Verbindungstechnik

Marktübersicht Mechanische Blechverbindungen

| Autor / Redakteur: Ralf Paarmann / Frauke Finus

Clinchen, Toxen, Falzen, Einrasten, Schrauben, Nieten - die Palette der mechanischen Verbindungsverfahren für die Blechfertigung ist vielfältig; Konstrukteure haben die Qual der Wahl.
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Clinchen, Toxen, Falzen, Einrasten, Schrauben, Nieten - die Palette der mechanischen Verbindungsverfahren für die Blechfertigung ist vielfältig; Konstrukteure haben die Qual der Wahl. (Bild: Koenig)

Das mechanische Fügen von Bauteilen gehört zu den ältesten Verbindungstechniken in der Fertigungstechnik und ist in der blechverarbeitenden Industrie besonders weit verbreitet. In den vergangenen Jahren machten mechanische Verbindungen eine stürmische Entwicklung durch und gewannen damit erheblich an Bedeutung. Die wichtigsten Konzepte und Anbieter sind in der Marktübersicht (Download) zusammengestellt.

Durch Forschung und Entwicklung hat sich das Angebot an Verfahren und Verfahrensvarianten auf dem Gebiet der mechanischen Fügetechnik erheblich verbreitert und die Prozesstechnik stark verbessert. Veränderte Ansprüche an Wirtschaftlichkeit und Prozesssicherheit beispielsweise bei Leichtmetallen, beschichteten Materialien und Mischmetallverbindungen brachten der mechanischen Fügetechnik einen festen Platz in der mechanisierten Großserienfertigung, aber auch in der handwerklichen Einzel- und Kleinserienfertigung.

Mittlerweile haben die umformenden Fügeverfahren, wie etwa das Clinchen, einen hohen Standard in den Bereichen Wirtschaftlichkeit, Prozesssicherheit und Einsatzmöglichkeit erreicht. Innovativen Technologien geben immer wieder neue Impulse für deren Weiterentwicklung und Optimierung.

Doch allein mit dem Verbessern von Verfahren ist es oft nicht getan. Zum wirtschaftlichen Denken gehört es, sich bei Zeiten umzuorientieren und sich von Gewohntem zu verabschieden. Denn was über die Jahre praktikabel war, ist vielleicht nicht mehr zeitgemäß und hemmt darüber hinaus den Fortschritt an anderer Stelle. Das gilt auch für die Wahl des richtigen Blechverbindungsverfahrens. In der Prozesskette mag das Fügen weit hinten stehen, die Wahl des Verfahrens entscheidet sich jedoch schon bei Konstruktionsbeginn, weshalb es Sinn macht, sich der Thematik schon während der Entwicklungsphase eines neuen Produkts intensiv zu widmen.

Clinchen, Toxen, Falzen, Einrasten, Schrauben, Nieten – die Palette der mechanischen Verbindungsverfahren, die in der Blechfertigung eingesetzt werden ist vielfältig. Konstrukteure müssen zahlreiche Faktoren berücksichtigen, um letztendlich die Entscheidung zu treffen, welche Verbindungsvariante in ihrem Anwendungsfall die beste ist. Wie stark und in welcher Form wird die Verbindung belastet? Zug-, Druck-, Biege- oder Torsionskräfte müssen berücksichtigt werden. Soll die Verbindung dicht sein? Konservendosen und Fässer werden zum Beispiel mit einem Falz verschlossen und erlauben, wenn sie Lebensmittel enthalten, auch aus gesetzlichen Gründen keine Berührung mit Bearbeitungsrückständen oder gesundheitsgefährdenden Substanzen.

Verfahrenswahl hängt vom Werkstoff und der Blechdicke ab

Welches Verfahren angewendet wird, hängt auch vom Werkstoff und von der Blechdicke ab. Bei vielen Gelegenheiten, beispielsweise bei denen keine Wärmeentwicklung erwünscht ist, verbieten sich thermische Verfahren von vorne herein. Kunststoff und Blech lassen sich nur mechanisch, bestenfalls noch mit Kleben verbinden. Bei hohen Bleckdicken stößt das Umformen an seine Grenzen. Verformung und Verzug sind vor allem bei Präzisionsteilen Faktoren, die man nicht außer acht lassen sollte. Nimmt man Aufwand, Qualität, Kosten, Zeit, Produktivität und Automatisierbarkeit als weitere Parameter, dann kann die Auswahl der in Frage kommenden Verfahren schon deutlich begrenzt werden.

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Wenn feste Verbindungen gewünscht sind, die sich leicht wieder lösen lassen, dann kommt die Schraube ins Spiel. Bei Einpressmuttern wird dort, wo das Gewinde sitzen soll, ein Loch vorgestanzt und anschließend eine Mutter an das Blech geschweißt oder ins Blech eingepresst. Schneller ist, wer das Gewinde schon auf der Stanzmaschine formt. Die Stanzmaschine stanzt zunächst das Kernloch vor. In einem zweiten Arbeitsschritt formt sie das Gewinde. Blindnietmuttern sind eine Alternative zu Einpressmuttern. Sie werden verwendet, wenn nur eine Seite der Fügestelle zugänglich ist oder wenn Bauteile aus Aluminium bestehen.

Die Blindnietmutter wird zusammen mit einer Schraube ins Kernloch eingeführt. Anschließend wird die Schraube etwas nach oben gezogen. Dabei verformt sich die Blindnietmutter: An der Unterseite der Fügestelle bildet sich ein Wulst. Die Schraube wird nun herausgeschraubt, die Blindnietmutter sitzt fest im Blech.

Stanznieten kommt ohne Vorlochen aus

Beim Blindnieten erfolgt der Fügevorgang von nur einer Seite des Bauteils aus. Der Blindniet wird durch die Bohrung eingeführt, anschließend wird der am Kopf herausragende Dorn mit einer Blindnietzange herausgezogen. Dies führt zu einer Stauchung und somit zu einer Aufweitung des Niets hinter der Bohrung. Am Ende des Vorgangs bricht der Dorn an der Sollbruchstelle innerhalb des Nietkörpers ab und ragt nicht aus dem Niet hervor; der Rest des Dorns befindet sich dann in der Zange und wird weggeworfen. Ziel des Stanznietens ist das mittelbare, nicht lösbare Verbinden von Blechteilen ohne Vorlochen.

Zu diesem Zweck kommt ein Nietelement zum Einsatz, das gleichzeitig als Stempel fungiert. Clipverbindungen werden häufig auch als Rastverbindungen bezeichnet. Dass sich dünne Bleche elastisch dehnen und spreizen lassen, nutzt dieses Verfahren aus. Dabei werden Teil und Gegenstück unter Spannung so ineinander geschoben, dass Erhöhungen auf dem Teil unter den Vertiefungen im Gegenstück zum Liegen kommen. Die Verbindung lässt sich vergleichsweise leicht lösen, zumeist von Hand und ohne Werkzeuge.

Durchsetzfügen, Clinchen und Toxen – ideal für dünne Bleche

Durchsetzfügen, Clinchen und Toxen nutzen die leichte Verformbarkeit von dünnen Blechen. Zum Durchsetzfügen werden die Bleche aufeinander gelegt. In einem kombinierten Stanz/Umform-Vorgang schneidet das Werkzeug einen Steg in beide Bleche und verformt ihn so, dass sich die Bleche ineinander fest verhaken. Toxen und Clinchen nutzen ebenfalls ein Umformprinzip.

Beim Toxen drückt ein flacher, runder Dorn die Blechlagen in eine Matrize mit einer ringförmigen Vertiefung. Dabei werden beide Bleche umgeformt und verhaken sich ineinander. Darüber hinaus gibt es auch Tox-Varianten, bei denen die gegenüberliegende Seite flach bleibt oder bei der ein Niet mit eingeführt wird und so beide Seiten flach sind. Clinchen funktioniert im Prinzip genauso, nur dass die Matrize sich während des Umformvorgangs weitet. Dabei entsteht ebenfalls eine hochfeste und dichte Verbindung.

Marktübersicht Mechanische Blechverbindungen (PDF)

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