Clinchen Clinchen schlägt Schweißen – CO2-Footprint im Vergleich

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Das Tox-Clinchen, auch „toxen“ genannt, hat sich als smarte Fügetechnologie weltweit einen Namen gemacht. Im Vergleich zum Widerstands-Punktschweißen (WPS) spart das Clinchen Energie und hält so den CO₂-Footprint klein, das beweist eine Untersuchung des Laboratoriums für Werkstoff- und Fügetechnik der Uni Paderborn.

Die aktuellen Herausforderungen für produzierende Unternehmen sind vielschichtig: Sie müssen schnell und zuverlässig qualitativ hochwertige Produkte liefern und gleichzeitig Kosten einsparen. Zudem wächst der Druck, CO₂ zu reduzieren. Den Anspruch, nachhaltig zu produzieren geben die Verantwortlichen in der Wertschöpfungskette weiter. Sie verlangen zunehmend auch von ihren Lieferanten energieeffiziente Lösungen.

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Das setzt Zulieferer unter Druck. Tox Pressotechnik empfiehlt, bei der Wahl der Verbindungstechnik den CO₂-Footprint zu berücksichtigen und energiesparende Technologien zu bevorzugen.

Clinchen – Nachhaltige Alternative zum Widerstands-Punktschweißen

Das Widerstands-Punktschweißen ist ein gängiges Verbindungsverfahren, das viele Unternehmen seit Jahrzehnten nutzen, ohne sich der schlechten Energiebilanz bewusst zu sein. Die nachhaltige Alternative ist das Clinchen – eine Technologie, die Tox Pressotechnik seinen Kunden anbietet. „Das Verfahren ist die technologische Lösung, um einen energieeffizienten Fügeprozess sowohl für die hochautomatisierte Großserienproduktion als auch für die Einzelteilfertigung am Handarbeitsplatz anzubieten, erzählt Dr. Marcus Matzke, Leiter Technologie bei Tox Pressotechnik. „Das Clinchen ist eine Schlüsseltechnologie, mit der die Anwender ihre gesteckten CO₂-Ziele erreichen können“, ergänzt er.

Um die Vorteile bei der Energieeffizienz zu belegen, hat Tox Pressotechnik das Laboratorium für Werkstoff- und Fügetechnik der Uni Paderborn beauftragt, eine Energieverbrauchsmessung für das Widerstands-Punktschweißen durchzuführen. Das Institut untersuchte eine Stahl-Stahl- und eine Aluminium-Aluminium-Verbindung. Dem wurden die Verbrauchswerte identischer Clinchverbindungen gegenüber gestellt.

Clinchen spart bis zu 90 Prozent Energie ein

Das Ergebnis: Das Clinchen hat bei beiden Materialkombinationen die Nase vorn. Es lassen sich je nach Fügeverbindung im Vergleich zwischen 80 und 90 Prozent Energie einsparen. „Sie reduzieren ihren CO₂-Fußabdruck also deutlich, wenn sie clinchen statt schweißen. Zumal beim Clinchen ein zusätzlicher Energieverbrauch durch Lüften oder Absaugen komplett entfällt“, betont Dr. Matzke.

Clinchen: Nieten ohne Niet

Mit Clinchen bezeichnet man einen Fügeprozess nach DIN 8593 der Fertigungstechnik. Mit dem Clinchverfahren werden Bleche unterschiedlicher Dicke oder verschiedene Materialien, auch mit Kleber oder anderen Zwischenlagen, in einem Kaltumformprozess verbunden. In industriellen Anwendungen wird das Clinchen für Einzelblechdicken von 0,1 mm bis zu einer Gesamtschichtdicke von 12 mm und einer Zugfestigkeit von bis zu 800 N/mm² verwendet.

(Bildquelle: Tox Pressotechnik)

Beim Clinchen mit dem Tox-Rund-Punkt entstehen die hohen Haltekräfte durch die Materialverfestigung im Halsbereich und das Fehlen jeglicher Kerbwirkungen. Dies ist das direkte Ergebnis der nicht beweglichen, starren Matrize. Korrosionstests zeigen, dass bei der Tox-Rund-Punkt-Verbindung die Oberfläche nicht angegriffen wird. Damit bleiben die antikorrosiven Eigenschaften der Bleche (wie etwa bei alu- oder zinkbeschichteten Stahlblechen) erhalten. Kein Schneidevorgang beschädigt die Oberfläche, beim Tox-Clinch-Verfahren fließt die Beschichtung mit und bleibt erhalten.

Tox-Rund-Punkt besitzt eine längere Lebensdauer als ein Schweißpunkt

In Dauerschwingtests wurden der Tox-Rund-Punkt und Schweißpunkte miteinander verglichen. Dabei wurden die Verbindungen einer Vorlast von 1 kN und einer Frequenz von etwa 35 Hz ausgesetzt. Ermittelt wurden dabei die Lastspiele bis zum Lösen der Verbindung. Schlussendlich konnte der Tox-Rund-Punkt eine längere Lebensdauer als ein Schweißpunkt aufgrund seiner höheren dynamischen Festigkeit ohne physikalische Kerbwirkung im Punkt erzielen.

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Der Tox-Rund-Punkt verfügt aufgrund des Kaltumformprozesses über eine höhere dynamische Festigkeit. Beim Punktschweißen hingegen verändert die im Punkt eingebrachte Hitze das Materialgefüge, was sich nachteilig auf die Festigkeit des Schweißpunkts auswirkt. Aus diesem Grund sind dynamisch belastete Schweißpunkte den Tox-Rund-Punkten hinsichtlich Punktfestigkeit unterlegen.

Keine Hilfsfügeteile für die Clinchverbindung notwendig

Das Verfahren punktet aber nicht nur beim Energieverbrauch. Die Unternehmen sparen auch noch an anderer Stelle: Da eine Clinchverbindung allein durch die Umformung der Fügeteile hergestellt wird, sind keine Hilfsfügeteile wie Schrauben, Mutter oder Nieten notwendig. Auch das Investment für eine etwaige Zuführeinrichtung entfällt damit. Es müssen weder Kühlmittel oder Gas zugeführt werden, noch fallen Chemikalien und sonstige Schadstoffe zur Entsorgung an. Außerdem entstehen beim Clinchen keine giftigen Dämpfe, die dem Bedienpersonal schaden könnten. Und der Geräuschpegel im Betrieb ist deutlich niedriger.

„Was den finanziellen Aufwand angeht, rechnen wir im direkten Vergleich mit 40 Prozent geringeren Investitions-, Betriebs- und Werkzeugkosten für unsere Kunden“, fasst der Technologieleiter zusammen. (jup)

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