Von Punkten und Nieten

Clinchen und Stanznieten haben sich bei Blechverbindungen als Alternativen etabliert. Neue Werkstoffe und Konstruktionsprinzipien verlangen nach neuen Verbindungstechniken. Dabei richtet sich das...

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Clinchen und Stanznieten haben sich bei Blechverbindungen als Alternativen etabliertNeue Werkstoffe und Konstruktionsprinzipien verlangen nach neuen Verbindungstechniken. Dabei richtet sich das Augenmerk zunehmend auf innovative Fügetechniken. Wo in der Vergangenheit ausschließlich Schweiß- und Blindnietverbindungen zur Anwendung kamen, stehen heute die Verfahren Stanznieten und Clinchen im Fokus. Vor fast zehn Jahren präsentierte die Audi AG ihr Flaggschiff A8 und läutete damit einen neuen Trend im Automobilbau ein: die Leichtbauweise. Dabei hielt mit Aluminium ein Werkstoff in die Pkw-Produktion Einzug, der besondere Anforderungen an die Verbindungstechnik stellt. Denn das übliche Widerstandspunktschweißen stieß insbesondere bei der gewünschten Prozesssicherheit an die Grenzen.Im Gegenzug stieg das Stanznieten deshalb zum Favoriten auf, weil sich damit besonders hohe dynamische Festigkeiten erzielen lassen. Weitere Trumpfkarten des Verfahrens sind: - Variabler Materialmix: Bei den zu verbindenden Werkstoffen ist eine Vielfalt unterschiedlicher Kombinationen, Dicken und Festigkeiten möglich, zudem können auch beschichtete oder vorlackierte Bauteile gefügt werden. - Sicherheit: Keine thermische Belastung der Fügezone und eine zerstörungsfreie visuelle Kontrolle der Verbindung. - Umweltfreundlichkeit: Der Prozess verläuft leise, energiesparend und ohne Rauch- und Gasfreisetzung. - Hohe Funktionalität: Automatisierbares Verfahren mit kurzen Rüstzeiten und auch niedrigen Betriebskosten.Das alles sind Vorteile, die Audi in den folgenden Jahren zielsicher zu nutzen wusste. Wurden beim A8 noch 1000 Stanzniete pro Karosse verarbeitet, erhöhte sich die Zahl beim Einstiegsmodell A2 bereits auf 1800. Kein Wunder, schließlich ist die Technik auch mit Blick auf den Einsatz in der Serienfertigung Schritt für Schritt immer weiterentwickelt worden.Dabei liegen die Anfänge des Stanznietens und Clinchens schon mehr als 100 Jahre zurück. Beide Techniken sind kalte Fügeverfahren, die bereits 1897 patentrechtlich erwähnt wurden. Dass sie dennoch keinen Eingang in die Produktionstechnik fanden, hatte einen einfachen Grund: Es fehlte schlicht und einfach an passenden Werkzeugkonzepten. Diese Zeiten sind inzwischen vorbei. Geblieben aber ist die technische Aufgabe, Werkstoffe miteinander zu verbinden. Egal ob im Handwerk oder in der gesamten Blech verarbeitenden Industrie. Und weil veränderte ökologische und auch ökonomische Rahmenbedingungen zu neuen Werkstoffen und Konstruktionsverfahren geführt haben, wächst das Interesse an diesen Fügeverfahren. Zu den bekanntesten Beispielen gehört sicherlich die Aufreißlasche von Getränkedosen, die mit einem Clinchpunkt fixiert wird. Bei Clinchprozessen werden ohne Voroperation mittels eines Stempels die zu verbindenden Materialien in einem Tiefziehprozess in eine Matrize hinein verformt. Das Ergebnis ist eine gas- und flüssigkeitsdichte Verbindung in der Art eines nicht lösbaren Druckknopfes. Dabei bleiben Oberflächenbeschichtungen weitgehend erhalten. Nach Abschluss des Clinchvorgangs bildet sich stempelseitig ein zylindrischer Eindruck und an der Matrizenseite eine Erhebung. Beim Stanznieten wird in einem ähnlichen Verfahren mittels eines Stempels ein Niet ohne Vorlochen durch die zu verbindenden Bauteile gestanzt und in der letzten Blechlage form- und kraftschlüssig aufgespreizt (Bild 2). Wichtige Gemeinsamkeit beider Verfahren: Sie eignen sich besonders für vorbeschichtete Werkstoffe sowie Kombinationen aus verschiedenen Materialien, wie Aluminium mit Stahl. Zusätzlich bietet das Stanznieten die Möglichkeit, Kunststoff und Metall zu verbinden.Kraftaufnahme zeigt Unterschiede aufDer Unterschied zwischen den Verfahren begründet sich vor allem in der Kraftaufnahme. So ist bei der Stanznietverbindung die statische und dynamische Kraftaufnahme um ein Vielfaches höher als bei der Clinchverbindung. Weil aber kein zusätzliches Fügeelement benötigt wird, ist dies die kostengünstigere Technik.Das umfassende Wissen in der Fügetechnik ist unter den Markennamen Rivset Stanzniettechnik und Rivclinch Fügetechnik in der Böllhoff Systemtechnik GmbH & Co. KG gebündelt. Besonders hohen Stellenwert nimmt dabei die kundenindividuelle Beratung ein. Dazu gehört beispielsweise die Bemusterung im Versuchsfeld der Anwendungstechnik, wo getestet wird, welche Verbindungselemente und -verfahren sich für welche Materialien besonders eignen. Der Anwender oder Interessent kann mit seinen Materialien und Werkstücken im Versuchsfeld die optimale Verbindung ermitteln lassen. Besondere Anforderungen führen dabei nicht selten zu ungewöhnlichen Lösungen. So wollte etwa ein namhafter Hersteller von Waschmaschinen die Gehäuse aus bereits lackierten Profilen fertigen. Diese Methode versprach, Zeit und Kosten in der Fertigung zu sparen. Die Aufgabe bestand nun darin, ein dafür geeignetes Verbindungsfahren zu finden. Schweißen schied aus, und auch Blindnieten oder Verschrauben erwiesen sich als zu kostenintensiv. Verfahrenskombination erhöhte die LebensdauerSomit fiel die Entscheidung auf die Clinchtechnik. Die Ernüchterung folgte jedoch auf dem Prüfstand. Dort zeigte sich nämlich, dass die Konstruktion trotz ausreichender statischer Festigkeit keine zufrieden stellende Lebensdauer unter dynamischer Belastung erreichte. Die Lösung brachten erst zusätzliche Stanznietpunkte an den Schwingungsknoten. Derartige Verfahrenskombinationen werden künftig die mechanische Fügetechnik insgesamt bestimmen. Denn nur das Zusammenspiel wird zusätzliche Rationalisierungspotenziale erschließen können und damit technischen, ökonomischen und auch ökologischen Anforderungen gerecht werden. Ein weiteres Beispiel für die Anwendung der Stanzniettechnik ist die Verwendung in Schwungscheiben von Pkw-Getrieben (Bild 4). Diese bestehen aus der eigentlichen, mehrere Millimeter dicken Scheibe mit induktiv gehärteter Randzahnung und einer Einlage, die dafür sorgt, dass die Schwungscheibe keine Geräusche erzeugt. Ohne diese Einlage klingt die Scheibe wie eine Glocke. Diese Schwungscheiben sind direkt an der Kurbelwelle angeflanscht. Beim Starten des Verbrennungsmotors greift hier der Anlassermotor ein. Dabei treten sehr hohe Kräfte auf, die die Schwungscheibe regelrecht verformen. Bisher wurden die Einlagen mittels Buckel- oder Punktschweißen mit der Scheibe verbunden. Bei bestimmten Modellen zeigte sich jedoch im Testbetrieb, dass nach einiger Zeit die Schweißpunkte durch die hohen dynamischen Kräfte zerstört wurden. Auch die Erhöhung der Punktanzahl brachte nicht das gewünschte Ergebnis. Rivset-Stanzniettechnik brachte die LösungNach einigen Versuchen konnte die Lösung mit der Rivset-Stanzniettechnik gefunden werden. In einer automatischen Anlage werden die Scheiben mit den Einlagen gefügt. Dabei wird jede Stanznietverbindung mit dem in der Anlage integrierten Überwachungssystem beim Setzen des Nietes verfolgt. Aus einer für diese Verbindung charakteristischen Kurve, die die Setzkraft über den Setzweg darstellt, lassen sich Aussagen zur Qualität der Verbindung ableiten. Somit ist eine Online-Überwachung der Fertigung jederzeit gegeben, eine nachträgliche Kontrolle also nicht mehr erforderlich.Mit derartigen Lösungen ist das Unternehmen Böllhoff überall dort ein gefragter Partner, wo Industrien nach innovativen Verbindungen verlangen. Dazu zählen die Automobilindustrie ebenso der Heizungs-, Klima- und Lüftungsbau, die Möbelindustrie sowie der Maschinen- und Anlagenbau.