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Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen als serienreife Fügetechnik im Automobilbau

| Autor/ Redakteur: Annette Löwen / Stefanie Michel

Anforderungen, wie mehr Komfort und Sicherheit sowie weniger Gewicht und Verbrauch, haben den Materialmix eines Autos in den letzten Jahren erheblich verändert. Diese Entwicklung stellt die Verbindungstechnik vor neue Herausforderungen. Dort kommt nun das Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen zum Einsatz.

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(Bild: Daimler)

Stähle, Leichtmetalle und Kunststoffe sind nach wie vor die wichtigsten Werkstoffe im Automobilbau, doch innerhalb dieser Gruppen gibt es eine Vielzahl neuer Zusammensetzungen – und gegenseitige Substituierungen. Entsprechend komplex und anspruchsvoll sind die Anforderungen an die Verbindungstechnik.

Bei der Entwicklung des neuen Mercedes SL spielte die Reduzierung des Gewichtes als Beitrag zur Verringerung des Kraftstoffverbrauches eine elementare Rolle. Daimler setzte konsequent auf Leichtbau und intelligente Detaillösungen, was zu einer erheblichen Gewichtsreduzierung führte. Deshalb ist der neu entwickelte Voll-Aluminium-Rohbau des SL nun rund 110 kg leichter als ein vergleichbarer Stahlrohbau.

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Leichtbauweise benötigt mechanische Fügeverfahren in einem Arbeitsgang

Die erforderlichen funktionsoptimierten Kokillen- und Druckgussbauteile sowie Strangpressprofile und zum Teil Bleche aus Sekundäraluminium stellen allerdings für die Fügetechnik eine besondere Herausforderung dar. Das gilt speziell für die Profilbauweise. Zum einen sollen die häufig wärmebehandelten Profile wärmearm gefügt werden, damit die Werkstoffeigenschaften erhalten bleiben. Zum anderen sind die Bauteile in der Regel nur einseitig zugänglich. Darüber hinaus sollen moderne Fertigungskonzepte nach Möglichkeit mit nur einem Arbeitsgang – ohne Vorlochen – auskommen. Hier sind mechanische Fügeverfahren gefordert, die nur eine einseitige Zugänglichkeit zur Fügestelle benötigen. Bei einseitiger Zugänglichkeit stoßen traditionelle Verfahren nach dem gegenwärtigen Stand der Technik an Grenzen.

Anders beim Rivtac-Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen: Bei diesem mechanischen Fügeverfahren wird ein nagelähnliches Hilfsfügeteil, der Setzbolzen, auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und in die nicht vorgelochten Fügeteile eingetrieben. Dabei verdrängt die ogivale Spitze des Setzbolzens das Material, ohne dass ein Butzen entsteht. Die Verbindungsfestigkeit im unteren Fügeteil wird durch eine Kombination der Haltemechanismen Kraft- und Formschluss erreicht.

Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen erfordert ausreichende Steifigkeit der Fügeteile

Dies resultiert zum einen aus der Rückstellkraft des verdrängten Materials und zum anderen fließt der lokal erwärmte Werkstoff in die Schafträndelung des Rivtac-Setzbolzens. Eine wichtige Voraussetzung zur Anwendung dieses Verfahrens ist eine ausreichende Steifigkeit der Fügeteile, damit diese den Eindringimpuls des Setzbolzens ohne große Verformungen aufnehmen können. Hier lassen sich auch hochfeste Werkstoffe von über 1000 MPa Festigkeit oder Mehrlagenverbindungen prozesssicher verbinden.

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