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innocat4_news_2013

12     |     AUSGABE 1 · DEZEMBER 2012 Teilprojekte Der Trend zum Leichtbau stellt Fügever- fahren und Verbindungselemente stets vor neue Herausforderungen. Die Werkstoffe werden immer mehr an den lokalen Bau- teilbereich angepasst. Karosserien werden immer mehr ein Mix aus verschiedenen ­Materialien – zum Einsatz kommen ein­ facher Stahl, hoch- und höchstfester Stahl, Aluminium und Faserverbundstoffe. Thermische Fügeverfahren, wie z. B. das Schweißen, sind energieintensiv und er- fordern häufig zusätzliche Aufwendungen, zum Beispiel für Absaugung und Kühlung. Mechanische, auch „kalte“ Fügeverfahren genannt, schmelzen den Werkstoff nicht auf, sondern basieren auf plastischer Um- formung, wobei Ansaugung und Kühlung entfallen. Das spart Energie. Bei hoch- und höchstfesten Stahlwerkstof- fen sind mechanische Fügeverfahren der- zeit nur eingeschränkt einsetzbar, weil die Härte der Bleche die der einzupressenden Nietelemente teilweise überschreitet. In der Folge kann es zu unerwünschten Verfor- mungen am Nietelement kommen, welche die Funktionsfähigkeit beeinträchtigen. Der Erhöhung der Elementhärte als Gegen- maßnahme sind dabei Grenzen gesetzt, weil mit der Härte auch die Sprödigkeit der Elementwerkstoffe und damit die Gefahr des Verbindungsversagens, vor allem unter zyklischer Beanspruchung, zunimmt. Die Prozessgrenzen der kalten Fügeverfahren müssen deshalb hinsichtlich der verarbeit- baren Werkstofffestigkeiten erweitert wer- den. Das geschieht durch die Erhöhung der Setzgeschwindigkeit. n Erhöhung der Setzgeschwindigkeit Verfahren und Setzeinrichtungen werden am Beispiel der selbststanzenden Funkti- onselemente (Einstanzmuttern) an die er- höhten Setzgeschwindigkeiten angepasst. Es wurden Blechgüten bis in den Bereich pressgehärteter Stähle getestet, deren hohe Härte das mechanische Fügen bislang stark einschränkte. Die Entwicklung eines elek­ tromechanischen Antriebs für das Hochge- schwindigkeitsfügen diente als Alternative zu verbrauchsintensiven, pneumatischen Antriebsprinzipien. Dieser hierfür entwickel- te, druckluftfreie Antrieb senkt dabei den Energiebedarf. Durch das Hochgeschwindig- keitsfügen können Einstanzmuttern Bleche durchstanzen, deren Härte die des Muttern- werkstoffs übersteigt. Die Mutterngeometrie wurde an den Hoch- geschwindigkeitsfügeprozess angepasst. Durch die hohe Setzgeschwindigkeit kann ei- ner Beeinträchtigung des Mutterngewindes infolge einer unerwünschten Stauchung des Stanzbundes entgegengewirkt werden. Die erhöhte Geschwindigkeit beim Schneiden bewirkt eine verbesserte Qualität des er- zeugten Lochs. Die stärker zylindrische Loch- geometrie begünstigt eine festeVerankerung der Mutter im Blech.Auch die Flexibilität bei der zu verarbeitenden Blechdicke soll mit der neuen Geometrie erhöht werden. Die Kombi- nation aus verändertem Werkstoffverhalten im Blech bei Lochvorgang und dynamischer Prozessführung fördert ein sicheres Aussto- ßen und Abführen des Lochbutzens trotz verkürzter Stanzbundlängen an der Mutter. Auf diese Weise ist es möglich, Blechdicken von 1,2 mm bis 1,8 mm mit einer einzigen Mutternvariante zu verarbeiten. In Zusammenarbeit zwischen drei Part- nern wurden Lösungen in verschiedenen Aufgabenbereichen erarbeitet. Seitens der Fügetechnologie wurden die Eigenschaften der Einstanzmuttern auf den veränderten Setzprozess beim Hochgeschwindigkeitsfü- gen abgestimmt, wobei der Hochgeschwin- digkeitsantrieb ebenfalls Forschungsge- genstand war. Die Aufgabenschwerpunkte erstrecken sich damit von der Stanzmuttern- geometrie über die geeignete Elementzufüh- rung bis zum Antriebssystem auf Basis einer beschleunigten Zahnstange. Die derzeitigen Versuchsergebnisse mit den neu entwickel- ten Komponenten sind erfolgversprechend und demonstrieren das Potenzial desVerfah- rens. Der Einsatzbereich und die Vorteile des Verfahrens sind nicht nur auf das Verarbei- ten von Stanzmuttern beschränkt, sondern auch auf andere mechanische Fügeverfah- ren mit Schneidanteil übertragbar. n Erfolge Im Endergebnis können bisherige Einsatz- grenzen der energieeffizienten, mechani- schen Fügeverfahren durch die Verbesserung der Prozessdynamik erweitert und letzt­lich in zahlreichen Anwendungsfällen ther­mische durch kalte Fügeverfahren er­setzt werden. Der elektromechanische Antrieb spart im Gegensatz zu den herkömmlichen druckluft- basierten Hochgeschwindigkeitsantrieben Energie und bietet zudem Vorteile hinsicht- lich der Schallemission. Es wird mit einer Senkung des direkten Energiebedarfs für den Setzprozess um 50 % und mehr gerechnet. Bildquelle: Fraunhofer IWU n Kalte Fügetechnologien Kein heißes Eisen

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