Es werde leicht

Die Autoren: Dr.-Ing. Torsten Draht ist Projektmanager Forschung & Entwicklung; Jennifer de Backer Produktmanagerin Rivtac der Böllhoff Gruppe, Bielefeld

Für das Auto der Zukunft existieren die unterschiedlichsten Denkansätze. Einer stammt aus der Feder der Edag-Gruppe, einem Entwicklungspartner der Automobilindustrie: Mit der Studie „Light Car – Open Source“ sollte ein Blick in die automobile Zukunft geworfen werden: auf neue Werkstoffe, neue Antriebs-, Innenraum- und Lichtkonzepte – aber auch auf zukunftsorientierte Verbindungstechnologien.

Mit an Bord des elektrogetriebenen Light Car ist auch die Böllhoff-Gruppe mit dem Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen „Rivtac“. Und das hat gute Gründe:

Das Automobil der Zukunft wird wesentlich durch den Einsatz einer Vielzahl von Werkstoffen und Materialkombinationen oftmals in flexibler Profilbauweise geprägt sein. Dabei stoßen die traditionellen Verbindungsverfahren schnell an technische oder wirtschaftliche Grenzen.

Vor diesem Hintergrund hat Böllhoff mit Rivtac ein neues mechanisches Fügeverfahren entwickelt, bei dem ein nagelähnliches Hilfsfügeteil auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und in die nicht vorgelochten Fügeteile eingetrieben wird. Dabei verdrängt der spitze Setzbolzen den Werkstoff, ohne dass ein Butzen entsteht. 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. Wichtige Voraussetzung für das Hochgeschwindigkeitsfügen: Die Fügeteile müssen über eine ausreichende Steifigkeit verfügen, damit sie den Eindringimpuls des Bolzens ohne große Verformungen aufnehmen können.

Weil im Karosseriebau der Anteil geschlossener Profile kontinuierlich steigt, wächst auch das Interesse an Rivtac. So sind beim Light Car rund 400 Rivtac-Bolzen eingesetzt worden. Schließlich basiert das Zukunftsauto auf einem Profilrohrrahmen aus Stahl und Aluminium, der mit Bauteilen aus Aluminium und faserverstärkten Kunststoffen beplankt ist. Besondere Herausforderung dabei: 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.

Beim Hochgeschwindigkeitsfügen lassen sich sogar hochfeste Teile und Profile von über 1000 MPa Festigkeit oder auch Mehrlagenverbindungen prozesssicher verbinden, und zwar mit ausgesprochen guten Festigkeitseigenschaften. Dies zeigte auch 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 er nur bei 3,23.

Zudem lässt sich das Bolzensetzen 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 deutlich unter 1 s liegt. Damit ist das Verfahren um ein vielfaches schneller als beispielsweise das Direktverschrauben.

Böllhoff arbeitet zielgerichtet weiter für diesen Trend des Hochgeschwindigkeitsfügens und sieht sich für einen breiten Einsatz bestens gerüstet. Bereits heute hat das Unternehmen die notwendigen Werkzeuge für robotergeführte Automationsanlagen entwickelt und ist bereit für den zukünftigen Serieneinsatz bei innovativen Karosseriebauweisen.

Böllhoff; Telefon: 0521 4482-05; E-Mail: fat@boellhoff.com

Der Bolzen trifft mit hoher Geschwindigkeit auf die zu fügenden Bauteile und durchdringt die Werkstoffe beider Bauteile. Aufgrund der kurzfristigen Temperatursteigerung in der Fügezone und der dadurch verbesserten Fließfähigkeit kann der Fügeteilwerkstoff in die Rändelungen am Bolzenschaft verdrängt werden, wodurch ein hoher Formschluss erzielt wird. Gleichzeitig wird insbesondere bei höherfesten Stahlwerkstoffen aufgrund der Verpressung und Stauchung des Werkstoffs ein Kraftschluss erzielt.