Sichere und feste Verbindung mit Heißnieten

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DVS-Richtlinie führt beim Heißnieten nicht immer zu zufriedenstellenden Ergebnissen

Die Versuche mit den Prüfkörpern bestätigten die Vermutung, dass die genannten Normen nicht immer zu zufriedenstellenden Ergebnissen führen.

Die „DVS lang“ ergab zwar die höchsten Festigkeiten, was sich an den häufigen Pinbrüchen gegenüber Nietkopfbrüchen zeigte, aber die Prozesszeiten überstiegen typische Taktzeitanforderungen der Automobilzuliefererindustrie deutlich und der benötigte Bauraum für die hohe Kugelgeometrie ist für eine Vielzahl der Anwendungen zu groß. Beim Warmumformen zeigt sich zudem eine sehr schlechte Anbindung des geschmolzenen Materials an den Pinschaft resultierend in extrem schlechten Festigkeitswerten, woraus sich ableiten lässt, dass für dieses Verfahren die „DVS lang“ bei den getesteten Werkstoffen nicht geeignet ist. Vor allem aber erschwert die tiefe Stempelgeometrie mechanisch deutlich das Ablösen des vernieteten Materials aus der Kalotte, was zum Schwächen der Nietverbindung führen kann. Gleichzeitig sind die Abzugskräfte bei der „DVS kurz“ häufig nur ungenügend.

Die Lösung liegt dazwischen: die Bdtronic-Richtlinie ist ein Kompromiss zwischen höchstmöglicher Festigkeit und geringstmöglicher Prozesszeit.

Druckloser Schmelzeaufbau bringt keine Prozessverbesserung

Am Beispiel von Vollnieten aus PA66-GF30 mit 3 mm Durchmesser konnte bei dem Heizstempelverfahren mit der Bdtronic-Geometrie gezeigt werden, dass geringere Pinlänge (gegenüber „DVS lang“) die Schmelzebildung über die gesamte Pinlänge begünstigt und somit bessere Ergebnisse liefert.

Beim Warmumformen erreichen Vollnieten nach Bdtronic-Richtlinie aber deutlich höhere Festigkeiten als beim Heizstempelverfahren, was bedeutet, dass ein druckloser Schmelzeaufbau vor dem Vernietvorgang auch hier keine Prozessverbesserung bedeutet, wie häufig angenommen.

Absolut betrachtet konnte im Rahmen der Versuchsreihen beim Vernieten dieser Vollnieten nach Bdtronic-Standard mit dem Warmumformverfahren eine um durchschnittlich etwa 20 % geringere Abzugskraft (max. ca. 600 N) gegenüber Vollnieten „DVS lang“ gemessen werden. Gleichzeitig benötigt dieser Vollniet minimal aber eine um 50 % geringere Heizzeit bis zum Erreichen der Endlage gegenüber „DVS lang“!

Bezieht man die Taktzeit in die Betrachtung also mit ein, so können je nach Prozessparametersatz mit beiden Geometrien vergleichbare Festigkeiten in gleicher Taktzeit erreicht werden.

Mit der Bdtronic-Geometrie können so je nach Anforderungsprofil sehr kurze Taktzeiten von wenigen Sekunden oder hohe Festigkeiten von an die 600 N (für PA66-GF30) erzielt werden. Wichtig, wenn man hohe Festigkeiten wünscht: die optimale Prozesstemperatur und ausreichende Taktzeit entscheidet über die Bruchkraft!

Einhalten des optimalen Temperaturbereiches

Die Gegenüberstellung von Schliffbildern, optischer Analyse und Abzugsprüfergebnissen zeigt, dass eine „schöne“ Vernietung nicht immer die höchste Festigkeit verbirgt. Die Optik gibt also leider keine Aussage über die Gefügestruktur und somit Haltekraft einer Nietverbindung.

Über alle Versuchsreihen konnten die höchsten Festigkeiten für beide Geometrien mit dem Heißluftnieten erreicht werden. Auch hier ist die Definition der Prozessparameter entscheidend für die Bruchkraft. Durch das homogene Erwärmen des Nietpins lassen sich zwar auch groß dimensionierte Pins gut vernieten, aber auch hier ist die Wahl der geeigneten Prozesstemperatur relevant, denn je nach gewählter Temperatur kann die benötige Prozesszeit um ein Mehrfaches variieren.

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