Verbinden Bolzen setzen für den Leichtbau

Redakteur: Brigitte Michel

Mehr Komfort, Fahrdynamik und Sicherheit, weniger Gewicht und Verbrauch – und dies bei gleichzeitiger Reduzierung der Fertigungs- und Produktionskosten. Diese Anforderungen sind auch eine Herausforderung für die Verbindungstechnik.

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Bei der Mercedes SL-Serie spielte die Reduzierung des Gewichts als Beitrag zum Verringern des Kraftstoffverbrauches eine wichtige Rolle.
Bei der Mercedes SL-Serie spielte die Reduzierung des Gewichts als Beitrag zum Verringern des Kraftstoffverbrauches eine wichtige Rolle.
(Bild: Mercedes Benz)

Anforderungen, die den Materialmix eines Autos in den letzten Jahren erheblich verändert haben.

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

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Bei der Entwicklung des neuen Mercedes SL spielte das Verringern des Gewichtes als Beitrag zur Minderung des Kraftstoffverbrauches eine elementare Rolle. Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Konsequenter Leichtbau und intelligente Detaillösungen reduzierten das Gewicht erheblich.

Mit dem neu entwickelten Voll-Aluminium-Rohbau des SL setzt Mercedes-Benz nach Ansicht der Fachleute Maßstäbe. Er ist rund 110 kg leichter als ein vergleichbarer Stahlrohbau. Es überrascht nicht, dass der Mercedes-Benz SL den Euro-Car-Body Award 2012 gewonnen hat. Diese höchste Auszeichnung im Karosseriebau verleiht der Automotive Circle International jedes Jahr für herausragende Entwicklungen von Rohkarosserien. Die erforderlichen funktionsoptimierten Kokillen- und Druckgussbauteile sowie Strangpressprofile und zum Teil Bleche aus Sekundäraluminium stellen aber für die Fügetechnik auch eine besondere Herausforderung dar. Das gilt speziell für die Profilbauweise.

Eine Herausforderung für die Verbindungstechnik

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. Doch da 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 ovale Spitze des Setzbolzens den Werkstoff, ohne dass ein Butzen entsteht. Die Verbindungsfestigkeit im unteren Fügeteil wird durch Kombination von Kraft- und Formschluss erreicht.

Dies resultiert zum einen aus der Rückstellkraft des verdrängten Materials und zum anderen fließt der lokal erwärmte Werkstoff in die Schafträndelung des Setzbolzens. Voraussetzung zum Anwenden dieses Verfahrens ist eine ausreichende Steifigkeit der Fügeteile, damit diese den Eindringimpuls des Setzbolzens ohne große Verformungen aufnehmen können. Es lassen sich auch hochfeste Werkstoffe oder Mehrlagenverbindungen mit ausgesprochen guten Festigkeitseigenschaften verbinden.

Kleben und Verbinden mit hoher Geschwindigkeit

Als erster Automobilhersteller setzt Mercedes-Benz weltweit auf das neue Rivtac Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen von Böllhoff. Die Freigabe erfolgte nach einem neunmonatigen Betriebsversuch in der aktuellen E-Klasse.Schwerpunkte wie Verfügbarkeit unter Dauerbelastung sowie die permanente Prozessüberwachung wurden mit 160000 Fügevorgängen erprobt und die Serientauglichkeit bestätigt. Das Verfahren erfüllt somit die hohen Anforderungen moderner Fertigungskonzepte.

Beim Heckwagen des SL wird Rivtac eingesetzt, um den Aluminiumheckboden mit dem Heckrahmen zu verbinden. Der Heckwagen wird vom Roboter in einer Vorrichtung in der Fertigungszelle fixiert, das Setzwerkzeug durch die Zustelleinheit bis zum Bauteilkontakt ausgefahren und der Fügeprozess ausgelöst. Die Setzbolzen stellt ein spiralförmiges Magazin bereit. Zudem kommt auch Klebstoff zum Einsatz, denn Rivtac lässt sich ideal mit der Klebetechnik verbinden. Die hohe Geschwindigkeit sowie die kurze Fügezeit von unter einer Sekunde, mit der der Setzbolzen die Werkstoffe durchdringt, verhindern, dass sich der Klebstoff unkontrolliert verteilen kann. (bm)

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