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Leichtbau trifft Crashsicherheit

Rund-Punkt-Blechverbindung für Front- und Heckklappe, Türen sowie B-Säulen des Audi TT
Leichtbau trifft Crashsicherheit

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Neue Werkstoffe und Werkstoffkombinationen im Automobilbau können nur dann wirtschaftlich eingesetzt werden, wenn es dafür auch geeignete sowie rationell anwendbare Verfahren zum Fügen und Verbinden gibt. Dies gilt besonders für Hybridlösungen wie beispielsweise Blechteile aus Aluminium und Stahl, aber auch für kombinierte Klebe- und Clinchverbindungen.

Spritsparen, Leichtbau, Crashverhalten und Komfort – das sind die konträren Themen, die im modernen Automobilbau unter eine „Haube“ gebracht werden müssen. Speziell die Bereiche Leichtbau und Crashverhalten stellen für die Konstrukteure eine große Herausforderung dar – bezüglich Fertigungsverfahren und Verbindungstechnik, aber auch hinsichtlich des engen Kostenrahmens, der natürlich im besonderen berücksichtigt werden muss.

Antworten auf diese technischen und kommerziellen Fragen gibt es zwar, doch nur wenige lassen sich am Ende in die Praxis überführen, weil sich zum Beispiel die verbindungstechnischen Probleme nicht zufriedenstellend, sprich prozesssicher und zugleich wirtschaftlich lösen lassen. Oft geht es darum, mit speziellen Technologien nicht nur die sichere Verbindung herzustellen, sondern auch höchste Bauteil- oder Baugruppen-Stabilität zu erzielen.
Stahlblech mit Stahlblech, dünne mit dicken Blechen, Standardbleche und hochfeste Bleche, Aluminium mit Stahlblech, verzinkte Bleche, Bleche mit und ohne Beschichtungen oder Folien zwischen Blechteilen – um Standard- oder Hybridbauteile aus solchen Werkstoffen und Werkstoffkombinationen in der Praxis effizient und zuverlässig herstellen zu können, braucht es mehr als nur die klassischen thermischen Füge- und Verbindungsverfahren. Selbst der (Fast-)alleskönner „Laser“ ist hier bisweilen deutlich überfordert, vor allem dann, wenn verschiedene Werkstoffe zu kombinieren sind oder wenn Beschichtung und Zwischenlagen nicht beschädigt werden dürfen (Korro- sion).
Als aktuell einzige Alternative bieten sich hier mechanische Verbindungsverfahren wie Schrauben, Nieten oder Clinchen (Druckfügen) an, zumal auch Kombinationen mit Klebstoffen und Zwischenlagen möglich sind, die einen sehr guten Materialverbund ergeben. Allerdings ist dann die Frage des Produktions- oder Montageaufwands immer noch nicht zufriedenstellend beantwortet, denn die Verbindungsverfahren Schrauben und Nieten geraten oftmals zu aufwändig und zu teuer.
Tox-Clinchen im Crash-Bereich von Pkw – eine technisch-wirtschaftliche Alternative
Vor solch einem Fragenkomplex standen auch die Konstrukteure der Audi AG in Neckarsulm, als es um die Entwicklung der neuen Generation des Sportcoupés Audi TT und um die Bestimmung der geeigneten Produktionseinrichtungen dafür ging. Auf Grund vieler sehr guter Erfahrungen bei anderen Baureihen wurde auch hier das flexible Tox-Blechverbindungsverfahren als Alternative in Erwägung gezogen und am Ende ausgewählt.
Das Blechverbindungsverfahren wird beim Audi TT an unterschiedlichsten Positionen eingesetzt, zum Beispiel an Front- und Heckklappe, an den Türen, sowie an der Seite innen im Bereich der B-Säule. Insgesamt findet diese Verbindungstechnik international im Automobil- und Fahrzeugbau breite Verwendung, nämlich in über 160 Bauteilen oder auch an vielen Stellen im Karosserie-Rohbau.
Im Fall des Audi TT verdient jedoch speziell die Verbindung der Seite innen im Aufbau 1 des Karosseriebaus stärkere Beachtung. Hier wird die B-Säule außen mit verschiedensten Blechbauteilen aus Aluminium und Stahl wie Radhaus außen, Säule B innen, Verdeckkasten (Roadster) und einem Schweller-Strangpressprofil aus Aluminium gefügt, und zwar in Kombination von Kleben und Tox-Clinchen. Dies geschieht in einer hochautomatisierten Produktionsanlage mit robotergeführten Clinchzangen.
Tox-Clinchen auch für Crash-relevante Karosseriebereiche
Besonders hervorzuheben ist die Tatsache, dass das Tox-Clinchen in allen automobilen Karosseriebereichen, also auch im sogenannten Crash-Bereich, eingesetzt wird. Der Ablauf gestaltet sich wie folgt: Die Baugruppe Seite innen – im Wesentlichen bestehend aus dem Dachrahmen seitlich, der Säule A außen und der Säule B außen – wird nach Auftrag des Klebstoffes und automatisiertem Einlegen in eine Portalvorrichtung dem Fahrzeugunterbau zugeführt. Nach geometrischer Ausrichtung durch die Portalvorrichtung findet in dieser Station die Fixierung der zu fügenden Bauteile statt. Die Anbindung an die Unterstruktur im Bereich der B-Säule geschieht dabei mittels Clinchen, wobei zwei Roboterzangen (je eine links/rechts) in der Portalstation die Geopunkte und zwei in der folgenden Station die restlichen Punkte setzen.
Der Clou des Tox-Verbindungs-Verfahrens ist in diesem Fall aber nicht nur die Möglichkeit, die Technologien Kleben und Clinchen miteinander zu vereinen. Den Ingenieuren von Tox Pressotechnik ist es auch gelungen, mit einer Werkzeugkombination insgesamt elf unterschiedliche Blechdickenkombinationen beim TT-Coupé und TT-Roadster zu fügen. Die sonst erforderliche Vielfalt an Zangen wird durch diese flexible Anwendung stark reduziert, womit Rüst- und Stillstandzeiten entfallen und die Produktivität quasi durchgängig gewährleistet ist. Verbunden wird ein gewaschenes Aluminiumblech der Dicke 1,3 mm mit Stahlblechen von 0,7 bis 1,0 mm Dicke, mit Aluminiumblechen zwischen 1,3 und 2 mm und schließlich mit einem 2 mm dicken Aluminium-Strangpressprofil.
Verbindungstechnologie und Roboterzangen anschlussfertig aus einer Hand
Tox Pressotechnik lieferte nicht nur die Blechverbindungstechnologie, sondern auch die Roboterzangen für die Aufnahme der Tox-Werkzeugsets, die elektromechanischen Antriebszylinder Electricdrive für die Kraft-/Hubbewegungen des Tox-Stempels und die CNC-Controller zur Steuerung der Antriebszylinder. Auch die Software dazu, die Prozessüberwachung, die Sprüheinrichtungen zum Besprühen der Werkzeuge und schließlich Ersatzwerkzeugsätze gehörten zum Lieferumfang. Die Roboterzangen wurden im Werk in Weingarten komplett und montagefertig installiert und die Audi AG erhielt somit eine durchgängige Lösung aus einer Hand.
Tox Pressotechnik;
Telefon: 0751/50 07-0;

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