DER KONSTRUKTEUR 12/2015

VERBINDUNGSTECHNIK

VERBINDUNGSTECHNIK Zusammenhalt auf allen Ebenen Leichtbauelemente auf Kunststoffbasis zuverlässig und effizient verbinden Je leichter desto besser – was im Bereich Materialentwicklung zur Triebkraft für innovative Technologien und ressourcenschonende Produkte wird, fordert auf der anderen Seite weltweit Ingenieure heraus, die adäquate Verbindungen zwischen den Leichtbauelementen realisieren müssen. Kein unlösbares Problem, wie ein erfolgreiches Kooperationsprojekt beweist. Die Tendenz zum Leichtbau bestimmt nahezu alle Branchen. Neben metallischen Ausgangsmaterialen hat dieser Trend auch Kunststoffe erfasst. Zur Gewichtsoptimierung setzen die Hersteller zunehmend auf sogenannte Hohlkammerplatten, die aus zwei Deckschichten sowie einer dazwischen liegenden Hohlkammerstruktur bestehen. Den hieraus resultierenden Anforderungen an die Verbindungstechnologie gerecht zu werden, ist eine Herausforderung. Dauerhafte Festigkeit, Belastbarkeit oder zerstörungsfreie Demontage von Anbauteilen stehen ganz oben im Lastenheft von Luftfahrtindustrie, Fahrzeugherstellern oder kunststoffverarbeitenden Branchen. Das Projekt Zwei Unternehmen stellen sich in einem Kooperationsprojekt gemeinsam dieser Herausforderung. Die Ejot GmbH & Co. KG, spezialisiert auf die Entwicklung und Fertigung von Verbindungselementen und die Weber Schraubautomaten GmbH, die mit ihren Maschinen effektive und prozesssichere Verfahren der Schraubmontage forciert. Gegen die aktuell eingesetzten Verbindungstechniken wie Kleben oder Nieten spricht, dass diese konventionellen Fügverfahren in der Regel schwer zu überwachen, nur im bedingten Maß prozesssicher sind und einen hohen Aufwand an Vorbereitung und Nacharbeit der Fügestelle erfordern. Weber und Ejot waren in ihrem umfassenden technologischen Verständnis und ihren langjährigen Erfahrungen gefragt, um entsprechende Anbauteile mit modernen Verbundmaterialien verbinden zu können. In einem mehrmonatigen Entwicklungsprozess entstand ein Verfahren, das das Setzen von Kunststoff-Domen ermöglicht. Diese können dabei sowohl als Schraubdom – ausgelegt für eine Ejot Delta PT – oder direktes Verbindungselement eingesetzt werden. Je nach Ausführung handelt es sich dabei um lösbare bzw. nicht lösbare Verbindungen. Ejot war dabei für die marktreife Entwicklung eines Kunststoff-Setzelements zuständig, Weber wurde mit der Umsetzung des speziellen Setzequipments beauftragt, das die Hilfsfügeelemente verarbeiten kann. Die Gesamttechnologie ist nun verfügbar und firmiert als TSSD-Technik. Die Abkürzung bezieht sich auf das von Ejot entwickelte Verbindungselement, das als Thermischer Stoffschlussdom bezeichnet wird – das dazugehörige Setzequipment von Weber wird entsprechend als TSS-Spindel eingesetzt. Das Verbindungsprinzip Nachdem das TSSD-Element auf dem zu verbindenden Bauteil aufsitzt, wird es auf eine vorher festgelegte Drehzahl beschleunigt und mit exakt der Kraft belastet, die zur kontinuierlichen Erwärmung der Deck­ Die Vorteile schicht des Verbundmaterials führt. Diese obere Schicht wird bei dem Prozess aufgerieben. Das angeschmolzene TSSD-Verbindungselement dringt anschließend in das Bauteil ein und fließt in die Hohlkammern der Zwischenschicht. Dabei entstehen sogenannte Hinterschnitte, die eine formschlüssige Verbindung schaffen. Hat das TSSD-Verbindungselement seine endgültige Position erreicht, werden zusätzlich Faseranteile des Deckschichtmaterials in den angeschmolzenen Randbereichen des TSSD eingebettet und sind nach dem Erstarren des Thermoplastdoms fest mit diesem fixiert, um somit zusätzliche kraft-, stoff-, und formschlüssige Verbindungsmechanismen zu generieren. In der Regel wird kein zusätzliches Vorloch im Trägerbauteil benötigt. Das Setzen des TSSD-Verbindungselements erfolgt durch einen speziellen Automaten. Weber Schraubautomaten hat dazu ein TSS-Setzequipment entwickelt, das aus einer Spindel und der angepassten Steuerung besteht. Spindel und Steuerung stellen sicher, dass der Prozess reproduzierbar und überwacht realisiert werden kann. Aktuell wird die TSSD-Technologie im Bereich Automotive/Fahrzeugbau und in der Luftfahrtindustrie eingesetzt. Hinzu kommen Einsatzgebiete bei der Verarbeitung von EPP- Schäumen, Organo-Blechen, Kunststoff- Formteilen oder anderen Schaumstrukturen. www.weber-online.com www.industrie.ejot.de n Das Verfahren kann bei thermo- oder duroplastischen Matrixsystemen mit verschiedensten Hohlkammer-Strukturen angewandt werden. n Die Handlingfestigkeit der zu verbindenden Materialien ist binnen kurzer Zeit hergestellt. n Die Festigkeit erreicht – je nach Bauteil – über 1500 N im Bereich der Kopfzugfestigkeit – die Grenze der Scherzugfestigkeit liegt bei 2500 N. n Die Parametrisierung des TSSD-Setzprozesses ist einfach strukturiert. n Das Verfahren hinterlässt keine Spuren oder Abzeichnungen auf der gegenüberliegenden Materialseite. 34 Der Konstrukteur 12/2015

Neue Stanzniettechnik für Leichtbau Im Bereich Stanzniettechnik verfügt Böllhoff über ein umfassendes Portfolio an Verbindungselementen, Zuführtechnik, Systemintegration und Prozessüberwachung. Auf diese Rund-um-Kompetenz vertraut die Automobilindustrie seit vielen Jahren. Im aktuellen Leichtbaukontext und dem damit verbundenen Materialeinsatz – von Aluminium bis hin zu ultrahochfesten Stählen – ist es erforderlich, die etablierte Stanzniettechnik über ihre bewährten Verfahrensgrenzen hinaus weiterzuentwickeln. Der neue Rivset HDX erfüllt die Anforderung, mit den bekannten Setzkraftgrenzen des Setzgeräts Mischverbindungen von ultrahochfesten Stählen mit duktileren Werkstoffen zu fügen. Erreicht wird dies durch eine optimierte Geometrie des Verbindungselements in Kombination mit einer adaptierten Niethärte. So lassen sich laut Böllhoff Verbindungen mit Werkstoffen realisieren, die eine Zugfestigkeit von bis zu 1.600 MPa und eine Blechstärke von 1,8 mm in der Decklage aufweisen. Die zum Prozess gehörenden Rivset-Gen2-Setzwerkzeuge und -Maschinenkomponenten sind modular für den HDX-Einsatz konfigurierbar. Bestehend aus dem Standard Böllhoff Control System (BCS) und der Standard Böllhoff Antriebstechnik lässt sich die entsprechende Nietzuführung hinzuwählen, sodass großserienrelevante Maschineneigenschaften, z. B. Prozesszeiten < 1,5 s oder Verfügbarkeiten > 99,5 %, unverändert bestehen bleiben. Anders als beim Einsatz von SKR/SK-Nieten wird der Rivset-HDX-Niet nicht in einem profilierten Zuführschlauch in Querrichtung, sondern in einem Rundschlauch ent sprechend des jeweiligen Nietkopfdurchmessers in Längsrichtung geführt. Effizientere Blechteilherstellung bei höchster Qualität www.boellhoff.com Metallkleber für den Einsatz in Elektromotoren Delo hat einen neuen Metallklebstoff entwickelt. Der Klebstoff ML DB154 ist unter anderem für Elektromotoren konzipiert, etwa für Verklebungen von Taschenmagneten sowie Rotor - paketen und Lagern auf Wellen. Er lässt sich bei Temperaturen bis 180 °C einsetzen und erreicht dabei mehr als doppelt so hohe Scherfestigkeiten wie andere Methacrylate. Außerdem behält der Kleber seine Festigkeit auch bei häufigem Kontakt mit Getriebe- und Motorenöl sowie Benzin. Das Produkt härtet unter UV- oder sichtbarem Licht an der Kehlnaht innerhalb von 6 s handfest aus, wodurch die Bauteile fixiert werden und sich direkt weiterverarbeiten lassen. Die volle Festigkeit erhält der dualhärtende Klebstoff dann unter Luftabschluss. Im Gegensatz zu ein- oder zweikomponentigen Epoxidharzen benötigen lichthärtende Methacrylate weniger Zeit bis zur Weiterverarbeitung und ermöglichen schnellere Produktionsprozesse. Zudem lässt sich ein Prozessschritt einsparen, indem kein mechanisches Fixieren der Bauteile vor der Warmhärtung mehr erforderlich ist. www.Delo.de Hybridklebstoff: schnell wie ein Sofortklebstoff, stark wie eine Strukturklebung Der Hybridklebstoff Loctite 4090 von Henkel vereint die wichtigsten Eigenschaften von Struktur- und Sofortklebstoffen – Festigkeit und Geschwindigkeit. Eine Kombination, die für hohe Schlagfestigkeit, hochfeste Klebungen mit unterschiedlichen Werkstoffen und hohe Temperaturbeständigkeit steht und durch ihre Vielseitigkeit die Lösung einer breiten Palette von Aufgabenstellungen im Konstruktions- und Montagebereich ermöglicht. Als erster Hybridklebstoff ist der Klebstoff laut den Angaben des Herstellers so schnell wie ein Cyanacrylat und dabei so stark wie ein Epoxid. Zu den weiteren Eigenschaften des Hybridklebstoffs zählen seine Temperaturbeständigkeit bis 150 °C, die hohe Feuchtigkeitsbeständigkeit, Schlagfestigkeit und Vibrationsbeständigkeit sowie das Spaltfüllvermögen bis 5 mm. Er eignet sich für viele verschiedene Werkstoffe, u. a. für Metalle, die meisten Kunststoffe und Elastomere. www.henkel.de PROFIL entwickelt Stanzmuttern und -bolzen, die durch einen Nietvorgang in Blechformteilen befestigt werden. Als weltweit agierender Systemlieferant konstruieren und liefern wir auch die automatisierte Verarbeitungstechnik und passen diese Ihrer Fertigungsmethode an. Weitere Informationen unter: info@PROFIL.eu PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG Otto-Hahn-Straße 22 – 24 61381 Friedrichsdorf Telefon: +49 6175 799 0 www.PROFIL.eu