Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Stechnieten bei einseitiger und beidseitiger Zugänglichkeit

Die Verschärfung gesetzlicher Vorgaben zur Begrenzung von Schadstoffausstoß durch Fahrzeuge zwingt die Produkthersteller zu Innovationen in der Produktentwicklung. Eine wichtige Zielrichtung ist dabei trotz Zunahme technischer Ausstattungsmerkmale die Senkung des Fahrzeuggewichts. Der Einsatz moderner Leichtbauwerkstoffe ist deshalb eine Anforderung der Automobilindustrie. Eine Voraussetzung für die Umsetzung sind vorhandene technische Lösungen für das Verbinden der verschiedenen Werkstoffkombinationen innerhalb einer Konstruktion.

Zahlreiche KMUs im Bereich der Zulieferer von Baugruppen sowie Fertigungssystemen sind von dieser Entwicklung direkt betroffen und benötigen entsprechende Lösungen.

Das Projekt soll mit Entwicklung des Stechnietens mit großen Anwendungsvorteilen gegenüber dem Stand der Technik einen Beitrag zur Lösung beschriebener Herausforderungen leisten. Das Verfahren zeichnet sich durch eine hohe Flexibilität (z. B. einseitiges Fügen, geringe Fügekräfte) und Einsatzmöglichkeiten für zahlreiche moderne Werkstoffe aus.

Die Problemstellung im Antrag wird im ersten Ansatz aus automobilen Anwendungen abgeleitet. Es ergeben sich darüber hinaus zusätzliche Anwendungspotenziale, etwa im Baubereich zum einseitigen Fügen von Beplankungen an Stahlprofile. Dieser übergreifende Aspekt soll durch eine gezielte Auswahl an Untersuchungswerkstoffen berücksichtigt werden.

Der Lösungsweg umfasst die Entwicklung geeigneter Fügeteilgeometrien und deren umformende Herstellung für die Durchführung der Fügeversuche. Anhand von experimentellen Untersuchungen sollen das Einsatzspektrum erforscht und Verbindungseigenschaften unter mechanischer sowie korrosiver Belastung charakterisiert werden.

Eine Möglichkeit zur Entstehung eines neuen Produkts ist mit den erzielten wissenschaftlichen Ergebnissen eindeutig möglich. Die Wettbewerbsfähigkeit von entsprechenden Unternehmen wird durch die Entwicklung von Stechnieten als Alternative zu anderen mechanischen Fügeverfahren gesteigert und gibt insbesondere KMU, welche sich mit der Herstellung von Fügeelementen befassen, die Möglichkeit zur Diversifizierung aufgrund des erweiterten Produktportfolios.

Ergebniszusammenfassung:

Im Forschungsprojekt wurde das Stechnietverfahren entwickelt, bei welchem durch Einsatz eines selbstspreizenden Nietelements auf komplexe Werkzeugkonzepte verzichtet werden kann. Stattdessen kommt bei beidseitiger Zugänglichkeit ein einfacher Gegenhalter zum Einsatz, der die Fügeteile gegen die Fügekraft abstützt. Die notwendigen Fügekräfte sind beim Stechnieten gegenüber konventionellen, selbststanzenden Nietverfahren deutlich geringer, was den anlagenseitigen Aufwand reduziert. Bei ausreichender Steifigkeit der Fügestelle kann das Verfahren bei einseitiger Zugänglichkeit durchgeführt werden.

Mittels FEM-Simulationen des Setzprozesses wurde eine Nietgeometrie entwickelt, welche insbesondere für den Einsatz bei Fügeteilen hoher Festigkeit geeignet ist. Es zeigt sich, dass ein vollständiges Durchstechen der Fügeteile vorteilhaft hinsichtlich der Verfahrensflexibilität und der erreichbaren Verbindungseigenschaften ist. Die damit einhergehenden Konsequenzen hinsichtlich des Korrosionsschutzes wurden analysiert. Die Untersuchungsergebnisse sprechen für die gute Qualität und Verschleißfestigkeit aller drei Nietbeschichtungen, wobei leichte Vorteile für die Zink-Nickel-Beschichtung aufgrund der Schichteigenschaften wie Härte und Abriebfestigkeit gesehen werden.

Die hohe Flexibilität des Verfahrens ist vorteilhaft insbesondere für Anwender aus dem Bereich der kmU.

Die Berücksichtigung der Aspekte zum Korrosionsschutz ergänzen das grundlegende Verständnis für den Anwender des Verfahrens. Die Ergebnisse sind relevant für Firmen in der Automobilindustrie und die zahlreichen kmU in deren Zulieferindustrie, dem Baubereich und für Hersteller von Haushaltgeräten (sog. „weiße Ware“) sowie Hersteller und Lieferanten von Fügeanlagen und Verbindungselementen für das mechanische Fügen.