Vollstanznieten mit System

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Nieten – Vollstanznieten bietet im Vergleich zum Halbhohlstanznieten etliche Vorteile. Deshalb liefert Tox Pressotechnik für einen Automobilhersteller die Technologie und die Ausrüstung.

24. Februar 2010

Im Fahrzeugbau geht der Trend unaufhaltsam zum Gewicht und Ressourcen sparenden Leichtbau. Dies erfordert neben alternativen Werkstoffen auch neue Produktions- und Verbindungstechniken. Das Vollstanznieten ist im Leichtbau beziehungsweise beim Verbinden von Hybrid-Bauteilen und Baugruppen bedeutsam. Und zwar auch, weil es keine mechanischen Vorarbeiten und entsprechend aufwendige Produktionseinrichtungen benötigt. Deshalb hat der in Weingarten bei Ravensburg ansässige Spezialist für Verbindungstechnik Tox Pressotechnik diese Blechverbindungslösung zusammen mit dem Niet-Hersteller Kerb-Konus für einen Automobilhersteller zur Serienreife gebracht, als es um die Produktion von Türen für ein neues Modell ging. Dabei liefert Kerb-Konus die Vollstanzniete und Tox die dazu gehörige komplette Systemlösung: Also die Vollstanzniettechnologie und die spezifische Ausrüstung wie Setzkopf, Roboter- oder Maschinenzange, Dockingeinheiten an der Ladestation und an der Zange, die Beladestation, die Vereinzelungsstation, Zuführschläuche und natürlich die Systemsteuerung, die eine definierte Schnittstelle zur Roboter- oder Anlagensteuerung aufweist. Für die Türenproduktion schnürten die Tox-Anwendungstechniker ein individuelles Leistungspaket aus einigen handgeführten und knapp 30 robotergestützten Zangensystemen.

System per Baukasten

Die Basiskomponenten stammten weitgehend aus dem Tox-Standardprogramm, sodass sich der Sondermaschinenanteil in Grenzen und die Investitionskosten in einem klar kalkulierbaren Rahmen hielten. Gleichzeitig führten die Tox-Mitarbeiter die Nietzuführungen, Zangen und Werkzeugaufnahmen so universell aus, dass mit den Handzangen und den Roboterzangen je nach Auslegung Vollstanzniete mit einem Durchmesser von 4 Millimetern in den Längen von 3,3 bis 8,1 Millimetern sowie Vollstanzniete mit einem Durchmesser von 5 Millimetern in Längen von 3,9 bis 9,0 Millimetern flexibel verarbeitet werden können. Dadurch sinkt der Umrüstaufwand.

Vorteilhafte Technik

Die Blechverbindungstechnik Vollstanznieten hat im Vergleich zur Alternative Halbhohlstanznieten etliche Vorteile: Der direkte Vergleich zwischen Halbhohlstanzniet und Vollstanzniet zeigt, dass es beim Hohlstanzniet matrizenseitig eine Erhebung gibt, während sich beim Vollstanzniet ein stempel- und matrizenseitig bündiges Bild mit planer Oberfläche ergibt. Zudem ist beim Vollstanzniet kaum ein Bauteilverzug zu beobachten. Des Weiteren können mittels Halbhohlstanzniet maximal drei Lagen Bleche verbunden werden, gegenüber vier beim Vollstanzniet. Die Vollstanzniete sind außerdem geeignet zum Verbinden hochfester und ultrahochfester Werkstoffe mit Zugfestigkeiten (Rm) von mehr als 1.600 MPa. Im Gegensatz dazu finden Halbhohlstanzniete ihren Einsatz nur zum Verbinden von Blechen mit einer Zugfestigkeit bis 800 Megapascal. Kritisch wird es für die Halbhohlstanzniete auch beim Verbinden von Gusswerkstoffen, denn hier ist in jedem Fall eine Sondermatrize erforderlich. Vollstanzniete sind hier dagegen in der Lage, sämtliche gebräuchlichen Gusswerkstoffe zu verbinden. Bezüglich der Fügerichtungen stellen sich diese beim Halbhohlstanznieten eingeschränkt dar, und es gilt die Fügestrategien »dünn in dick sowie hart in weich« zu berücksichtigen.

Beim Vollstanznieten gibt es aber nur im Bereich der ultrahochfesten Werkstoffe die Einschränkung, den sprödharten Werkstoff stempelseitig anzuordnen. Für den Einsatz im Crashbereich von Automobilen ist der Vollstanzniet in Verbindung mit Klebestoffzusatz bereits freigegeben. Nicht zuletzt zeigen sich die Vorteile des Vollstanznietens bei der Konstruktion der Bauteile und bei den fertigungs- und verbindungstechnischen Einrichtungen. Dies wird beispielsweise beim Nieten von Bauteilen und Baugruppen mit einem Niet-Durchmesser von 5 Millimetern deutlich, weil hier Flanschbreiten von lediglich etwa 14 Millimetern möglich sind, während beim Halbhohlstanznieten 30 Prozent zu berücksichtigen sind. Zudem erlaubt Vollstanznieten matrizenseitige Blechdicken ab einem Millimeter, wogegen beim Halbhohlstanznieten die matrizenseitige Blechdicke der größere Teil sein muss.

Schließlich ist für eine prozesssichere Blechverbindung mittels Halbhohlstanzniet zumeist eine individuell optimierte Matrizenform notwendig, weil sich der Halbhohlstanzniet im matrizenseitigen Material verkrallen können muss. Hier zeigt sich der Vollstanzniet toleranter gegenüber Schwankungen bei den Blechdicken und -festigkeiten und kommt im Normalfall mit ein und derselben Matrizenform aus. Der beim Stanzvorgang anfallende Butzen lässt sich mit dem von Tox Pressotechnik entwickelten Stanzabfallsystem ohne Problem entsorgen. Aktuell gibt es Vollstanzniet-Verbindungslösungen für Aluminium-Werkstoffe und für alle gängigen Automobilstähle. Da die Entwicklung von Vollstanzniet-Lösungen für press-gehärtete Stähle ebenfalls auf vollen Touren läuft, ist demnächst auch hier mit der Serienreife zu rechnen.

Wolfgang Pfeiffer, Tox/aru

FAKTEN

- Der Blechverbindungsspezialist Tox Pressotechnik, dessen Hauptsitz sich in Weingarten bei Ravensburg befindet, hat ein umfangreiches Programm zum Verbinden von Blechen entwickelt: Neben dem »Ur-Verfahren« Tox-Rund-Punkt sind dies der Flach-Punkt, der Vario-Punkt, das SKB-System und der Clinch-Niet. Das Unternehmen ist weltweit in 37 Ländern vertreten.

- Die Tox-Blechverbindungsverfahren kommen im Fahrzeugbau aktuell in etwa 200 verschiedenen Anwendungen zum Einsatz. Die Anwendungsbreite reicht bis zu Crash-relevanten Bauteilen und Baugruppen. Darüber hinaus werden die Verfahren auch mit Klebebeschichtung oder Laserschweißen kombiniert.

Erschienen in Ausgabe: 01/2010