Sichere und feste Verbindung mit Heißnieten

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Versuchsreihe zum Heißnieten bringt bemerkenswerte Ergebnisse

Um die bestmöglichen Gefügeeigenschaften und Abzugswerte zu erreichen, zeigten die vergleichenden Versuchsreihen, dass bei optimaler Wahl der Prozessparameter und dem Prozessverlauf, das BHS Hot Stamp Verfahren als Kontaktnietverfahren mit über 750 N für einen 3-mm-Vollniet die höchsten Abzugswerte erzielte. Dieses Ergebnis überrascht insofern, dass Kunststoffe als schlecht leitende Materialien erfahrungsgemäß sehr homogen bis zur Umform-Temperatur erhitzt werden sollten, um ein maximales Volumen zu schmelzen und somit die optimale Gefügestruktur erreichen zu können. Hierfür wird üblicherweise das Heißluftverfahren verwendet, mit dem ein homogenes Plastifizieren des gesamten Nietdoms ermöglicht wird. Das Heißstempelverfahren erlaubt hingegen mit gängigen Prozessabläufen lediglich das Aufschmelzen und Verdrängen des Materials über die Kontaktfläche an der Nietspitze. Der entstandene Nietkopf weist so bei nicht-optimalem Ablauf Schwachstellen auf.

Dass der Prozessablauf und die richtige Wahl der Geometrie zu einer mehr als 300-prozentigen Festigkeitsverbesserung führen kann, zeigt, wie wichtig es ist, die Einflüsse der Prozessparameter zu verstehen und bereits in der Konstruktionsphase zu berücksichtigen.

Als Fazit konnte eine neue Konstruktionsrichtlinie abgeleitet werden, die einen optimalen Kompromiss zwischen minimaler Taktzeit und maximaler Festigkeit darstellt. Und eines sollte abschließend noch angemerkt werden: die äußere Optik gibt keine Aussage über die Festigkeit der Nietverbindung.

Die Forschung gemeinsam mit der TU Chemnitz geht bereits weiter, um weitere Werkstoffe und Einflussfaktoren zu untersuchen.

Vorteile einer neuen Konstruktionsrichtlinie beim Heißnieten

Erste Ergebnisse einer Grundlagenuntersuchungen der Bdtronic gemeinsam mit BASF und der Professur für Kunststoffe an der TU Chemnitz zum Thema Heißnieten führten zu einer neuen Konstruktionsrichtlinie.

Durch die hochgenaue Temperaturmessung und -regelung (+/- 5 °C) im Millisekundenbereich und die kontinuierliche Prozessüberwachung war es mit den Heißniettechnologien BHS Hot Stamp (Kontaktnietverfahren zum Warmumformen und Heizstempelnieten) und BHS Hot Jet (Heißluftverfahren) erstmals möglich, exakte Untersuchungen für dieses Fügeverfahren durchzuführen.

Die erste Untersuchungsreihe hatte das Ziel, zuverlässige Daten zu Festigkeiten und Nietqualität zu generieren, um Aussage über optimale Parameter und Taktzeiten treffen zu können. Für die Nietgeometrie lehnte man sich bislang an die DVS-Richtlinie 2216-3 an, die eine Vollniet-Geometrie für die höchste Festigkeit („DVS lang“), eine für geringe Bauhöhe („DVS kurz“) sowie eine Hohlnietgeometrie für dünnwandige Bauteile („DVS hohl“) vorschlägt.

Für die Versuche wurden Prüfkörper erstellt, die sehr typische Anwendungen im Elektronikbereich abbilden:

• 1. mit einem Durchmesser von 3 mm,

• 2. aus den teilkristallinen Materialien mit 30 % Glasfaseranteil.

Verwendete thermische Verfahren waren

• – das Warmumformen: ein isothermer Stempel wird auf den Pin aufgesetzt und formt ihn gleichzeitig bis in Endlage mit voreingestellter Kraft um

• – das Heizstempelnieten: ein isothermer Stempel wird erst drucklos zur Schmelzebildung auf den Pin aufgesetzt und formt dann mit voreingestellter Kraft um

• - und das Heißluftnieten.

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