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

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: [abgerufen am: 11. Nov. 2016], S. 84 Link
• 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

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, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 10. Okt. 2016] Link

• 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

• 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

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. Blue Competence ist eine Initiative des Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V. (VDMA), März 2014, auch verfügbar als PDF unter: , [abgerufen am: 27. Jan. 2016] Link

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

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.

• 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

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

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 Umformfügen. DYNARDO (Dynamic Software and Engineering) GmbH, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 11. Nov. 2016] Link

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

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, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 11. Nov. 2016] Link

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, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 11. Nov. 2016] Link

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, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 11. Nov. 2016]; S. 29, 34 Link

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, auch verfügbar als PDF unter: [abgerufen am: 11. Nov. 2016] Link

Im Verbundprojekt EnEffCo erfolgte eine detaillierte Analyse des Energieverbrauchs eines Punktschweißroboters. Die erhobene Energieverbrauchskurve wurde anhand charakteristischer Muster ausgewertet und einzelnen Produktionsvorgängen zugeordnet. Auf dieser Basis konnte ein Simulationsmodell entwickelt werden, welches Prognosen des Energiebedarfs der Schweißanlage für verschiedene Arbeitsschichten im Werk erlaubt. Auf dieser Basis ist es prinzipiell möglich, Soll-Vorgaben für den Energieverbrauch einer Schicht zu definieren. Darüber hinaus erfolgte der Nachweis detaillierter Prozessverbesserungen. So wurde anhand der erhöhten Informationstransparenz das Bewegungsprofil eines Roboters optimiert. Da die Bewegungen des Roboters deutlich unter der Taktzeit lagen, konnten diese verlangsamt werden, ohne den Produktionsablauf zu stören. Hierdurch ist eine Verringerung des Energieverbrauchs für den Roboter von bis zu 10 % erzielbar [Ökotec Energiemanagement (2013)].

Quelle(n):

• EnEffCo Konsortium (2013): Schlussbericht für das Verbundprojekt EnEffCo – Energieeffizienz-Controlling am Beispiel der Automobilindustrie, Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie [abgerufen am: 31.01.2023], verfügbar unter: Link

• 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

• 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

• 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

• 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

• 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

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

• 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

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

• 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

• 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

• 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

• 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

• 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

• 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 %

• 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

• 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

• 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

• 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.

 • 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

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

Weitere Informationen finden Sie unter nachfolgendem Link.

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: [abgerufen am: 11. Nov. 2016] Link

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: [abgerufen am: 10. Mrz. 2017] Link