Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Geringere Fügekräfte, besserer Halt

17.11.2000


... mehr zu:
»Blech »Fügekräfte »Stempel
Sie verbinden unterschiedliche Werkstoffe und greifen den Oberflächenschutz nicht an: Mechanische Verbindungstechniken wie das Durchsetzfügen sind in der blechverarbeitenden Industrie weit verbreitet.
Eine Weiterentwicklung, das »Radial-/Taumelclinchen«, erweitert den Anwendungskreis des Clinchens nun auch auf Verbindungen, die besonders starken Belastungen ausgesetzt sind.

Blechverbindungen, die besonders starken Belastungen ausgesetzt sind, werden bislang punktgeschweißt. Die Palette reicht von Lüftungskanälen bis hin zu Automobilkarosserien und Schienenfahrzeugen. Eine wirtschaftliche Alternative zum Punktschweißen ist das »Radial-/Taumelclinchen«, eine neue Form des Durchsetzfügens. »Es kommt mit bis zu 90 Prozent weniger Kraft aus und schafft Verbindungen gleich guter oder sogar besserer Qualität als herkömmliche Clinchverfahren«, konnten seine Erfinder Jochen Spingler und Dr. Johannes Wößner in Versuchen belegen. Die geringen Fügekräfte machen es möglich, leichtere Werkzeuge mit größerer Ausladung zu bauen. Davon profitiert sowohl die flexible manuelle Fertigung als auch die automatisierte mit Robotereinsatz an Großbauteilen. Manuelle Fügeeinrichtungen macht das geringere Gewicht leichter handhabbar. Beim Robotereinsatz werden großformatige C-Rahmen möglich. Anstelle der bislang beispielsweise in der Automobilindustrie üblichen stationären Pressen erlauben sie eine wesentlich flexiblere Prozessgestaltung.

Beim Clinchen sind vergleichsweise hohe Fügekräfte erforderlich - ca. 40 - 50 kN pro Punkt beispielsweise bei den derzeitigen Serienanwendungen in der Automobilindustrie. Die Verbindung zwischen den beiden Blechen entsteht durch einen lokalen Umformvorgang. Ein Stempel drückt das Blech in die zugehörige Matrize, wodurch eine druckknopfähnliche Verbindung entsteht. Dabei spielt es keine Rolle, ob die Bleche beschichtet oder oberflächenbehandelt sind, unterschiedliche Dicken haben, aus unterschiedlichen Materialien (z. B. Stahl und Aluminium) sind, oder ob eine Zwischenlage aus Folie oder Papier erforderlich sein sollte. Beim herkömmlichen Clinchverfahren wird der Stempel geradlinig in die Bleche gedrückt. Das Taumelclinchen nutzt die spezifische Stempelkinematik von Taumel- bzw. Radialfügepressen. »Der Fügestempel kann sich auf einer kreisförmigen Bahn oder mit einer abweichenden Kinematik bewegen, z. B. in einer Rosettenbewegung«, erklärt Wößner. Die Stempelbahn führt dabei stets über die Mitte des Fügepunkts, ohne dass der Stempel um die eigene Achse rotiert. Durch die deutlich kleinere Umformzone wirkt auf den Stempel ein vergleichsweise geringe axiale Kraft. Sie ist um 70 - 90 Prozent geringer als beim konventionellen Clinchen.

Die abwälzende Bewegung des Fügestempels formt das Blech im Bereich der Kontaktfläche des Stempels so um, dass der Fügeteilwerkstoff entsprechend der Matrizenform fließt. D. h. der Werkstofffluss findet sowohl in axialer als auch in radialer Richtung statt. Im Fügeelement entsteht ein Hinterschnitt, der die Verbindung extrem belastbar macht. Die derzeit mit dem Taumelclinchen erreichbaren Haltekräfte sind mit den Haltekräften der konventionell hergestellten Clinchpunkte vergleichbar, wenn nicht besser: »Wegen der geringeren Kaltverfestigung des Blechmaterials in der Umformzone im Vergleich zum konventionellen Clinchen kann man bei Taumelclinchpunkten von einer höheren Energieaufnahmefähigkeit und somit von einem günstigeren Crash-Verhalten ausgehen«, ist sich Wößner sicher.

Die ersten im Vorfeld gewonnenen Erkenntnisse zu Grunde legend, geht er außerdem davon aus, dass sich das »Radial-/Taumelclinchen« selbst bei größeren Blechdicken einsetzen lässt. Das betrifft insbesondere den LKW- und im Schienenfahrzeugbau. Hier müssen überwiegend Bleche mit Gesamtdicken von über sechs Millimetern verarbeitet werden. Das wirtschaftlichere Taumelclinchen könnte in vielen Fällen die teuren Schraub-, Niet- und Schweißverfahren ersetzen. Auch bei der Anwendung neuer Werkstoffe und Werkstoffkombinationen für den Leichtbau eröffnet dieses Verbindungsverfahren neue Möglichkeiten. Durch seine speziellen Bewegungen legiert der Stempel bei gewaschenem Aluminium nicht an und die partielle Werkstoffumformung erlaubt es, selbst spröde Materialien zu clinchen. Und nicht nur die: Viele höherfeste Materialien und Edelstahl werden durch die partielle Umformung überhaupt erst serientauglich clinchbar.


Ihre Ansprechpartner für weitere Informationen:
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA
Dr.-Ing. Johannes Wößner, Telefon: 0711/970-1585, Telefax: 0711/970-1006, E-Mail:  jfw@ipa.fhg.de
Dipl.-Ing. Jochen C. Spingler, Telefon: 0711/970-1202, Telefax: 0711/970-1006, E-Mail: jos@ipa.fhg.de

Dipl.-Ing. Michaela Neuner | idw

Weitere Berichte zu: Blech Fügekräfte Stempel

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe
14.08.2018 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Europaweit einzigartiges Forschungszentrum geht an den Start
14.08.2018 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Zukünftige Informationstechnologien: Wärmetransport auf der Nanoskala unter die Lupe genommen

21.08.2018 | Physik Astronomie

Bedeutung des „Ozeanwetters“ für Ökosysteme

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics