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Der Blechverbindungstechnik-Spezialist TOX PRESSOTECHNIK erweitert mit dem zukunftsorientierten Verfahren Vollstanznieten sein Portfolio an Druckfüge- und Clinchtechnologien

Der unaufhaltsame Trend hin zum gewichts- und ressourcensparenden Fahrzeug-Leichtbau erfordert den Einsatz alternativer oder ganz neuer Werkstoffe sowie neuer Produktions- und Verbindungstechniken dafür. Während der Problematik des Verbindens von Hybrid-Materialien wie z. B. Aluminium mit Stahl oder auch hochfester Stahlbleche mit einfacheren Trägerblechen bereits heute Genüge getan werden muss, stellen künftige Werkstoffe und Werkstoff-Kombinationen die Produktionstechnik vor zusätzliche Herausforderungen. Das Technologie-Unternehmen TOX PRESSOTECHNIK GmbH & Co. KG, 88250 Weingarten, hat sich dieser Themen schon vor einiger Zeit angenommen und ein entsprechend breites Liefer- und Leistungsprogramm 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 ClinchNiet. Mittels dieser Blechverbindungs-Verfahren werden im modernen Fahrzeugbau aktuell gut 200 verschiedene Anwendungen realisiert. Die Anwendungsbreite geht dabei bis hin zu Crash-relevanten Bauteilen und Baugruppen. Darüber hinaus kommen die genannten Verfahren je nach Anforderungen auch in Kombination mit Klebebeschichtung oder Laserschweißen zum Einsatz. Der Vorteil dabei ist, dass sämtliche TOX-Verfahren zusätzliche mechanische Vorarbeiten und entsprechend aufwändige Produktionseinrichtungen überflüssig machen, wogegen zum Beispiel bei den herkömmlichen Nietverbindungen vorbereitende Bearbeitungen unerlässlich sind. Zwar gibt es hierzu die Alternative Halbhohlstanznieten, die jedoch ebenfalls Einschränkungen mit sich bringt.

Prozesssicheres Vollstanznieten substituiert Stanzniettechnik

Aus diesem Grund hat TOX® PRESSOTECHNIK das innovative Verfahren Vollstanznieten für einen Automobil-Hersteller weiterentwickelt. TOX® ist dabei für die industrielle und prozesssichere Setz- und Verarbeitungstechnologie sowie das Equipment verantwortlich. Im direkten Vergleich zwischen Halbhohlstanzniet und Vollstanzniet wäre zunächst festzuhalten, 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 max. drei Lagen Bleche verbunden werden, gegenüber vier beim Vollstanzniet. Die Vollstanzniete sind außerdem geeignet zum Verbinden hochfester/ultrahochfester Werkstoffe (Zugfestigkeiten größer Rm = 1600 MPA), wohingegen Halbhohlstanzniete nur zum Verbinden von Blechen bis Rm = 800 MPA eingesetzt werden. Kritisch wird es für die Halbhohlstanzniete auch beim Verbinden von Gusswerkstoffen, denn hier gibt es maßliche Einschränkungen und es ist in jedem Fall eine Sondermatrize erforderlich. Vollstanzniete sind hier 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.

Vollstanznieten ist konstruktions- und fertigungstechnisch weitgehend im Vorteil

Nicht zuletzt zeigen sich die Vorteile des Vollstanznietens bei der Konstruktion der Bauteile und bei den fertigungs-/verbindungstechnischen Einrichtungen. Dies wird am Beispiel Nieten von Bauteilen/Baugruppen mit Niet-Durchmesser 5 mm deutlich, weil hier Flanschbreiten von lediglich ca. 14 mm möglich sind, wohingegen beim Halbhohlstanznieten 30% mehr zu berücksichtigen sind. Zudem erlaubt Vollstanznieten matrizenseitige Blechdicken ab 1 mm, 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. Der entscheidende Vorteil für den Kunden bei der Zusammenarbeit mit TOX PRESSOTECHNIK besteht in der Systemlösungs-Kompetenz für alle verbindungstechnischen Aufgaben im Bereich der industriellen Blechverarbeitung. TOX liefert dazu die Vollstanzniet-Technologie, das spezifische Equipment wie Setzkopf, Roboter- oder Maschinenzange, Dockingeinheiten an der Ladestation und an der Zange, Beladestation (z. B. innerhalb einer Roboterzelle), Vereinzelungsstation (außerhalb z. B. der Roboterzelle) und Zuführschläuche und natürlich die Systemsteuerung, die eine definierte Schnittstelle zur Roboter- oder Anlagensteuerung aufweist.

Vollstanzniet-Komplettlösungen aus einer Hand

Je nach Nietdurchmesser und Nietlänge gibt es passende Setzköpfe, die dann universell für eine ganze Durchmesser-Familie eingesetzt werden können, was Umrüstaufwand und Anlagenstillstände erspart. Das modulare Konzept zum Aufbau von Komplettlösungen besticht durch seine Standardisierung und erlaubt trotzdem individuelle Lösungen, wie etwa die Aufstellung der Vorratsbunker-, Zuführungs- und Vereinzelungsstation in bis zu 25 Metern Entfernung vom Roboter. Dank des wie erwähnt universellen Nietsetzkopfes sind auch bei Mehrnietanwendungen nur minimale Störkonturen zu berücksichtigen. Auch kann der Roboter die Fügezange über Kopf einsetzen. Aktuell gibt es Vollstanzniet-Verbindungslösungen für Aluminium-Werkstoffe und für alle gängigen Automobilstähle. Da die Entwicklung von Vollstanzniet-Lösungen für pressgehärtete Stähle ebenfalls auf vollen Touren läuft, ist demnächst auch hier mit der Serienreife zu rechnen.