Aluminium Lexikon – der Werkstoff von A–Z

Webers "Taschenlexikon Aluminium" beinhaltet die wichtigsten Fachbegriffe der Aluminium-Industrie und informiert über Wissenswertes rund um das Thema Aluminium von A wie Alaun bis Z wie Ziehen. Es ist als Einstieg in die Beschäftigung mit dem Werkstoff gedacht.

Fügen

Nieten

Das Nieten führt zu einer Verbindung, die ohne Zerstörung nicht lös­bar ist. Die Hauptbelastung sollte quer zur Nietachse auf Abscheren oder Lochleibung erfolgen, deshalb sind zweischnittige Verbindun­gen von Vorteil. Gängige Nietwerkstoffe sind Aluminium, Stahl und Edelstahl. Die Nietverbindung sollte mindestens die gleiche Festig­keit und den gleichen Korrosionswiderstand haben wie die Füge­teile. Das Nieten mit Vollnieten, die aus einem Teil bestehen und eine Zugängigkeit der Fügestelle von beiden Seiten erfordern, wird immer mehr durch einseitig setzbare Verbindungen mittels Blindniete, die aus Dorn, Setzkopf und Niethülse bestehen, verdrängt. Beim Verbin­den mit Blindnieten ist genau auf die Einhaltung von Klemmlänge und Bohrlochdurchmesser zu achten (Herstellerangaben!).

Setzen eines Vollniets

Spezialformen bilden die Schließringbolzen, die beidseitig zugäng­lich sein müssen, und bei denen der Schließkopf durch einen Schließring (Anpressring) ersetzt ist, und die Nietmuttern, die einseitig setzbar sind, und an deren Durchsteckmuttern weitere Fügeteile anschraubbar sind. Bei Stanznieten entfällt das Vor­bohren.

Schrauben

Schraubverbindungen sind prinzipiell lösbare Verbindungen, die entweder von beiden Seiten (Schrauben mit Muttern) oder einsei­tig setzbar sind (Gewindeform- oder Gewindeschneidschrauben, Gewindeeinsätze). Für die Verwendung letzterer Schraubentypen eignet sich Aluminium besonders deshalb, weil Schraubkanäle oder ähnliche Vorrichtungen bereits beim Strangpressen geformt werden können. Allerdings dürfen diese Schrauben in dünnen Unterkonstruktionen nicht mehrmals in das gleiche Gewinde geschraubt werden.

Isolierte Schraubverbindung

Je nach Anwendungsbereich, Art der mechanischen Beanspru­chung und Korrosionsschutzanforderung kommen beim Fügen von Aluminiumbauteilen oberflächengeschützte (meistens ver­zinkte) Stahlschrauben, Schrauben aus nichtrostendem austeni­tischem CrNi-Stahl und Aluminiumschrauben (im Wesentlichen Holzschrauben) zum Einsatz. Es ist zu beachten, dass bei einer auf Korrosion beanspruchten Aluminiumkonstruktion die Schraub­verbindungen in dieser Hinsicht keine Schwachstelle bildet. Stich­worte in diesem Zusammenhang sind: Abdichten von Spalten, Isolierung von Fügepartnern aus unterschiedlichen Metallen, min­destens gleicher Korrosionswiderstand der Schrauben und der Fügeteile. Bezüglich Bohrlochdurchmesser und Fügeteildicken sind die Angaben der Hersteller zu beachten.

Kleben

Aluminiumwerkstoffe eignen sich gut für die Anwendung der Metallklebetechnik. Wichtigster konstruktiver Grundsatz ist, dass Klebeverbindungen nur auf Schub beansprucht werden sollten. Zu vermeiden ist schälende oder Zugbeanspruchung. Klebver­bindungen sind daher meist Überlapp- oder Steckverbindungen (Überlappungslänge zirka das Zehnfache der Materialdicke). Je nach Anspruch an die Festigkeit der Verbindung ist die Rauhig­keit der Oberfläche und ihre Klebtauglichkeit mehr oder weni­ger zu vergrößern: Aufrauhen, gründliches Entfetten, Beizen oder Anodisieren ohne Verdichten. Der Aufwand für eine ordnungsge­mäß ausgeführte Klebverbindung ist nicht geringer als für andere Fügeverfahren. Die Vorteile des Klebens sind neben günstiger Spannungsverteilung, dass der Fügeteilwerkstoff nicht oder nur geringfügig durch Wärme verändert wird und dass anodisierte Teile ohne Beeinträchtigung des Aussehens oder der Schutzwir­kung verklebt werden können.

Verbindungen durch Umformen

Jedes Umformverfahren lässt sich auch zum Herstellen einer Verbindung einsetzen, wobei im Wesentlichen die handwerkli­chen Verfahren wie Falzen, Bördeln und Sicken von den industri­­­ell angewendeten Verfahren wie Spreizen, Aufweiten, Einrollen, Umschließen und Durchsetzfügen zu unterscheiden sind. Einige Techniken eignen sich besonders für Bleche (zum Beispiel Falzen und Durchsetzfügen (Clinchen)); die restlichen besser für Rohre und Profile. Diese Verbindungen sind ohne Zerstörung nicht lösbar. Durch die Notwendigkeit der plastischen Verformung sind besondere Werkstoffeigenschaften (keine harten oder ausgehärteten Zustände) erforderlich; beim Zusammenbau mit Fremdwerkstoffen ist auf die Gefahr von Spalt- oder Kontaktkorrosion zu achten. Das folgende Bild zeigt typische Verbindungen durch Umformen an dünnwandigen Bauteilen.

Schnappverbindungen

Bei dieser für Aluminiumstrangpressprofile typischen Art der Ver­bindung wird die Federwirkung des Werkstoffs im elastischen Bereich ausgenutzt. Meistens sind die Verbindungen wieder lös­bar. Je nach Umgebung ist auf Spalt- und Kontaktkorrosion zu achten. Einige Arten von Schnappverbindungen sind nachfolgend anderen profiltypischen Verbindungsmöglichkeiten gegenüber­gestellt.

Thermisches Fügen durch "Stoffvereinigen"

Beim thermischen Fügen unterscheidet man prinzipiell Verfah­ren, bei denen der Grundwerkstoff aufgeschmolzen (Schmelz­schweißen) oder plastifiziert (Press- oder Reibschweißen) wird und denen wo dies nicht geschieht (zum Beispiel Löten). Die ther­mische Energie für den Verbindungsvorgang wird durch einen elektrischen Lichtbogen, eine Gasflamme, einen Strahl (Laser- oder Elektronen) oder durch Reibungswärme erzeugt und in das Werkstück eingebracht.Nachfolgend sind die hauptsächlich angewendeten Verfahren auf­geführt.

Schweißen

Schweißen fällt, wie zum Beispiel auch das Löten, in die Kate­gorie "Fügen durch Stoffvereinigen". Wichtige Voraussetzung für eine einwandfreie Schweißverbindung zwischen Aluminium­bauteilen ist die Beseitigung der Oxidschicht, die sich unter Ein­fluss des Luftsauerstoffes spontan auf Aluminiumoberflächen bil­det. Dies kann unterschiedlich erfolgen: auf chemischem Wege durch Flussmittel, durch einen Lichtbogeneffekt beim Schweißen unter Schutzgas, durch Pressschweißen bei Oberflächenvergröße­rung unter Luftabschluss (zum Beispiel in Überlappungen) oder durch Herausquetschen der ursprünglichen Oberflächenzone bei Stumpfschweißungen.

Beim Schmelzschweißen werden die grundlegenden Arten:

  • Wolfram-Inertgas-Schweißen (WIG)
  • Metall-Inertgas-Schweißen (MIG)unterschieden, und darüber hinaus finden folgende Sonderverfah­ren zum Teil breite technische Anwendung, wobei für Aluminium die beiden letztgenannten nicht oder nur in Ausnahmefällen ange­wendet werden:
  • Laserstrahlschweißen;
  • Elektronenstrahlschweißen;
  • Press- beziehungsweise Reibschweißen;
  • Metall-Lichtbogenschweißen mit Stabelektrode;
  • Gasschmelzschweißen.

 

Löten

Bei Aluminiumwerkstoffen spricht man vom Hartlöten, wenn die Schmelztemperatur des Lotes über 450 °C (bei Verwendung des Lotes L-AlSi12 ca. 600 °C) liegt, unterhalb von 450 °C vom Weich­löten.