Punktgenau und fest

Verbindungstechnik - Die altbekannte Technik des Stanznietens führte lange ein Schattendasein. Moderne Prozeßüberwachungsverfahren ermöglichen jetzt ihren Einsatz in hochautomatisierten Fertigungsanlagen.

24. August 2005
Bild 1: Punktgenau und fest
Bild 1: Punktgenau und fest

Eine neue Ära im Automobilbau begann 1993: In diesem Jahr produzierte Audi mit dem damaligen Modell A8 erstmals ein Automobil in Leichtbauweise. Zusammen mit dem neuen Werkstoff Aluminium zogen ebenfalls neue Anforderungen an die Verbindungstechnik in die Pkw-Fertigung ein, denn das im Karosseriebau bis dahin übliche Verfahren des Widerstands-Punktschweißens stieß hier an seine Grenzen. Probleme bereitete dabei speziell die Prozeßsicherheit beim Einsatz dünnwandiger Bleche aus Edelstahl oder Aluminium sowie von galvanisierten und beschichteten Stählen, auch in Verbindung mit Kunststoffen.

Bessere Ergebnisse versprach hier das Stanznieten: Dieses Verfahren arbeitet ohne Wärmeeintrag im Fügebereich und ermöglicht Verbindungen mit besonders hoher dynamischer Festigkeit, einer hohen Arbeitsaufnahme im Falle eines Crashs sowie einer sehr guten Schwingfestigkeit. Zudem eignet sich das Stanznieten auch für beschichtete und vorlackierte Bauteile und eröffnet neue Möglichkeiten beim Einsatz verschiedener Materialien, speziell für die Verbindung von Stahl, Kunststoff und Aluminium in unterschiedlichen Dicken und Festigkeiten.

Grundsätzlich hat sich die Technik des Stanznietens seit mehr als hundert Jahren nicht verändert. Bei dem Verfahren genügt ein einziger remissionsfreier Arbeitsgang, um eine dichte, form- und kraftschlüssige Verbindung herzustellen. Der Niet durchstanzt dabei die oberen Werkstoffe und spreizt sich im duktilen matrizenseitigen Werkstoff durch die Matrizengravur. Geeignet ist das Stanznieten für Verbindungen von bis zu vier Materiallagen.

Als Alternative zum automatisierten Punktschweißen oder Verschrauben führte das Stanznieten allerdings lange eine Art Dornröschenschlaf. Herausforderungen stellten sich dabei gerade im Pkw-Innenausbau, wo beim Verbinden von Metallen und Kunststoffen das sogenannte Hybridfügen mehr und mehr gegenüber der Blindniettechnologie durchsetzte. Bei der Herstellung von Airbag-Gehäusen beispielsweise war es bisher übliche Praxis, die stählernen Deckel durch fünf bis sechs Stahlniete mit dem Grundträger aus Kunststoff zu verbinden.

Ein Nachteil dieses Verfahrens war bislang jedoch der vergleichsweise hohe Zeitaufwand. Zudem ließ sich die Qualität des Prozesses nicht durchgängig überwachen. Weil aber gerade die hochautomatisierten Fertigungsprozesse in der Automobilindustrie nach entsprechend prozeßsicheren Systemen verlangen, muß die Qualität der Verbindungen durchgängig und zuverlässig über wacht und nicht zuletzt dokumentiert werden.

Genau hier setzt ein neues Fertigungskonzept für Airbagmodule an, das die Bielefelder Böllhoff-Gruppe gemeinsam mit dem Maschinenbauunternehmen Weno aus Viersen entwickelt hat. Die Westfalen sind seit 1990 im Geschäftsfeld Stanzniettechnik aktiv und haben dafür eine Prozeßüberwachung realisiert, die optimierte Taktzeiten und hohe Verfügbarkeit mit hundertprozentiger Prozeßüberwachung und Datendokumentation verbindet. Die Prozeßüberwachung mit dem Markennamen Rivset gewährleistet die Qualität jeder einzelnen Verbindung. Dazu dokumentiert das System nicht nur jeden Setzvorgang, sondern prüft zudem automatisch die Verbindung anhand der Kraft-/Wege-Kurve. Abweichungen vom Referenzverlauf werden sofort angezeigt, das System automatisch gestoppt.

In der Praxis zeigt sich die Zuverlässigkeit des Systems bei einem Automobilzulieferbetrieb: Dort werden allein in diesem Jahr in einer Fügezelle in einem automatisierten Prozeß für drei unterschiedliche Fahrzeugtypen je rund 300.000 Airbagdeckel an den Armaturentafeln befestigt. Die Stanzniettechnik bewährt sich also auch in der hoch automatisierten Fertigung mit ihren hohen Ansprüchen an die Prozeßsicherheit. Zudem eröffnet sich ihr ein breites Anwendungspotential: Schließlich sind im Automobilbau Verbindungen aus bis zu 100 verschiedenen Werkstoffkombinationen und Material stärken längst keine Seltenheit mehr. Neue Materialkombinationen und Konstruktionsprinzipien werden deshalb das Interesse an dieser Technologie künftig weiter erhöhen. Diese Anwendungsvielfalt läßt sich jedoch kaum mit Lösungen »von der Stange« realisieren. Gefragt sind statt dessen kundenindividuelle Lösungen, wie sie nur ein Anbieter mit Rundum-Kompetenz in der Niettechnologie bieten kann. Ein wichtiger Baustein bei der Entwicklung einer Fügelösung ist dabei die sogenannte Bemusterung im Versuchsfeld, bei der an der konkreten Aufgabe getestet wird, welche Verbindungselemente und -verfahren sich für welche Werkstoffe besonders eignen. Festzulegen sind dabei unter anderem die optimale Härte, Geometrie und Oberflächenbehandlung der Stanzniete sowie Prozeßparameter wie Fügekraft, Niederhalterkraft, Setzweg oder Mundstückgeometrie. Gefragte Partner sind deshalb Spezialisten mit umfassendem Portfolio an Produkten, Werkzeugsystemen und Dienstleistungen, die Lösungen aus einer Hand bieten.

Frank Wotawa, Böllhoff

SICHERE VERBINDUNG

Die Stanzniettechnik ermöglicht eine mechanische, hoch feste Verbindung von gleichen oder kombinierten Werkstoffen. Dabei durchstanzt ein Halbhohlniet die oberen Materiallagen und spreizt sich in der letzten Lage in einer Matrize auf. Da diese Lage nicht durchstanzt wird, entsteht eine gas- und flüssigkeitsdichte, punktförmige Verbindung.

Erschienen in Ausgabe: DIGEST/2005