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Schrauben Alternative Verbindungslösungen für die automatisierte Automobilfertigung

Redakteur: Dipl.-Ing. Dorothee Quitter

Da die Automobilindustrie vermehrt auf einen Materialmix aus Aluminium und höherfesten Stählen setzt, bedarf es anstelle herkömmlicher Schweißverfahren neue automatisierbare Verbindungslösungen.

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Für den Leichtbau durch Multimaterialmix hat Arnold die automatisierbaren Verbindungstechniken Flowform, Flowpush und Flexweld entwickelt.
Für den Leichtbau durch Multimaterialmix hat Arnold die automatisierbaren Verbindungstechniken Flowform, Flowpush und Flexweld entwickelt.
(Bild: Blaz Kure / Arnold Umformtechnik)

Wer an Fertigungslinien der Automobilindustrie denkt, hat sofort auch das Bild von Schweißrobotern im Kopf. Um für mehr Nachhaltigkeit Gewicht am Fahrzeug einzusparen, wird heute jedoch, wo es möglich ist Aluminium verbaut. Da dies aber bei crashrelevanten Bauteilen des Fahrzeuges meist nicht die notwendige Festigkeit bringt, kombiniert man Aluminium mit höherfesten Stählen. Dieser Materialmix lässt sich jedoch nicht mit herkömmlichen Schweißverfahren verbinden. Die Experten für nachhaltige Verbindungssysteme von Arnold Umformtechnik machten es sich daher zur Aufgabe, alternative Verbindungslösungen zu suchen, die sich automatisiert umsetzen lassen und so helfen, ein hohes Produktionstempo und gleichbleibende Qualität beizubehalten. Dazu wurden die verschiedenen Materialkombinationen und geforderten Verbindungsarten genau unter die Lupe genommen und dann für den jeweiligen Anwendungsfall passende Lösungen entwickelt.

Direktverschraubung ohne Vorloch

Für komplexe Baugruppen, die nur von einer Seite zugänglich sind, deren Verbindung aber eine hohe Festigkeit benötigen, wurde Flowform entwickelt. Das Verfahren basiert auf dem sogenannten Fließlochformen: Eine spezielle Schraube wird auf das zu verbindende Material aufgedrückt und gleichzeitig rotiert (Bild 1). Durch eine Kombination aus Axialkraft und relativ hoher Schrauberdrehzahl, erwärmt sich das zu verbindende Material an der Fügestelle. Hat die Schraube das Material durchdrungen, formt sie ein Muttergewinde, das im Reparaturfall auch eine metrische Schraube aufnehmen kann, und wird dann festgezogen. Während und nach der drehmomentgesteuerten Montage passt sich der geformte Durchzug den Konturen der Schraube optimal an. Montagezeiten zwischen zwei und vier Sekunden sind bei dieser Methode realisierbar. Dabei entstehen Verbindungen für hohe dynamische Belastungsarten. Bis zu Bauteildicken von 6 mm Aluminium und 3 mm Stahl sind keine vorbereitende Arbeitsschritte am Bauteil nötig wie beispielsweise Bohren, Stanzen, Gewindeschneiden oder Einbringen zusätzlicher Hilfsfügeelemente. Bei höherer Gesamtbauteilstärke muss das Material bis zu einer Restdicke komplett vorgebohrt werden.

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Generell findet Flowform typische Einsatzbereiche im Karosserierohbau und hier insbesondere bei crashrelevanten Bauteilen. Weiße Ware, der Maschinenbau oder der Batteriebau für die Elektromobilität sind weitere interessante Anwendungsgebiete. Die Technik eignet sich für hybride Verbindungen sowie für mehrlagige, höherfeste und CFK-Anwendungen (carbonfaserverstärkter Kunststoff). Spezielle Lösungen für den Kunststoffbereich entwickeln die Experten derzeit.

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