DIE RASANTE ENTWICKLUNG DER VERBINDUNGSTECHNIK - EIN INTERVIEW MIT JONATHAN CRAVEN, TECHNISCHER LEITER BEI AFSR

Im Februar 2016 wurde Jonathan Craven, Operations Director bei Alcoa Fastening Systems & Rings vom Magazin für Konstrukteure und Design Management, Eureka interviewt.

Im Februar 2016 wurde Jonathan Craven, Operations Director bei Alcoa Fastening Systems & Rings vom Magazin für Konstrukteure und Design Management, Eureka interviewt.

Verbindungsmaterialien sollten in sicherheitskritischen Anwendungen nicht unterschätzt werden. Ein Verbindungselement, das lediglich einen Bruchteil der gesamten Materialkosten ausmacht, kann bei Fehlerhaftigkeit zu katastrophalen und teuren Konsequenzen führen. Für die Integrität eines Produktes ist es absolut lebensnotwendig.

Die Werkstoffkunde war der aktuellen Verbindungstechnik immer einen Schritt voraus. Diese Tatsache ist so unausweichlich wie auch unvermeidbar und bedeutet, dass die Technik im Bereich der Verbindungselemente unter konstantem Fortschrittsdruck steht.

Die Kataloge für Standardanwendungen sind voll mit Standard-Verbindungsbauteilen. Diese repräsentieren allerdings nicht den Kernbereich des Marktes, der aktuell ein riesiges Potential in Europa aufweist und genau die Marktsegmente widerspiegelt, die von Alcoa Fastening Systems & Rings (AFSR) bedient werden. Unserer Meinung nach sollte man die Standardkombination aus Schraube und Mutter verwenden, wenn diese Standardkombination ausreicht, um zwei Materialien miteinander zu verbinden. Widrige und anspruchsvolle Anwendungen mit unterschiedlichen und neuen Materialien unter Verwendung multi-funktioneller Befestigungslösungen erfordern jedoch mehr Fachkompetenz. Dieses Endsegment unserer Branche ist hochgradig innovativ, anspruchsvoll und extrem aufregend. Wir sprechen hier über Anwendungen, die Risiken beinhalten - oder wo zumindest bei der Zuverlässigkeit kein Verhandlungsspielraum gegeben ist.

Dazu gehören Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, dem Schienenverkehr und erneuerbaren Energien. An erster Stelle steht jedoch die Automobilindustrie mit ihrem Streben nach leichten und alternativen Materialien. Zwei Stahlbleche kann man leicht miteinander verbinden. Bis zu dem Punkt, an dem diese Bleche bei einer Dicke von unter 2 mm so dünn werden, dass das Verbindungselement oder der Verbindungsprozess die Materialleistung nachteilig beeinflussen können. Dies gilt auch für Verbundwerkstoffe. Ungeeignetes Befestigungsmaterial kann zum Aufbau einer Ringspannung um das Verbindungselement und dadurch zu Rissausbreitung und anderen Materialschäden führen.

Der Trend zu leichteren Fahrzeugen wird sich zukünftig noch intensivieren und dem entsprechend auch die damit in Zusammenhang stehenden Probleme im Befestigungsbereich. Dies gilt auch für andere Anwendungen - so berichtete beispielsweise ein Hersteller von Windkraftanlagen darüber, dass ein Lösungskonzept zwar ein Befestigungsproblem gelöst hat, dadurch allerdings fünf neue Probleme entstanden sind. Das Kernproblem liegt darin, dass die Ingenieurwissenschaften in Europa drei Jahrzehnte lang stiefmütterlich behandelt wurden. Expertenwissen im Bereich der Verbindungstechnologie ging verloren und es gibt deshalb nur noch eine Handvoll Ingenieure die wirklich wissen, wie man Probleme im Bereich der Verbindungstechnologie löst.

Allerdings stehen für Ingenieure, die die Technologieentwicklung vorantreiben wollen, nach wie vor Ressourcen zur Verfügung; für Ingenieure, die branchenrevolutionäre Produkte entwickeln wollen. Diese Ingenieure brauchen Zulieferer die ihnen Technologien anbieten können, die gleichzeitig hochmodern und bereits erprobt sind - ein Widerspruch, der den Forschungsdrang stimuliert. AFSR kann sowohl die Technologie als auch das Fachwissen bereitstellen, um hier die Forschung voranzutreiben. In Anbetracht der Tatsache, dass sich Europa im Bereich der High-End-Ingenieurwissenschaften verstärkt etabliert, werden sich die Ingenieure an ihre Zulieferer wenden, wenn es um die Entwicklung von Grundlagentechnologien geht.

Gerade hier verfügt ASFR durch sein in Großbritannien ansässiges Ingenieurteam über eine perfekte Ausgangsposition; unterstützt durch das Technologiezentrum in Pittsburgh, USA mit seinem weltweiten Kundendienst. Die heutige Materialentwicklung ist schlicht und ergreifend rasant. Verbindungselemente müssen zuverlässig sein und dürfen die Materialien nicht beschädigen. Wenn hochwertige Materialien durch hochwertige Verbindungselemente beschädigt werden, dann ist das widersinnig. Kompatibilität ist hier das A und O.

Und schon gibt es wieder neue Trends. Innerhalb der Branche werden die Ansprüche fordernder, insbesondere hinsichtlich der Vorhersehbarkeit von Produktverhalten (innerhalb der Verbindungsstelle) und der Nachvollziehbarkeit der Installation. Das Produktions-Freigabe-Verfahren (PPAP - Production Part Approval Process) wird in der Automobilindustrie angewendet und kann hier beispielhaft genannt werden. In diesem Fall erhält der Kunde detallierte Informationen über jedes Teil, und zwar nicht nur die Abmessungen sondern auch Informationen über den Herstellungsprozess und -ort, die verwendeten Materialien und deren Ursprung. Es handelt sich hier in Grunde genommen um einen Vertrag mit dem Kunden, bei dem wir als Zulieferer gemäß der Bedingungen überprüft werden. Ursprünglich kommt diese Methodik aus dem Automobilbereich, sie wird allerdings mittlerweile auch in Industriebetrieben anderer Branchen angewendet.

In die gleiche Sparte fällt auch die Nachvollziehbarkeit der Installation. Dieser Begriff ist beispielsweise in Bereichen wie dem High-End-Sektor aufgekommen, in denen weitere Informationen über Installationsmethoden erwünscht sind. ASFR liefert ein hydraulisches Installationssystem, dass auch den Bediener, das Werkzeug und die Charge der Verbindungselemente identifiziert sowie eine Kraft-Weg-Kurve für die Installation. Dadurch kann z.B. ein Eisenbahnverkehrsunternehmen bei einer Überprüfung durch ein staatliches Amt für Schienenverkehr den zertifizierten Nachweis vorlegen, aus dem der Einbau des Verbindungselements durch Fachpersonal hervorgeht, unter Angabe des Einbaudatums und der Chargennummer. Diese Vorgehensweise spiegelt die Anforderungen der Luft- und Raumfahrtindustire wider, wo die Rückverfolgbarkeit eine große Rolle spielt.

Die Installation selbst ist etwas, das leicht als Nebensächlichkeit eingestuft wird - Ingenieure tendieren dazu, herstellungsfreundliches Design bei den Verbindungselementen zu übersehen. Dabei darf man gerade in den hier besprochenen Anwendungsbereichen die Verbindungselemente nicht als Bauteil sondern eher als System betrachten. Für die Installation eines Großteils der Verbindungselemente wird eine zweckbestimmte Maschine benötigt. Bei der technischen Vorgabe für das Verbindungselement muss der Kapitalaufwand für die Maschine beachtet werden. Des Weiteren muss auch das Maschinendesign hinsichtlich Zugänglichkeit zum Verbindungselement berücksichtigt werden.

Dies knüpft nahtlos an den vorrangigen Trend dieser anspruchsvollen, sicherheitskritischen Anwendungen an - die Ingenieure suchen nach Lösungen. Falls dafür ein maßgeschneidertes System für Verbindungselemente oder eine Installation benötigt wird: Alcoa verfügt über die Organisation und das Herstellungs- und technische Wissen, um dies zu liefern.

Dadurch kann die funktionelle Leistung der Produkte auf metallurgischem Niveau entworfen werden, gestützt durch die Herstellungsmethoden, spezielle Hitzebehandlungsprozesse und spezielle Werkstoffgüten.

Wenn ich aus dem Jahr 2020 zurückblicken sollte dann würde ich sagen, dass im Hinblick auf alle sichtbaren Fortschritte in der Verbindungselementetechnologie meiner Meinung nach die beachtlichste Veränderung in der Produktivität zu verzeichnen sein wird. Das bezieht sich auf uns als Zulieferer und unsere Lieferzeiten, den Zyklus vom Design zum Prototyp oder insbesondere direkt die Produktherstellung, die selbstverständlich eine weitere Automation der Verbindungselementeinstallation beinhaltet. Hier liegt der Schlüssel zum Erfolg eindeutig in der engeren Zusammenarbeit zwischen Zulieferer, Designer und Hersteller.