02.03.2010
Böllhoff Gruppe präsentiert unter dem Namen RIVTAC® neues Fügeverfahren für diverse Industriebereiche
Schweißen, schrauben, nieten, fügen? Fragen, die auch im Automobilbau immer schwerer zu beantworten sind. Denn neue Werkstoffe und Materialkombinationen verlangen nach entsprechend innovativen Verbindungstechnologien. Die Bielefelder Böllhoff Gruppe hat das Spektrum jetzt um eine zukunftsorientierte Weltneuheit bereichert. Der Name: RIVTAC®. Die Technik: Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen
Nichts ist so beständig wie der Wandel. Dies gilt insbesondere auch für den Karosseriebau in der Automobilindustrie. Mehr Komfort, Fahrdynamik und Sicherheit, weniger Gewicht und Verbrauch – und dies alles bei gleichzeitiger Reduzierung der Fertigungs- und Produktionskosten. Anforderungen, die den Materialmix eines Autos in den letzten Jahren erheblich verändert hat. Stahl, 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.
„Innovationsfähigkeit und Kundennähe sind zu entscheidenden Wettbewerbsfaktoren geworden“, weiß Dr. Torsten Draht, Projektmanager Forschung und Entwicklung der Böllhoff Gruppe. Jene Dynamik der Märkte hat das Familienunternehmen stets als eigenen Antrieb verstanden. So gelingt es der „Ideenschmiede“ dauerhaft, neue Werkstoff- und Konstruktionsprinzipien auf Anwenderseite frühzeitig in neue Produkte und Lösungen umzusetzen. Der jüngste Spross der zukunftsorientierten Produktpalette trägt den Namen RIVTAC® und ist eine Art Highspeed-Bolzensetzen. Im Prinzip ist es Böllhoff damit gelungen, das aus der Bauindustrie und dem Handwerk bekannte Druckluft-Nageln in eine industrietaugliche Technik für dünne Wandstärken zu übertragen.
Bei dem neuartigen mechanischen Fügeverfahren wird ein nagelähnliches Hilfsfügeteil auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und in die nicht vorgelochten Fügeteile eingetrieben. Dabei verdrängt der spitze Setzbolzen den Werkstoff, ohne dass ein Butzen entsteht. Wichtige Voraussetzung für das Bolzensetzen: Die Fügeteile müssen über eine ausreichende Steifigkeit verfügen, damit sie den Eindringimpuls des Bolzens ohne große Verformungen aufnehmen können.
Den Anstoß für die Entwicklung hat – wie so oft – der Automobilbau gegeben. Denn im Karosseriebau wächst der Anteil geschlossener Profile mit geringen Wanddicken. Herausforderung für die Verbindungstechnik: Zum einen sollen die häufig wärmebehandelten Profile wärmearm gefügt werden, damit die Werkstoffeigenschaften erhalten bleiben. Zum anderen sind die Teile in der Regel nur einseitig zugänglich. Und – last but not least – wollen die Konstrukteure mit Blick auf die Kosten möglichst mit nur einem Arbeitsgang ohne Vorlochen auskommen.
Bei einseitiger Zugänglichkeit stoßen traditionelle Verfahren nach dem gegenwärtigen Stand der Technik schnell an Grenzen. Als Alternativen bleiben allenfalls das Direktverschrauben und das Blindnieten. Gemeinsamer Nachteil: Beide Technologien erfordern in der Regel ein Vorlochen von zumindest einem der Fügepartner und einen hohen Positionieraufwand für das Einbringen der Elemente. Das ist teuer und wird daher bei größeren Serien möglichst vermieden.
Anders beim Bolzensetzen. Hier lassen sich nach Angaben von Böllhoff auch hochfeste Teile und Profile von über 1.000 MPa Festigkeit oder auch Mehrlagenverbindungen prozesssicher verbinden. Und zwar mit ausgesprochen guten Festigkeitseigenschaften. Dies zeigt der Vergleich mit dem weit verbreiteten Widerstandspunktschweißen im Rahmen des Einsatzes des Bolzensetzens in der Karosseriestudie ‚ScaLight‘ (Stahlleichtbaukonzept der Salzgitter AG und Wilhelm Karmann GmbH). Dabei stellte sich heraus, dass der Einfluss der Belastungsrichtung auf die Verbindungsfestigkeit gegenüber dem Widerstandspunktschweißen geringer ist und dass die Festigkeitseigenschaften in der Summe auf gleichem Niveau sind. Die hohe Schwingfestigkeit zeigt sich auch im Verlauf der „Wöhlerlinien“. Unter identischen Werkstoffbedingungen weist das Bolzensetzen einen k-Wert von 4,96 aus, beim Widerstandspunktschweißen liegt der Wert nur bei 3,23.
Damit erfüllt das Verfahren die hohen Anforderungen sicherheitsrelevanter Verbindungen und lässt sich zudem auch noch ideal mit der Klebetechnik verbinden. So verhindert die hohe Geschwindigkeit, mit der der Setzbolzen die Werkstoffe durchdringt, dass sich der Klebstoff unkontrolliert verteilen kann. Dafür sorgt die kurze Fügezeit, die nach Angaben von Dr. Torsten Draht bei deutlich unter einer Sekunde liegt. Damit ist das Verfahren mehr als dreimal schneller als etwa das Direktverschrauben. Beeindruckende Taktzeiten – mit entsprechend attraktiven Kostensenkungspotenzialen. Angenehmer Zusatznutzen für die Logistik beim Anwender: Das Verbindungselement ist nahezu universell einsetzbar. D.h. weitgehend unabhängig von den zu fügenden Werkstoffen bleibt die Geometrie des „Nagels“ identisch.
Zwar ist der Weg der neuen Technologie in die Serienfertigung noch weit, gleichwohl besteht bereits heute nicht nur aus der Automobilindustrie großes Interesse an dem Verfahren. „Wir haben uns mit dem Bolzensetzen weit nach vorn gewagt und die hohe Innovationskraft unseres Unternehmens nachhaltig unterstrichen“, resümiert Dr. Torsten Draht.
Schließlich verbirgt sich hinter dem Verfahren High-Tech in höchster Vollendung. Als besondere Herausforderungen erwiesen sich einerseits die Setzbolzengeometrie und die Werkstoffzusammensetzung des Verbindungselements. Andererseits galt es, den Setzbolzen auf die benötigten Beschleunigungsgeschwindigkeiten zu bringen. Das mit intensiver Forschungsanstrengung verbundene Ergebnis „wird den kommenden Anforderungen insbesondere im Karosseriebau gerecht werden“, ist Dr. Torsten Draht überzeugt.
Wichtigste Station auf dem Weg in die Praxis ist das Böllhoff eigene akkreditierte Labor. Die zentrale Einrichtung für ein kompromissloses Qualitätsmanagement ist bereits seit 1999 nach DIN EN ISO EIC 17025:2000 zertifiziert. Zum Einsatz kommen dort modernste Verfahren für mechanische und physikalische Prüfungen sowie chemische Materialanalysen.
„Wir wollen immer einen Schritt voraus sein“, sagt Dr. Torsten Draht. Somit sei RIVTAC® eine Investition in die Zukunft des Unternehmens und in die Partnerschaft mit der Automobilindustrie als großer Böllhoff Umsatzträger.
Wie von Böllhoff gewohnt, kommen auch beim Bolzensetzen Fügeelement und Fügewerkzeug aus einer Hand. Beste Voraussetzungen mithin für höchste Verbindungsqualitäten. Bei den demnächst verfügbaren Handwerkzeugen unter dem Namen „RIVTAC® Portable“ wird ein über Druckluft mit 4 bis 8 bar beschleunigter Kolben dazu verwendet, den Setzbolzen in die zu fügenden Bauteile einzutreiben. Parallel dazu wird im eigenen Entwicklungslabor bereits an vollautomatischen Bolzensetzsystemen gearbeitet. Dort sind die Ingenieure auch bei den Fügeelementen kreativ unterwegs. Die Marschrichtung ist klar: intelligente Lösungen für die Märkte von Morgen.
Denn Leichtbau und neue Werkstoffe stellen auch an die Fügetechnik immer höhere Anforderungen. „Mit der Erfindung RIVTAC® erschließen wir uns neue Anwendungsgebiete, bei denen herkömmliche Verfahren an technische und auch wirtschaftliche Grenzen stoßen“, ist Dr. Torsten Draht überzeugt. Befürchtungen, mit der neuen Technik mache Böllhoff sich im eigenen Haus selbst Konkurrenz, lässt er daher nicht gelten: „Wir verbreitern unsere Kompetenz, schließen ein Lücke im Portfolio und stärken unsere Wettbewerbsposition.“ Beste Voraussetzungen, sich auch künftig als zukunftssicherer Lösungsspezialist für innovative Branchen zu profilieren.
Dazu:
Stärken des Bolzensetzens:
- Fügen bei einseitiger Zugänglichkeit
- Fügen ohne Vorlochen
- Fügen von hochfesten Werkstoffen
- Fügen von Mehrlagenverbindungen
- Kurze Taktzeiten von unter einer Sekunde
- Hohe Festigkeiten
- Optimal mit Klebetechnik zu kombinieren
© Böllhoff Gruppe, Bielefeld 2010
Abdruck frei.
Verantwortliche Autoren
Dr.-Ing. Torsten Draht
Projektmanager Forschung & Entwicklung
bei der Böllhoff Gruppe
Archimedesstr. 1-4
33649 Bielefeld
Tel. 05 21 / 44 82-01
Fax 05 21 / 44 93 64
Beleg erbeten an:
Böllhoff Gruppe
Wolfgang Sönel
Archimedesstr. 1-4
33649 Bielefeld
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