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Verbindungstechnik

Marktübersicht Mechanische Blechverbindungen

| Autor/ Redakteur: Ralf Paarmann / Frauke Finus

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.

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

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.

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.

Ergänzendes zum Thema
Unternehmenskurzportraits

ARNOLD Umformtechnik GmbH & Co. KG

Arnold blickt auf eine über 100-jährige Geschichte zurück. In den 70er Jahren wurde der strategisch wichtige Wandel zum Produzenten technologisch hochwertiger Verbindungselemente eingeleitet. Über das 1994 gegründete Unternehmen Arnold & Shinjo führte Arnold das bereits in Japan etablierte Pias-Einstanzmuttern-System auch auf dem europäischen Markt ein. Heute ist Arnold & Shinjo nach eigenen Angaben einer der führenden Anbieter für Verbindungssysteme im Bereich der industriellen Blechteilefertigung. In enger Zusammenarbeit mit Arnold und weiteren Kernlieferanten werden die Komponenten der Pias-Systemtechnik in Deutschland produziert.

Avdel Deutschland GmbH

Schrauben Betzer GmbH & Co. KGBetzer ist darauf spezialisiert, Präzisionsschrauben und Kaltformteile nach Zeichnung in großen Produktionsserien auftragsbezogen herzustellen. Wärmebehandlungen sowie galvanische und organische Oberflächenbeschichtungen erfolgen in Vertragsunternehmen, die nach aktuellen Qualitätsrichtlinien auditiert und ausgewählt sind.

Wilhelm Böllhoff GmbH & Co. KG

Als internationaler Dienstleister mit eigener Produktion und Entwicklung gehört Böllhoff in Europa und Amerika laut eigenen Angaben zu den führenden Anbietern von Verbindungs-, Montage- und Systemtechnologien. Das Sortiment umfasst mehr als 100 000 Artikel, von der Standardschraube bis hin zum kundenindividuellen Verbindungselement, vom Hand geführten Einbaugerät bis hin zum vollautomatischen Montagesystem. Zu den wichtigsten Kundengruppen zählen Automotive und Aerospace, der Maschinen- und Anlagenbau, die Elektro- und Elektronikindustrie, die Blech und Kunststoff verarbeitende Industrie, das Baugewerbe und die Möbel- und Holz verarbeitende Industrie. Mit über 2000 Mitarbeitern bei einem Umsatz (konsolidiert) von cirka 420 Mio. Euro (Ist 2007) ist das Unternehmen mit neun Standorten in Deutschland und eigenen Gesellschaften in 22 Ländern präsent, unterstützt von Agenturen weltweit für alle wichtigen Märkte.

BTM Blechverbindungstechnik GmbH

BTM Europe in Deutschland wurde von der BTM Corporation gegründet. Das Tog-L-Loc Clinchverfahren als Alternative zum Punktschweißen, Nieten und anderen konventionellen Verbindungstechniken wurde von BTM entwickelt. Clinchen mit Tog-L-Loc bietet laut Erfinder eine Menge Vorteile: Keine Nieten oder andere Verbindungselemente, keine Vor- oder Nachbehandlung, geringe und einfache Wartung der Produktionsmittel, keine Transformatoren oder Kühleinrichtungen, geringer Energiebedarf, Verbinden unterschiedlicher und beschichteter Metalle, gasdichte Verbindungen, hohe Wiederholbarkeit, zerstörungsfreie Prüfung der Fügequalität, Langlebigkeit des Werkzeugs und mehr.

Dirak GmbH & Co. KG

In der Produktlinie Snap-Line von Dirak sind spezielle Blechverbinder zu finden. Wesentliches Merkmal ist das Gehäuse mit den zwei Clipselementen. Wenn diese in vorbereitete Einbauöffnungen gesteckt werden, springen diese Elemente in Position und fixieren die Bleche. Das ermöglicht einfache Montage ohne Werkzeug.

Eckold GmbH & Co KG

Das Clinchen von beölten oder lackierten Blechen, von nichtrostenden Edelstählen und die Unempfindlichkeit gegenüber Blechdickenschwankungen sind nur einige Vorteile, die dem Eckold-Clinchen laut Unternehmen eine herausragende Stellung am Markt verschaffen. Dazu bietet Eckold eine Verbindungstechnik, mit der Bleche aus spröden Aluminiumlegierungen oder nichtumformbaren Werkstoffen, wie zum Beispiel Federstahl mit einem umformbaren Werkstoff verbunden werden können. Zu den Details der Einsatzgebiete. Zudem zeichnet sich das Eckold-Clinchen besonders in ökologischer Hinsicht aus. Keine anfallenden toxischen Schweißdämpfe oder Emissionen, keine Lärmbelästigung und ein geringer Energieverbrauch schaffen dem Anwender ein verbessertes Arbeitsumfeld.

EJOT GmbH & Co. KG

Im Bereich industrielle Verbindungstechnik wendet Ejot die Basistechnologie Metallkaltumformung zur Herstellung von verbindungstechnischen Bauteilen an. Durch die Kombination dieser Technologie mit Kunststoff-Spritzguss entstehen darüber hinaus innovative Synergieteile von Schraube und Kunststoffteil. Die Kunden des Geschäftsbereichs Verbindungstechnik kommen im Wesentlichen aus den Bereichen Automobilindustrie und -zulieferer, Elektro- und Elektronikindustrie, Telekommunikation, Sport- und Freizeitgeräteindustrie

Koenig Verbindungstechnik GmbH

Gegründet 1973 beliefert die Koenig Verbindungstechnik GmbH seit über dreißig Jahren Kunden mit innovativen mechanischen Verbindungselementen. Koenig ist Serienlieferant in der Automobilindustrie. Die Verbindungssysteme beinhalten Befestiger und Verarbeitung aus einer Hand vom Konzept bis zur Serienfertigung.

Ribe Verbindungstechnik GmbH & Co. KG

Ribe ist nach eigenen Angaben einer der führenden internationalen Anbieter von mechanischen Verbindungselementen, technischen Federn und Elektroarmaturen. Die Ribe-Gruppe beschäftigt an neun Standorten etwa 1500 Mitarbeiter und erzielt einen Gesamtumsatz von über 151 Millionen Euro. Ribe entwickelt und produziert Spezialschrauben, Präzisionskaltformteile, Nietsysteme und Baugruppen. In ausgewählten Marktsegmenten bietet Ribe Spezialschrauben, Stanz- und Einpressmuttern sowie Nietelemente mit der individuell für ihre Verarbeitung entwickelten Automatisierungs- und Verfahrenstechnologie an.

Gebr. Titgemeyer GmbH & Co. KG

Bis in die fünfziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts lag der Unternehmensschwerpunkt auf der Fertigung von Fahrzeugbauteilen. In den folgenden Jahren legte die Einführung des erfolgreichen Pop-Blindniets die Grundlage für den zweiten Geschäftsbereich Befestigungstechnik. Dieser Niet war zunächst ausschließlich für die Befestigung von Karosserieblechen auf die damals im Fahrzeugbau üblichen Gerippekonstruktionen gedacht. Rasch konnten aber weitere Märkte erschlossen werden. Unterschiedliche Materialanforderungen, wie in der Hybrid- oder Leichtbauweise üblich, machen ein breitgefächertes Programm von modernen Befestigungssystemen notwendig. Stets kommen neue Produkte hinzu, weil Industrie und Handwerk für ihre Aufgaben immer neue Lösungen verlangen. Das Befestigungsprogramm von Titgemeyer umfasst neben der Blindniettechnik den Bereich Gewindeträger, Schnellmontage-Systeme und Verarbeitungswerkzeuge. Für Kunden werden auf Wunsch komplett automatisierte Arbeitsplätze entwickelt, die sich in bestehende Fertigungslinien integrieren lassen.

Tox Pressotechnik GmbH & Co. KG

Tox präsentiert sich laut Pressemitteilung als kompetenter Partner für innovative Produkte und Lösungen in den Bereichen Blechverbindung, Antriebe und Pressen. Schon in den 80er Jahren entwickelte Tox das Rundpunkt-Blechverbindungsverfahren. Die Rundpunkte werden lediglich durch (Kalt-)Umformen hergestellt und dabei entsteht eine dichte und feste Verbindung, die sich nicht mehr lösen lässt. Tox-Clinchen umfasst zwei eng miteinander verwandte Technologien, die sich seit vielen Jahren im Serieneinsatz etabliert und bewährt haben und dabei gleichzeitig täglich neue, innovative Anwendungen in der Blechverbindung finden. Das Tox-Clinchen erfolgt im Regelfall mit der für Tox patentierten Matrize mit festem Gesenk. Eine Weiterentwicklung des Clinchen ist der ebenfalls für Tox patentierte Tox-Clinchniet. Mit Hilfe eines einfachen, symmetrischen Niets als Fügehilfselement wird eine Clinchverbindung mit Kern hergestellt. Ohne das Material zu schneiden wird im direkten Vergleich zu einem konventionellen Stanzniet eine höhere Festigkeit erreicht.

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.

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