingespart werden. Es ist darauf zu achten, dass Bauteile im Konstruktionsprozess für Laserschweißverfahren ausgelegt sind.

Quelle(n):

  • Michel, S. (2013): Warum sich automatisiertes Schweißen schnell auszahlt [online]. MaschinenMarkt, 17. Aug. 2015, verfügbar unter: https://www.maschinenmarkt.vogel.de/index.cfm?pid=13230&st=pdf&iscontent=10&pk=392310&tab=0&cf=%2Findex.cfm%3Fpid%3D1%26pk%3D392310%26p%3D3&os=618DFB8C6EB3801A15A158E1C2D31637 [abgerufen am: 11. Nov. 2016]

Substitution von Schweißen durch Knickbauchen

Beim Fügevorgang von Rohren mit Blechen kann durch Knickbauchen im Vergleich zum Schweißen Nacharbeit eingespart werden. Beim Knickbauchen treten keine durch Wärmeeinbringung bedingten Materialeigenschaftsänderungen, Spannungen oder Verzüge auf, die die Nacharbeit der Bauteile erfordern würden.

Quelle(n):

  • Henrich Publikationen GmbH (2013): Bänder, Bleche, Rohre: Knickbauchen – ein Fügeverfahren mit großen Perspektiven [online]. Henrich Publikationen GmbH, verfügbar unter: http://www.bbr.de/index.cfm?pid=1646&pk=126878 [abgerufen am: 10. Mrz. 2017]

Demontage, Recycling

Projekte

Entkleben unter Nutzung exothermer Reaktionen - X-Bond

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung einer Technologie zum kraftfreien Lösen von Klebverbindungen
• Aktivierung von Zusätzen zur Zersetzung des ausgehärteten Klebstoffs mittels Mikrowelle und Induktion
• ermöglicht Korrektur von Klebeverbindungen (geringere Ausschussquote) in der Herstellung, separieren von Bauteilen zur Reparatur oder sortenreinen Rückgewinnung von Rohstoffen

Zur kompletten Projektbeschreibung

Entwicklung einer Technologiekette zum Produzieren, Reparieren und Recyceln von Produkten in Material-Mix-Bauweise - PROREMIX

Prozesseigenschaften:

• Entwicklung einer Fügetechnologie, die das Produzieren, Reparieren und Recyclen von Material-Mix-Bauteilen ermöglicht
• Anwendung eines kombinierten Plasma-Laser-Verfahrens sowie eines Plasma-MIG-Lötprozesses für Stahl/Aluminium-Verbindungen bei Großserienfertigung
• Anwendung von auf MIG-Kurzlichtbogen  basierendem "cold-arc"-Löten für Stahl/Aluminium-Verbindungen bei Kleinserienfertigung sowie Reparatur
• sortenreine Trennung erfolgt durch thermisches Aufschmelzen der niedrigschmelzenden Lote

Zur kompletten Projektbeschreibung

Gute Praxis

Wiederverwendung ermöglichen

Für eine Wiederverwendung bzw. Wiederverwertung von Komponenten und Materialien im Produktkreislauf ist der Aspekt des „End of Life“ (EoL) bzw. der Demontage bereits bei der Produktentwicklung und Werkstoffauswahl zu berücksichtigen. Die Bedeutung einer späteren Wiederverwendung der Einzelteile kann eine maßgebliche Rolle spielen, wenn es um die Wahl zwischen lösbaren und nicht lösbaren Verbindungen geht. Somit stellt in einem ganzheitlichen Ansatz die gemeinsame Betrachtung der Prozessoptimierung von Montage- und Demontagevorgängen einen wichtigen Aspekt bei der Auswahl der einzusetzenden Fügetechnologien dar.

Quelle(n):

  • Feldmann, K.; Schöpper, V. und Spur, G. (2014): Handbuch Fügen, Handhaben und Montieren. Handbuch der Fertigungstechnik. Carl Hanser Fachbuchverlag Hanser, München, ISBN 978-3-446-42827-0 , S. 5

Prozessperipherie

Projekte

Innovationsallianz Green Carbody Technologies - Teilprojekt 4.1.1 - Methoden zur Bewertung der Energie- und Ressourceneffizienz von Fügetechnologien

Prozesseigenschaften:

• Enwicklung eines ganzheitlichen Bewertungsystems hinsichtlich der Ressourceneffizienz von Fügeverfahren
• direkter Vergleich von Fügeverbindungen unter Berücksichtigung der Verbindungseigenschaften

Zur kompletten Projektbeschreibung

Innovationsallianz Green Carbody Technologies - Teilprojekt 4.2.2 - Konfigurierbares Energiemanagementsystem einer Karosseriebaulinie

Prozesseigenschaften:

• Energiestromanalyse für die Prozesskette Fügen
• bedarfsgerechtes Schalten von Produktionsanlagen für energetisch günstige Betriebszustände
• Entwicklung einer technischen Lösung für automatisertes Schalten
• pro Referenzkarosserie: 1,5 kWh Elektroenergiereduzierung möglich
• in der Referenzfabrik: jährlich 375 MWh Elektroenergiereduzierung möglich

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Gute Praxis

Energierückgewinnung durch Absauganlagen

Bei Löt- und Schweißprozessen muss aufgrund von Emissionen für eine ausreichende Lüftung und Absaugung gesorgt werden. Die durch den Prozess erwärmte abgesaugte Luft kann mittels Wärmetauscher die von außen zugeführte kühle Frischluft erwärmen.

Vermeidung von Umweltrisiken

Im Sinne der Umweltverträglichkeit sollte darauf geachtet werden, keine Zusatz- und Hilfsstoffe zu verwenden, deren Bestandteile Risiken für Umwelt und Gesundheit mit sich bringen. Auch Stoffe, deren Einflüsse auf die Umwelt derzeit nicht bekannt sind, sowie verbotene oder verwendungsbeschränkte Stoffe gilt es zu vermeiden und durch umweltfreundlichere Alternativen zu substituieren.

Quelle(n):

  • Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, Informationszentrum für betrieblichen Umweltschutz IBU (2015): Fügeverfahren [online]. Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, verfügbar unter: http://www.bubw.de/index.php?lvl=1979 [abgerufen am: 10. Okt. 2016]

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