In diesem Kursabschnitt stellen verschaffen wir dir einen ersten Überblick zu den Verfahren des Fügens, damit du dir hierzu ein genaues Bild machen kannst.
Für ein optimales Verständnis helfen dir anschauliche Beispiele zu dem Thema. Mehr zu diesem Thema und der Fertigungstechnik findest du im Kurs: FT0-Fertigungstechnik Auch interessant! Alles zur Montagetechnik von Schrauben findest du im Kurs: MO1-Montagetechnik
Fügen – Grundlagen
“Beim Fügen erzeugen wir aus zwei oder mehreren einzelnen Werkstücken einen gemeinsamen festen Körper mit einer vorgegebenen Form.”
Dabei zeichnet sich das Fügen dadurch aus, dass ein Zusammenhalt zwischen verschiedenen Werkstücken / Bauteilen geschaffen wird. Dieser Zusammenhalt kann sowohl dauerhaft (Schweißen) als auch temporär (Zusammensetzen) gestaltet sein.
Hauptsächlich unterscheiden wir neun Arten des Fügens nach DIN 8593
- Fügen durch Zusammensetzen (DIN 8593-1)
- Fügen durch Füllen (DIN 8593-2)
- Fügen durch Anpressen oder Einpressen (DIN 8593-3)
- Fügen durch Urformen (DIN 8593-4)
- Fügen durch Umformen (DIN 8593-5)
- Fügen durch Schweißen (DIN 8593-6)
- Fügen durch Löten (DIN 8593-7)
- Fügen durch Kleben (DIN 8593-8)
- Textiles Fügen (DIN 8593-9)
Nachfolgend ist jede dieser Varianten einzeln aufgeführt.
Eines Sonderform des Fügens ist das Hybridfügen. Das Hybridfügen stellt eine Kombination von zwei oder mehr Fügeverfahren dar, wobei das Ziel verfolgt wird, dass die jeweiligen Schwachstellen, bzw. negativen Eigenschaften der einzelnen Fügeverfahren für sich reduziert werden und sich gleichzeitig die positiven Einzeleigenschaften der Fügeverfahren ergänzen. In der Fertigungstechnik, speziell im Karosseriebau, haben sich besonders Kombinationen aus mechanischen Fügeverfahren und Klebetechniken, sowie Punktschweißungen behauptet.
Fügen durch Zusammensetzen
Beim Zusammensetzen werden Bauteile zumeist eingesetzt, eingehängt oder ineinandergeschoben.
Die Verfahren des Zusammensetzen sind in der DIN 8593-1 organisiert, allesamt mit der Ordnungsnummer . Dabei lassen sich insgesamt 6 Verfahren voneinander unterscheiden.
- Zusammensetzen durch Auflegen & Aufsetzen (4.1.1)
- Zusammensetzen durch Einlegen & Einsetzen (4.1.2)
- Zusammensetzen durch Ineinanderschieben (4.1.3)
- Zusammensetzen durch Einhängen (4.1.4)
- Zusammensetzen durch Einrenken (4.1.5)
- Zusammensetzen durch Einspreizen (federnd) (4.1.6)
Auflegen, Aufsetzen – Erklärung
Beim Auflegen oder Aufsetzen kommt vorrangig die Schwerkraft zum Einsatz. Letztere sorgt dafür, dass die Bauteile geschichtet werden. Die dabei entstehenden Gesamtform bezeichnet man als formschlüssige Verbindung. Die Verbindungflächen zwischen den Bauteilen können so gestaltet werden, dass ein rotieren oder verrutschen verhindert wird.
Einlegen, Einsetzen – Erklärung
Das Einlegen oder Einsetzen erzeugt eine Fügung dadurch, dass in das Formelement eines Bauteils ein anderes passende Bauteil eingelegt wird. Das im Kofferraum befindliche Reserverad befindet sich in einer passenden Vertiefung (Reserveradmulde). Dadurch ist es möglich, dass senkrecht zur Fügerichtung (Hülsenwandungen als Anschlag) Kräfte in seitlicher Wirkrichtung aufgenommen werden.
Ineinanderschieben – Erklärung
Das Ineinanderschieben läuft nach ähnlichen Prinzip wie das Einlegen oder Einsetzen. Dabei werden zwei Varianten unterschieden.
- Aufschieben & Aufziehen: Außenteil wird auf das Innenteil geschoben.
- Einschieben & Einführen: Innenteil wird in das Außenteil hineingeschoben.
In der Praxis kommt dies dem Einsetzen eines Pfostens in eine passende Hülse im Boden gleich. Dadurch ist es möglich, dass senkrecht zur Fügerichtung (Hülsenwandungen als Anschlag) Kräfte in seitlicher Wirkrichtung aufgenommen werden.
Im Gegensatz zum Auflegen oder Einlegen entsteht beim Ineinanderschieben eine Passung zwischen den Fügepartnern. Zudem sind die aufzubringenden Kräfte beim Ineinanderschieben wesentlich geringer als beim Einpressen um eine Verbindung zu erzeugen. Spielpassungen können dabei genutzt werden, damit die Fügepartner gegeneinander beweglich bleiben. Dieses Prinzip nutzen Wälzlager.
Einhängen – Erklärung
Beim Fügen durch Einhängen kommen Zugfedern zum Einsatz, in welche die Bauteile eingehängt und gesichert werden. Die Verbindung kann sowohl beweglich als auch starr erzeugt werden. Das mögliche Anwendungsgebiet (bspw. Kofferraumklappenschaniere) ist vergleichsweise groß, dass hohe Kräfte übertragen werden können und gleichzeitig der Montageaufwand relativ klein ausfällt.
Einrenken – Erklärung
Das Einrenken kennzeichnet eine passende Kombination aus Schieben und Drehen. Man unterteilt das Einrenken in eine lineare (translatorische) und sich daran anschließende rotatorische Bewegung. Es entsteht ein Formschluss, bei welchem Haftkräfte einem Lösen der Verbindung entgegenwirken.
Im Alltag wirken Verschlüsse oder Lampenfassungen mit eingedrehter Glühbirne nach diesem Prinzip. Erst nach dem Überwinden der Haftreibung ist ein Lösen dieser Verbindung wieder möglich.
Auch Paneele von Laminatböden werden beim Verlegen eingerenkt.
Einspreizen – Erklärung
Beim Einspreizen (federnd) wird das zu fügende Teil im ersten Schritt elastisch verformt. Nachdem es eingelegt oder eingeschoben wurde entsteht die Verbindung infolge der elastischen Rückfederung. Auch hier gibt es viele unterschiedliche Varianten wie
- Schnappverbindung,
- Klipverbindung,
- Sicherungsringe,
- Spreizringe.
Fügen durch Füllen
Beim Füllen werden Hohlräume von Bauteile zumeist mit einem formlosen Stoff aufgefüllt. Das Imprägnieren funktioniert nach diesem Prinzip. Das Füllen, nicht selten auch Abfüllen oder Befüllen genannt beinhaltet das Einbringen von Stoffen (formlos) in Hohlräume oder Behälter. Eingebracht werden in Zwischenräume. Um eine Formstabilität der Verbindung zu erreichen, muss eine Phasenänderung oder chemische Reaktion erfolgen, damit die Füllung erstarrt. Neben der Fixierung ist nicht selten auch eine Isolierung durch oder Abfuhr von Wärme über die Füllung gewünscht. Als Einsatzstoffe verwendet man beispielsweise: Beim Anpressen oder Einpressen werden Verbindungen zwischen Bauteilen zumeist mit Hilfe von Schrauben oder Nägeln erzeugt. Diese Pressverbindungen funktionieren mit eine Übermaßpassung. Die Verbindung durch Einpressen oder Anpressen erfolgt über eine elastische Verformung der Fügeteile, bzw. Hilfsfügeteile (Schrauben, Nägel). Ein unerwünschtes Lösen wird durch den erzeugten Kraftschluss verhindert. Je nach Realisierung unterscheidet man nachfolgende Konzepte: Beim Fügen durch Urformen kommen die Verfahren des Urformens wie das Gießen oder Sintern bzw. generative Urformverfahren zum Einsatz. Beim Fügen durch Urformen werden Verbindungen zwischen einem Bauteil und einem Ergänzungswerkstück (formloser Stoff) oder mit einem zusätzlichen formlosem Stoff in Hohlräume erzeugt. Alternativ kann eine Verbindung zwischen zwei Stoffen auch durch nachträgliches Umgießen beider in eine neue Form erzeugt werden. Je nach Durchführung werden nachfolgende Konzepte angewendet: Beim Fügen durch Umformen kommen die Verfahren des Umformens wie das Kerben oder Weiten bzw. Biegen zum Einsatz. Die Umformverfahren des Fügens sind Verfahren die aus der Hauptgruppe des Umformens stammen. Die Verfahren, welche am Häufigsten angewendet werden sind das Nieten, Clinchen (Durchsetzungsfügen) und das Bördeln. Dabei unterscheidet man ob die Werkstücke selbst oder ein Hilfsgefügeteil, wie eine Niete, umgeformt werden. Je nach Durchführung werden nachfolgende Konzepte angewendet: Handelt es sich um Werkstücke aus Draht kommen Verfahren aus dem Bereich des Drahtflechtens hinzu. Dazu zählen das gemeinsame Verdrehen, Verseilen, Spleißen, Knoten, Drahtweben & Heften hinzu. Beim Fügen durch Schweißen werden Bauteile unter Anwendung von Wärme und/oder Druck unlösbar miteinander verbunden. Laut DIN 1910 und DIN EN 14610 ist Schweißen das Vereinigen von Werkstücken in der Schweißzone durch den Einsatz von Wärme und/oder Kraft mit oder ohne Schweißzusatz. Der Schweißvorgang kann mit oder ohne Schweißzusatzwerkstoffe erfolgen. Kommt ein Zusatzwerkstoff zum Einsatz, handelt es sich dabei um Stäbe oder Drähte, die abgeschmolzen werden und anschließend in der Fuge zwischen den Fügepartnern erstarrt. Die erforderliche Schweißwärme wird entweder von außen zugeführt oder entsteht durch Reibung an der Fuge selber, wie beim Reibschweißen. Unterstützt wird der Schweißvorgang durch Hilfsstoffe wie Das Schweißen ist das wichtigste und verbreitetste Fügeverfahren weltweit. Denn im Gegensatz zu anderen Verfahren wie dem Verschrauben ist es wesentlich günstiger und platzsparender. Darüber hinaus können wesentlich höhere Festigkeiten realisiert werden. Die Anzahl, der für das Schweißen geeigneten Werkstoffe beschränkt sich auf Metalle, Thermoplasten (Kunststoffe) und Werkstoffe wie beispielsweise Glas. Da das Schweißen ein besonders umfangreicher Verfahrenszweig ist, folgt in einem späteren Abschnitt eine umfangreiche Betrachtung mit der Einzelvorstellung der Verfahren und Besonderheiten. Grob unterschieden werden kann das Schweißen (Metallschweißen) in zwei Hauptgruppen nach DIN 1910-100. Wir unterscheiden das Schmelzschweißen und das Pressschweißen. Zur Gruppe des Schmelzschweißen zählen nachfolgende Verfahren: Hervorzuheben ist hier das Lichtbogenschmelzschweißen, welches noch weitere Unterformen aufweist: Hervorzuheben ist hier das Widerstandspressschweißen, welches noch weitere Unterformen aufweist: Beim Fügen durch Löten werden Bauteile unter Anwendung von Wärme und/oder Druck mit einem artfremden Zusatzwerkstoffe (Lot = niedrigschmelzende(s) Metall/Metalllegierung) unlösbar miteinander verbunden. Das Löten zählt zu den thermischen Verfahren des Fügens und erzeugt eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den Werkstoffen. Die flüssige Phase zwischen den Werkstoffen entsteht durch die Verflüssigung eines Lotes, wie beim Schmelzlöten, oder durch die Diffusion an den Grenzflächen, wie beim Diffusionslöten. Im Gegensatz zum Schweißen wird der Grundwerkstoff nicht aufgeschmolzen, da die zugeführte Wärme unterhalt der Liquidustemperatur (Schmelztemperatur) des Grundwerkstoffes liegt. Vielmehr wird eine Oberflächenlegierung erzeugt. Dadurch wird der Grundwerkstoff nur gering thermische beansprucht und gleichzeitig weist diese stoffschlüssige Verbindung eine höhere Elastizität auf. Besonders in der Elektrotechnik und im Sanitärbereich wird vorrangig auf Löten gesetzt. Das Löten hat zudem den Vorteil, dass auch unterschiedliche Metalle miteinander gefügt werden können. Da das Löten ebenfalls ein besonders umfangreicher Verfahrenszweig ist, folgt in einem späteren Abschnitt eine umfangreiche Betrachtung mit der Einzelvorstellung der Verfahren und Besonderheiten. Wir unterscheiden hier 3 Verfahrensarten Hartlötverbindungen sind fester als Weichlötverbindungen, liegen jedoch unterhalb der Festigkeitswerte, die eine Schweißverbindung aufweist. Hochtemperaturlötverbindungen werden entweder im Vakuum oder innerhalb eine Schutzgasatmosphäre erzeugt. Hervorzuheben ist hier das Lichtbogenlöten, welches noch weitere Unterformen aufweist: Wir unterscheiden drei Unterformen Das Löten umfasst insgesamt drei Teilschritte. Beim Fügen durch Kleben werden Bauteile unter Anwendung eine Klebstoffes infolge der Effekte von Kohäsion und Adhäsion unlösbar und stoffschlüssig verbunden. Das Kleben zeichnet sich durch seine einfache und schnelle Handhabung aus, weshalb es in vielen Bereichen der Industrie verwendet wird. So werden Speziell im Fahrzeugbau und Flugzeugbau sowie der Elektroindustrie werden Bauteile mit Klebstoffen verbunden. Die verwendeten Klebstoffe härten entweder chemisch oder physikalisch aus.
Fügen durch Anpressen & Einpressen
Fügen durch Urformen
Fügen durch Umformen
Fügen durch Schweißen
Verfahren des Schmelzschweißens
Verfahren des Pressschweißens
Fügen durch Löten
Lötverfahren – Einteilung nach Liquidustemperatur des Lotes
Lötverfahren – Einteilung nach Art der Durchführung
Lötvorgang – Benetzen, Fließen, Binden
Fügen durch Kleben
Einsatzbereiche und Anforderungen
Klebstoffarten
Wie bereits erwähnt, kommen chemisch oder physikalisch härtende Klebstoffe zum Einsatz.
Physikalisch härtende Klebstoffe:
- Schmelzklebstoffe: Diese festen und lösungsmittelfreien Klebstoffe werden im geschmolzenen Zustand aufgetragen und bilden nach dem Erstarren eine feste Verbindung zwischen den Fügepartnern.
- Nassklebstoffe: Diese lösungsmittelhaltigen Klebstoffe kennzeichnet, dass die feste Verbindung zwischen den Fügepartner erst mit dem Verdunsten des Lösungsmittels entsteht.
Chemisch härtende Klebstoffe:
Die Unterscheidung kann hier zweifach vorgenommen werden in:
- Kaltklebstoffe
- Warmklebstoffe
diese werden zudem unterschieden in
- Einkomponentenklebstoffe
- Zweikomponentenklebstoffe
Gemein haben diese Klebstoffe, dass es sich um Reaktionsklebstoffe handelt, die ihre Klebefähigkeit infolge einer chemischen Reaktion erlangen, die teilweise mehrere Stunden andauern kann. Die volle Belastbarkeit erlangt ein chemisch härtender Klebstoff erst nach der vollständigen Aushärtung.
Klebstoffeigenschaften
Das Kleben zeigt zudem weitere positive Eigenschaften, die es als Verbindungsart so beliebt macht:
- Verbindung ist dicht,
- Spannungsverteilung senkrecht zur Belastungsrichtung zumeist gleichmäßig,
- Keine thermischen Gefügeänderungen am Werkstoff,
- Kein thermische Bauverzug,
- Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe möglich,
- Klebeverbindungen sind leicht und daher für den Leichtbau geeignet,
- Nicht korrosionsanfällig
Textiles Fügen
Beim Textilen Fügen werden alle Verfahren erfasst bei denen Werkstoffe entweder mit einem textilen Werkstoff oder gänzlich textile Werkstoffe miteinander verbunden werden.
Der Zusammenhalt zwischen den Fügeteilen wird beim Textilen Fügen durch einen Formschluss, Kraftschluss als auch Stoffschluss erzeugt.
Die Verfahren die dem Textilen Fügen zugeordnet werden sind:
- Spinnen und Zwirnen: Aus textilen Fasern werden Fäden (Zwirne, Garne) erzeugt.
- Weben, Stricken, Flechten & Knoten sowie Knüpfen: Aus Garnen und Zwirnen werden textile Flächengebilde (bspw. Tücher, Planen, Bekleidung) erzeugt.
- Vlieslegen: Lose Fasern werden zusammengelegt und erhalten ihren sehr schwachen Zusammenhalt durch Haftreibung.
- Nähen: Textile Werkstoffe werden durch Nähgarn miteinander fest verbunden.
Nachdem wir uns jetzt einen ausreichenden Überblick bezüglich der Hauptgruppe des Fügens verschafft haben, wenden wir uns jetzt mit dem Trennen der vierte Hauptgruppe zu.
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