Mechanisch gefügte Funktionselemente am Blechformteil

Selbststanzend und nietend

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Selbststanzende/nietende Befestigungssysteme sind hocheffizient. Für lösbare Schraub- und Steckverbindungen von und mit Blechformteilen werden dafür zur Aufnahme und Übertragung von Betriebslasten „Funk-tionselemente“ als Hilfsfügeteile benötigt

Der Autor Rudolf Müller war über 30 Jahre Technischer Leiter für KuE und ist jetzt Entwicklungsberater der Profil Verbindungstechnik GmbH & Co. KG, Friedrichsdorf

Grundsätzliche Anforderungen
Funktionselemente, wie z.B. Muttern und Bolzen mit und ohne Gewinde, werden seit Jahren wärmearm, d.h. mechanisch, stanzend und nietend an Blechformteilen form- und kraftschlüssig befestigt.
Gemeinsames kennzeichnendes Merkmal am Funktionselement ist ein einstückig angeformter Befestigungs- und Einformabschnitt, der die form- und kraftschlüssige Befestigung am Blechformbauteil sicherstellt.
In der Konzeptionsphase gilt zu klären, welche Anforderungen an die mechanisch gefügte Verbindung gestellt werden. Dabei gilt grundsätzlich:
n Funktionselemente, die Verbindungsstelle und deren Umgebung müssen so gestaltet sein, daß die einwirkenden Betriebslasten statisch und/oder dynamisch dauerhaft aufgenommen werden können
n Die Funktionselemente Muttern und Schrauben müssen korrosionsbeständig am Blechformteil befestigt sein
n Die Anbindungsstelle „Element am Blechformteil“ wird in zunehmenden Anwendungsfällen dicht, d.h. mediumundurchlässig, gefordert
n Form und Lage der Funk-tionselemente an den Anbindungsstellen müssen prozeßsicher und reproduzierbar herstellbar sein. Die erzielbaren Abstandstoleranzen liegen je nach Werkzeuggestaltung im Bereich von ± 0,1 bis max. 0,3, bezogen auf eine Referenzposition
Montageverfahren
Die Funktionselemente sind in ihrer Form so ausgebildet, daß sie in zwei Varianten form- und kraftschlüssig befestigt werden können:
n ohne Vorlochoperation selbststanzend am Blechformteil mittels einstückig am Element angebrachtem Stanz- und Nietabschnitt
n an einem vorgelochten Bauteil über einen Nietabschnitt
Die Stanz- und Nietabschnitte sind mit Merkmalen versehen, die sicherstellen, daß die Betriebskräfte, die nach Montage der Bauteile auf die Verbindungsstellen einwirken, dauerhaft aufgenommen werden können.
Durch das wärmearme Fügeverfahren und die gleichzeitig stattfindende Umformarbeit an den Fügepartnern Blechteil und Element erfährt die Anbindungsstelle mittels Kaltverfestigung noch eine Qualitätssteigerung. Die Montage, also das Anbringen der Funktionselemente, erfolgt in den Werkzeugen oder Vorrichtungen, die zur Herstellung des Blechformteils ohnehin benötigt werden. Es ist dabei eine zweiseitige Zugänglichkeit wie bei einem Lochstanzvorgang erforderlich. Welche Verfahren dabei zur Anwendung kommen, verdeutlicht Bild 3 in Verbindung mit Bild 4.
Anhand der beschriebenen Montageverfahren wird der Zustand „Funktionselement am Blechformteil“ bei der Herstellung im Umformwerkzeug oder in einer Fertigungszelle zusammen mit anderen Operationsfolgen erreicht. Durch die Kombination Formgebung des Blechteiles und installierter Setzköpfe zum Anbringen der Funktionselemente in einem Umformwerkzeug werden die o.a. Abstandstoleranzen sowie Form- und Lagegenauigkeit des Funktionselementes am Blechformteil prozeßfähig sichergestellt.
Wirtschaftliche Vorteile
Anhand der beschriebenen Montageverfahren ergeben sich für den ZsB-Zustand „Funktionselement am Blechformteil“, neben einem gleichbleibenden, prozeßfähigen Qualitätsniveau, eine Reihe von Kosteneinsparungen.
Es reduziert sich nämlich:
n Das Handling der Blechteile von der Blechteilpresse zur Endmontage, da die Muttern- und Bolzenelemente schon unter der Presse angebracht werden können
n Der Anteil der Nacharbeitsvorgänge. Es gibt z.B. keine Schweißspritzer
n Es entfallen dafür Platzbedarf, Transportmittel und logistische Planung
Die Einsparungen aus dieser Systemtechnologie liegen teilweise über 25%, bezogen auf einen schweißtechnisch hergestellten ZsB-Verbund. Die Vorteile sind dann besonders groß, wenn bereits bei der Entwicklung des Teils und der Blechumformwerkzeuge die Voraussetzungen für diese Technologie geschaffen werden.
Fazit
Die wärmearmen Fügeverfahren von Funktionselementen an Bauteilen befinden sich in einer stetigen Fortentwicklung, insbesondere bei der zunehmenden Verwendung von Werkstoff-Kombinationen, bestehend aus unterschiedlichen Metall-Werkstoffen, z.B. Stahl und Aluminium.
Funktionselemente für neue Werkstoffe
Die Firma Profil, als einer der Marktführer, ist auf diesem Fachgebiet seit mehr als 30 Jahren tätig. In dieser Zeit sind eine Vielzahl von Funk-tionselementen entwickelt worden, die den Anforderungen aus der „Bauteilbelastung“ und neuen „Werkstoffen“ gezielt gerecht werden. Hierzu gehören insbesondere:
n dünnere, höherfeste Blechwerkstoffe
n oberflächenbehandelte Blechwerkstoffe oder Sandwich-Kombination
n Aluminium- oder Magnesiumlegierungen
Diese Werkstoffe lassen sich nur sehr aufwendig thermisch fügen.
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