Stanznieten Vollnietverbindungen sorgen im Leichtbau für eine erhöhte Festigkeit

Beim neuen Audi TT werden erstmals Vollniete am Fahrzeugkörper eingesetzt. Dadurch, dass dieser Niet die Bauteile vollständig durchstanzt, kommt es zu einer geringeren Verformung. Das bedeutet gleichzeitig, dass geringere Niederhalterkräfte notwendig sind als bei der Verwendung von Halbhohlstanznieten. Ein weiterer Vorteil des Vollniets ist seine Unsichtbarkeit nach dem Finish. Dies fällt besonders an Stellen ins Gewicht, in denen Nieten im Sichtbereich erforderlich sind.

Anbieter zum Thema

Franke GmbH

trivid GmbH

FORCAM ENISCO GmbH

Die Leicht- und Mischbauweise ist aus der heutigen Fertigung nicht mehr wegzudenken: So verzichtet auch die Automobilindustrie zugunsten von leichten Materialien wie Aluminium, Magnesium und faserverstärkten Kunststoffen immer öfter auf den klassischen Werkstoff Stahl. Die Audi AG, Pionier und Technologieführer in der Aluminium-Leichtbauweise, hat diese Entwicklung konsequent vorangetrieben. Aktuelles Beispiel: der neue Audi TT.

Was Gewicht spart, muss allerdings genauso stabil und haltbar sein wie die klassische Stahlkonstruktion. Dies stellt hohe Ansprüche an die Verarbeitung der neuen Werkstoffe. In der Verbindungstechnik haben sich deshalb mechanische Fügeverfahren wie das Stanznieten durchgesetzt. Audi nutzt dafür bereits seit 1994 Systeme der Tucker GmbH. Das Gießener Unternehmen, das seit 1972 zu Emhart Teknologies gehört und damit Teil der Black & Decker Corporation ist, unterstützte die Ingolstädter schon bei der Fertigung des A2, A8 und des bisherigen TT im Bereich der Türen sowie bei Heck- und Frontklappe, Dach und Unterboden. Zum Einsatz kamen bis dato jedoch ausschließlich Systeme mit Halbhohlniet.

Erstmals Vollnietverbindungen am Fahrzeugkörper

Ein Novum bei Audi ist die Verwendung der Vollniete am Fahrzeugkörper. Der Autobauer nutzt diese Technik jetzt erstmalig bei der Fertigung des neuen Audi TT (Bild 1). Rund 100 Vollnietverbindungen gibt es sowohl beim Coupé als auch beim Roadster – dabei handelt es sich ausschließlich um Aluminium-Aluminium-Verbindungen.

Der Einsatz von Stanznieten ermöglicht generell eine Verbindungsqualität, die mit herkömmlichem Schweißen nicht erreicht werden kann. So weisen sie nicht nur eine vergleichbare statische Festigkeit wie konventionelle Punktschweißverbindungen auf, sie verfügen unter schwingender Belastung auch über eine doppelt so hohe Lebensdauer (Bild 2). Bei der kalten Fügetechnik wird das Material zudem thermisch nicht belastet. Schließlich kommt – im Vergleich zum bei Aluminiumverbindungen notwendigen Laserschweißen – ein erheblicher Kostenvorteil hinzu.

Vorteile auch gegenüber Halbhohlniet

Der Vollniet ist nicht nur herkömmlichen Schweißverbindungen überlegen, auch im Vergleich zu Verbindungen mit Halbhohlniet hat er Vorteile. Dadurch, dass er die Bauteile vollständig durchstanzt, kommt es zu einer geringeren Verformung. Das bedeutet gleichzeitig, dass für kritische Bereiche wie Türseitenteile oder auch den Dachrahmen geringere Niederhalterkräfte notwendig sind als bei der Verwendung von Halbhohlstanznieten.

Ein weiterer Vorteil des Vollniets ist seine Unsichtbarkeit nach dem Finish. Dies fällt besonders an Stellen ins Gewicht, an denen Nieten im Sichtbereich erforderlich sind, beim Audi TT etwa im Wasserkanal der Heckklappe.

Lichtwellenleiter vermeiden Störungen im Stanznietsystem

Das Stanznietsystem ist modular aufgebaut und besteht aus Steuereinheit, Setzgerät, Werkzeugträger (C-Bügel) und Stanznietzuführung. Damit die Anlage störungssicher, das heißt vor allem ohne elektromagnetische Beeinflussung funktioniert, werden die Signale zwischen den einzelnen Komponenten über Lichtwellenleiter statt über herkömmliche Kupferkabel ausgetauscht.

Die Stanzniet-Steuerung ist während des gesamten Nietvorgangs mit der übergeordneten Robotersteuerung verbunden. In der Praxis werden alle Prozessdaten, wie Kraft-Weg-Verlauf sowie Blechdicke und Nietlänge, per Hüllkurve oder als Prozesswert am Bildschirm der Steuereinheit angezeigt. Eine Fehleranzeige warnt zudem, wenn eingegebene Toleranzen überschritten werden und erlaubt die schnelle Korrektur. Sollten Blechdicke oder Nietlänge nicht in Ordnung sein, bricht die Anlage vor Nietbeginn ab und verhindert teuren Ausschuss.

Die Stanzniete werden mit einer elektromotorischen Setzspindel in die Bleche gedrückt, wobei ein Wegmesssystem die genaue Einpresstiefe des Niets sicherstellt. Zugeführt werden die Niete mittels Druckluft aus einem Sammelbehälter, der je nach Größe 5000 bis 20 000 Niete fassen kann. Für die Positionierung des Setzgeräts sorgt anschließend ein C-Bügel (Bild 3), der je nach Kundenanforderung konstruiert wird. Bei seiner Auslegung kommt es insbesondere auf Zugänglichkeit und Steifigkeit an – die Steifigkeit beeinflusst maßgeblich die Verbindungsqualität.

Elektromotorische Setzspindel verringert Wartungsaufwand

Die Vorteile des serienerprobten Gesamtsystems liegen zum einen in der hohen Geschwindigkeit: Alle 2,5 s wird ein Niet gesetzt – bei gleichbleibender Wiederholgenauigkeit. Weil die zum Stanznieten erforderlichen Kräfte von bis zu 100 kN beim Tucker-System zudem elektromotorisch und nicht hydraulisch erzeugt werden, ist der Wartungsaufwand gering. Undichtigkeiten können nicht entstehen und Hydraulikflüssigkeit muss weder ausgetauscht noch entsorgt werden. Damit erfüllt das Stanznieten in hohem Maße die Richtlinien der Arbeitsstättenverordnung, da keinerlei fertigungstechnischen Zusätze wie Kühlwasser, Gase oder Lötwerkstoffe benötigt werden.

Noch werden Stanznietverbindungen mit Vollniet nur in geringem Umfang genutzt. Doch mit der Zunahme der Leicht- und Mischbauweise kann diese Verbindungstechnik weiter an Bedeutung gewinnen.MM

Ralf England ist Produktmanager mechanische Fügetechniken bei der Tucker GmbH, 35394 Gießen, Tel. (06 41) 4 05-0, Fax (06 41)4 05-3 00, ralf.england@bdk.de

(ID:194011)