Bolzensetzen: Fügen geschlossener Profile mit geringen Wanddicken

Nagel verbindet

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Bislang ließ sich bei einseitiger Zugänglichkeit nur Direktverschrauben und Blindnieten einsetzen. Das hieß: Vorlochen zumindest eines der Füge- teile. Neu ist die Übertragung der Fügeenergie auf ein nagelähnliches Hilfsfügeteil, dieses beschleunigt und in die zu fügenden Teile eintreibt. Bolzensetzen eignet sich bei einseitiger Zugänglichkeit oder für schwer umformbare Werkstoffkombinationen.

Der Beitrag stammt von der Böllhoff GmbH, Bielefeld

Werkstoffe und Bauweisen werden auch in den nächsten Jahren wesentlicher Treiber für Innovationen im Fahrzeugbau sein. Zunehmende Differenzierung und Individualisierung neuer Fahrzeugkonzepte erfordert auch neue Lösungen in der fügetechnischen Wertschöpfungskette. Insbesondere die Mischbauweise, die durch einen konsequenten Materialmix in der Karosseriestruktur gekennzeichnet ist, und die Modulbauweise stellen hier hohe Anforderungen. Dabei erfordert der vermehrte Einsatz hochfester Stähle im Karosseriebau die Anpassung bestehender Verfahren.
Als Hersteller mechanischer Fügesysteme weitet Böllhoff die technischen und wirtschaftlichen Grenzen bestehender Verfahren in enger Zusammenarbeit mit den Fahrzeugherstellern aus und treibt werkstoff- sowie bau- weisenspezifische Entwicklungen intensiv voran – mit dem Ziel, dass die mechanischen Fügeverfahren auch zukünftig den Anforderungen im Produktentstehungsprozess gerecht werden können. Sie werden insbesondere dann weiter zum Einsatz kommen, wenn thermische Fügeverfahren beispielsweise bei der Mischbauweise oder bei thermisch empfindlichen Werkstoffen an ihre Grenzen stoßen.
Fügen geschlossener Profile
Der wachsende Anteil geschlossener, oft innenhochdruckumgeformter Profile mit geringen Wanddicken in der Karosserie von Fahrzeugen führt zu steigenden Anforderungen an die Fügetechnik. Zum einen soll zur Erhaltung der Werkstoffeigenschaften der häufig wärmebehandelten Profile wärmearm gefügt werden, zum anderen soll aufgrund der geschlossenen Profilgeometrie dies bei einseitiger Zugänglichkeit möglich sein. Gleichzeitig ist aufgrund geringer Profilsteifigkeiten zu gewährleisten, dass nur geringe Niederhalte- und Fügekräfte aufgebracht werden. Weiter ist es vorteilhaft, ohne Vorlochoperation auszukommen, um zusätzliche Kosten für diesen Fertigungsschritt zu vermeiden.
Nach gegenwärtigem Stand der Technik können für das Fügen bei einseitiger Zugänglichkeit lediglich das Direktverschrauben und das Blindnieten eingesetzt werden. Beide Technologien erfordern in ihrer konventionellen Ausprägung jedoch ein Vorlochen zumindest eines der Fügeteile. Dieser zusätzliche Fertigungsschritt verursacht Kosten bei der Herstellung der Bohrungen sowie bei der Positionierung und Fixierung der Bauteile. Daher werden Blindnieten und Schrauben beim Einsatz in größeren Serien häufig vermieden.
Ein neuartiges mechanisches Fügeverfahren ist die Übertragung der Fügeenergie auf ein nagelähnliches Hilfsfügeteil, welche jenes auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und in die zu fügenden Teile eintreibt. Das Bolzensetzen stellt ein neuartiges, bei einseitiger Zugänglichkeit oder schwer umformbarer Werkstoffkombinationen aussichtsreiches Fügeverfahren dar, um z.B. profilintensive Bauweisen mechanisch zu fügen.
Bei diesem Fügeverfahren verdrängt der spitze Setzbolzen den Fügeteilwerkstoff, ohne dass ein Butzen entsteht. Während des Eindringens erfährt der Werkstoff lokal eine starke Temperaturerhöhung, wodurch höhere Umformgrade möglich werden. Der durch das Eindringen des Setzbolzens bewirkte Impuls ist von den Fügeteilen verformungsarm zu ertragen, wenn diese über eine ausreichend hohe Wanddicke und Steifigkeit verfügen.
Vorteile des Bolzensetzens
  • Fügen ohne Vorlochen bei einseitiger Zugänglichkeit
  • Fügen profilintensiver Mischbauweisen
  • Fügen ultrahochfester Werkstoffe (> 1000 MPa)
  • Fügen von Mehrlagenverbindungen (bis 6 mm)
  • Fügen metallischer Werkstoffe und Kunststoffe (auch in Kombination)
  • Taktzeit < < 1 s
  • optimal kombinierbar mit Kleben
  • höhere Festigkeiten im Vergleich zu konventionellen Fügeverfahren
  • ein Bolzen für unterschied- liche Anwendungen
  • Erfüllung sämtlicher Anforderungen an eine sicherheitsrelevante Verbindung, beispielsweise im Karosseriebau
Bei der Mischbauweise erschließt die Wahl des richtigen Werkstoffes am richtigen Platz das höchste Leichtbaupotenzial eines Fahrzeuges. Ebenso bleibt die Vielfalt der Fügetechniken im Fahrzeugbau erhalten, in dem die unter ökonomischen und auch technologischen Gesichtspunkten geeignete Technik für die jeweilige Fügeaufgabe gewählt wird.
Bolzensetzen KEM 514
Böllhoff-Portfolio allg. KEM 515
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