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Auf „Nummer sicher“ gehen

Innovative Gewindetechnologie für Leichtbauwerkstoffe
Auf „Nummer sicher“ gehen

Egal ob es sich um Aluminiumschaum, Kunststoff oder einen anderen Leichtbauwerkstoff handelt, bei ihrer Verbindung muss der Anwender auf „Nummer sicher“ gehen. Welche Möglichkeiten er dabei hat, beleuchtet der folgende Beitrag.

Aus dem breiten Produkt- und Verfahrensspektrum, mit dem sich Böllhoff bezüglich Füge- und Verbindungstechnologie beschäftigt, werden für diesen Beitrag drei Beispiele ausgewählt:

  • Der Bereich Amtec beschäftigt sich mit Fügetechniken für Kunststoffe (Snaploc-Schnappverbindungen)
  • Funktionselemente (Rivkle-Blindnietmuttern)
  • BMBF-Projekt „Prozesskette AFS“ (Aluminium-Foam-Sandwich)
Fügetechnik für Kunststoffe
Bei Snaploc handelt es sich um eine sogenannte Ringschnappverbindung. Hauptziele der Anwendung sind in erster Linie nicht hohe mechanische Eigenschaften, sondern eine schnelle, werkzeuglose und kostengünstige Montage und Demontage. Durch primäre Verwendung von Kunststoffen lassen sich das Gewicht reduzieren sowie schwingungs- und geräuschdämpfende Eigenschaften erreichen. Das zweite Beispiel aus dem Amtec-Bereich ist ein Gehäusedeckel aus faserverstärktem Kunststoff mit Dichtring. Beispielsweise aus Gewichtsgründen werden Gewindeeinsätze aus Aluminium verwendet.
Funktionselemente für neue Bereiche
Funktionselemente sind überwiegend Gewindeträger, welche die Funktion einer Mutter oder eines Bolzens erfüllen. Ihre Auswahl ergibt sich aus der Bauteilkonfiguration, Bauteil und Funktionselement müssen aber aufeinander abgestimmt sein.
Im Rahmen einer Arbeitsgruppe mit verschiedenen Herstellern, Anwendern und Hochschulinstituten wurde ein gemeinsames Merkblatt zur Definition, Abgrenzung, Eigenschaften, Anwendungshinweisen und einheitlichen Sprachregelung für Funktionselemente erarbeitet. Weitere Merkblätter wurden oder werden erstellt für mechanische Fügeverfahren wie Stanznieten, Clinchen, Blindnieten und Hybridfügen.
Definition der Gruppen:
  • Selbststanzende Funktionselemente sind gekennzeichnet durch einen Abschnitt, der sich seine eigene Montageöffnung stanzt, wobei durch die Form der Stanzmatrize eine formschlüssige, unlösbare Verriegelung von Bauteil und Befestigungsabschnitt des Verbindungselementes erzeugt wird.
  • Einnietbare Funktionselemente sind gekennzeichnet durch einen Abschnitt, der nach dem Einbringen in das Werkstück umgeformt und mit diesem formschlüssig verbunden ist. Die Formschlüssigkeit ist entweder durch Umformung des Nietabschnittes allein und/oder der Umformung der Lochwandumgebung mit dem Nietabschnitt in Kombination erreicht. Das Bauteil ist zur Aufnahme vorgelocht.
  • Funktionselemente mit Pressformabschnitt sind durch einen Ein- oder Anformabschnitt charakterisiert und werden beim Einbringen in das Bauteil nicht umgeformt. Umgeformt wird der Bauteilwerkstoff, dessen Lochwandumgebung an die genannten Abschnittbereiche der Funktionselemente angepresst wird. Das Bauteil ist vorgelocht.
  • Blindnietmuttern und Gewindebolzen erfüllen die Funktion eines Blindniets und einer Mutter bzw. eines Gewindebolzens. Sie werden von einer Seite in ein Nietloch geführt und mit einem Verarbeitungswerkzeug gesetzt. Dabei wird ein definierter Abschnitt des Elementes zum Schließkopf umgeformt. Der Bauteilwerkstoff wird nicht umgeformt. Blindnietmuttern weisen ein Innengewinde auf, bei Blindnietbolzen ist das Gewinde am überstehenden Gewindebolzen angebracht.
  • Loch- und gewindefurchende Schrauben erlauben eine Direktverschraubung in dünnwandigen metallischen Werkstoffen. Die Technologie beruht auf dem Prinzip des Fließlochformens und Gewindefurchens. Beim Eindrehen der Schraube wird der Bauteilwerkstoff zu einem Durchzug mit Gewindegängen umgeformt.
Böllhoff beschäftigt sich vor allem mit Blindnietmuttern und -schrauben. Da ein Teil des Fügeelementes beim Setzen noch umgeformt wird, war die Festigkeit bisher auf Klasse 8 beschränkt. Neuere Entwicklungen – partielle Härtung des Gewindeabschnittes oder zusätzliche Kaltumformung – erreichen wesentlich höhere Tragfähigkeiten. Es werden die Festigkeitsklassen 10 und 12 erreicht.
Vorteile der Elemente sind die einseitige Zugänglichkeit beim Verarbeiten und die Tatsache, dass nur das Verbindungselement, nicht aber das Bauteil umgeformt wird. Nachteil ist das notwendige Vorlochen der Bauteile.
BMBF-Projekt „Prozesskette AFS“
Im Projekt „Prozesskette AFS“ mit den Partnern BMW, Karmann und LFT hat Böllhoff das Arbeitspaket „Füge- und Verbindungstechnik“ übernommen. Das Projekt ist fast abgeschlossen, deshalb werden hier einige Ergebnisse präsentiert.
Bei einem Aluminiumschaum-Halbzeug galt es, mechanisch unlösbare Verbindungen von AFS mit AFS, Stahl sowie Aluminiumblechen herzustellen. Als Verfahren wurde Halbhohl-stanznieten eingesetzt. Die ausgewählten Verbindungen von AFS mit Stahl (DP500) zeigen im Schliffbild eine gute Aufspreizung des Stanznietfußes im matrizenseitigen Material. Es bestätigt sich, dass die bevorzugte Fügerichtung – dickes, duktiles Material auf der Matrizenseite – eindeutig zu bevorzugen ist. Das Komprimieren der Flanschbereiche zum mechanischen Fügen erfolgt beim Abpressen der Bauteile.
Bei einem anderen Halbzeug lautete das Ziel, für eine optimale Krafteinleitung zwei Deckbleche in den Kraftfluss zu integrieren. Verfahrensbedingt ist dies nicht immer möglich: Schweiß- und Klebebolzen sowie Standardblindnietmuttern beispielsweise lassen nur die Einbeziehung einer Decklage zu. Weitaus günstiger ist die Verwendung einer Sonderblindnietmutter. Das Schliffbild zeigt eine kräftige Ausbildung des Klemmwulstes am unteren Deckblech. Außerdem ist die Flächenbündigkeit auf beiden Seiten gewährleistet. Die Flanschgestaltung oder ein definierter Abstand zwischen AFS und Bauteil kann eingestellt werden. Die bevorzugte Belastungsrichtung sollte in Richtung des Wulstes gehen. So werden beide Deckbleche in den Kraftfluss einbezogen.
Schnappverbindung Snaploc KEM 641
Schnappverbindung Snaploc Mini KEM 642
Rivkle-Blindnietmuttern KEM 643

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