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Pressemeldungen

Fachartikel in BLECH 03/2014

Neues RND light Nietmutternsystem von Profil Verbindungstechnik:
Gewichts- und Kosten-Diät

Von Lothar Handge

Im Automobilbau spielt das Fahrzeuggewicht bei der Reduzierung des Verbrauches eine wichtige Rolle. Das neue RND light Nietmutternsystem der PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG, Friedrichsdorf, ermöglicht im Vergleich zum bisherigen RND-System eine deutliche Gewichtseinsparung bei gleichen Festigkeitseigenschaften. Die neuen Nietmuttern sind zudem kostengünstiger. In Verbindung mit automatisierten Rüst- und Fertigungsabläufen werden hochflexible und wirtschaftliche Prozesse realisiert.

Angeregt durch die in der Automobilindustrie derzeit aktuellen Themen Leichtbau sowie Gewichts-, Kosten- und CO2-Reduzierung hat man bei der PROFIL Verbindungstechnik GmbH & Co. KG aus Friedrichsdorf das RND-Nietmutternsystem auf Verbesserungspotenzial untersucht. Arndt Pohl, Leiter Vertrieb Inland bei PROFIL: „Das Ziel war, die neue Nietmutter so klein und leicht wie möglich zu gestalten, ohne Abstriche in Bezug auf die Festigkeit im Blech zu machen.“ Bei der neuen RND light sind zusätzliche Rippen am Nietabschnitt angebracht, die sich beim Verpressen in das Material drücken und damit das Drehmoment sichern. Arndt Pohl dazu: „Mit diesem Konzept ist es uns gelungen, den Durchmesser der Muttern zu reduzieren und die herausragenden Eigenschaften der RND-Standardmutter nahezu vollständig auf die RND light zu übertragen.“

So lassen sich mit dem neuen RND light Nietmutternsystem gegenüber dem bisherigen RND-System bis zu 53 % Gewicht pro Verbindungselement einsparen, ohne Einbussen bei den Festigkeitseigenschaften im Blech hinnehmen zu müssen und das bei Kosteneinsparungen bis zu 25 % - abhängig von der Mutterngröße sowie der Oberflächen- und Wärmebehandlung. Die RND light ist in den Ausführungen M6, M8, M10 und M12 verfügbar und wird auf intensiver Kundennachfrage zukünftig auch in M5 angeboten werden. Mit zunehmender Größe steigt der Gewichtsvorteil gegenüber einer Standard RND von ungefähr 30 % bei der M6 auf rund 50 % bei der M10 und M12. Die damit verbundene Materialeinsparung macht sich auch im Preisgefüge bemerkbar: Es liegt, so Arndt Pohl „aufgrund der hohen Materialeinsparungen im Kostenbereich heutiger Stanzmuttern.“

Die neue leichte RND (die Abkürzung steht für „runde Nietmutter für hohe dynamische Belastungen“) ist auch werkstoffseitig äußerst vielseitig einsetzbar: Das Anwendungsspektrum reicht von Stahl, hochfesten Stählen und Edelstählen über NE-Metalle wie Aluminium bis hin zu oberflächenbeschichteten Blechen und Verbundwerkstoffen.

Dynamisch und statisch hoch belastbar

Die RND light wird in vorgelochte Blechteile eingenietet. Dabei wird das Blechformteil zwischen dem Flansch der Mutter und dem Nietabschnitt sowohl kraft- als auch formschlüssig befestigt. Auf diese Weise entsteht eine in Zug- und Druckrichtung dynamisch und statisch hoch belastbare Verbindung, ohne das Blechformteil zu schwächen. Weitere generelle Vorteile der Nietmutter sind hohe Ausknöpfmomente sowie hohe Verdreh- und Durchzugswiderstände. Darüber hinaus gibt es keine Gefügeveränderungen im Blechformteil und keine Funktionsbeeinträchtigung durch Schweißspritzer wie sie bei thermisch gefügten Verbindungselementen entstehen.

Bei der Entwicklung der RND light wurden in umfangreichen Testreihen die statischen und dynamischen Eigenschaften untersucht. Die RND light wurde dabei mit Standard-Nietmuttern, Stanzmuttern und Schweißmuttern bei unterschiedlichen Blechdicken und Blechwerkstoffen verglichen. Ob Drehmomentwerte, Ausdrückkräfte oder die Ergebnisse aus dem dynamischen Scherzug: „Überall liegt die RND light deutlich über den Anforderungen“, resümiert Dr.-Ing. Richard Humpert, Leiter der Entwicklung.

Für die Kunden aus der Automobilindustrie unabdingbar: die Nietmutter muss für Gewindeeinsätze geeignet sein. Bei dieser Reparaturlösung werden beschädigte Gewinde mit einem größeren Gewindebohrer aufgebohrt und anschließend gehärtete Gewindeeinsätze eingedreht. Durch das Aufbohren wird die Wanddicke zwar reduziert, doch kommt es nicht zu einem Festigkeitsverlust. Vielmehr werden auch nach der Reparatur mit Helicoil-Gewindeeinsätzen die erforderlichen Drehmoment- und Ausdrückwerte sicher erreicht.

Im Vergleich zu Stanzmuttern sind die leichten Nietmutter bei kleinerem Durchmesser und vergleichbarem Gewicht in einem deutlich größeren Blechdickenbereich verwendbar. Während bei stark differierenden Blechdicken zwei unterschiedlich große Stanzmuttern erforderlich sind, reicht bei den Nietmuttern eine Größe, meint Dr.-Ing. Richard Humpert: „Mit einer RND light lässt sich ein Blechdickenbereich von 0,5 bis 3 mm abdecken.“

Individuelle Anlagenkonzepte

Die ersten Serienanwendungen für das neue Nietmutternsystem wurden bei BMW und im VW-Konzern realisiert. Bei beiden Automobilherstellern ist die Nietmutter als Standard-Verbindungselement mit einer Normnummer belegt worden. BMW setzt die RND light bereits in einigen Fahrzeugtypen und plant den Serieneinsatz auch bei kommenden Generationen.

Wesentlicher Bestandteil des RND light Systems sind die dazu gehörende Verarbeitungstechnik wie Sortier- und Fördergeräte. Wie andere Nietmuttern lassen sie sich manuell, halbautomatisch oder vollautomatisch verarbeiten. Arndt Pohl weiter: „Neben standardisierten Anlagen bietet PROFIL maßgeschneiderte Systemlösungen für den Einsatz im Presswerk oder im Rohbau an, die eine optimale Wirtschaftlichkeit gewährleisten.“

Von herausragender Bedeutung bei der Verarbeitung ist die Prozesssicherheit und Verfügbarkeit der Anlagen. Besonders wenn die Muttern bei auf Großpressen mit ihren enorm hohen Stundensätzen in die Bleche eingebracht werden, spielt die Zuverlässigkeit eine außerordentlich wichtige Rolle, weiß Arndt Pohl: „Diesbezüglich spielen wir in der ersten Liga.“

Das wirtschaftlichste Verfahren beim Einpressen von Nietmuttern und anderen umformtechnisch befestigten Verbindungselementen ist bei Groß- und Mittelserien die automatische Verarbeitung. Dabei bietet das mechanische Fügen den Vorteil, den Fügevorgang in das Presswerkzeug integrieren zu können. Daraus resultieren neben einer hohen Prozesssicherheit auch enge Lagetoleranzen der Verbindungselemente im Blechteil.

Bei der automatischen Verarbeitung in Folgeverbundwerkzeugen oder Transferwerkzeugen werden die Verbindungselemente mit einem mehrkanaligen Sortier- und Fördergerät pneumatisch über Schläuche in die - im Blechumformwerkzeug integrierten - Stanzköpfe transportiert. Mit jedem Stößelhub werden ein oder mehrere Verbindungselemente im Blech befestigt und so fertig bestückte, einbaufertige Teile erzeugt.

Allerdings ist die Integration der Fügetechnik in den Pressvorgang ein komplexer Prozess, der viel Know-how und eine enge Zusammenarbeit zwischen den Beteiligten voraussetzt. Arndt Pohl dazu: „Hier haben wir den Vorteil, das wir als Systemlieferant neben den Verbindungselementen auch die erforderliche Automatisierungstechnik, den Service sowie die Entwicklungs- und Verarbeitungskompetenz zur Verfügung stellen können“.

Auch für Servopressen geeignet

Automobilhersteller wie BMW, Daimler und Audi verarbeiten bereits die RND Standard-Nietmuttern in mechanischen Transferpressen. Unter anderem erreichen die Automobilhersteller damit eine Produktivitätserhöhung im Presswerk sowie die Reduzierung des Lagerplatzes für Fertig- und Halbfertigteile. Die neuen RND light Nietmuttern können wie alle anderen Elemente aus dem Haus PROFIL auch auf modernen Servopressen verarbeitet werden, die schneller und damit produktiver sind als mechanische Pressen. „Unsere Verarbeitungstechnik ist für bis zu 70 Hüben/min auf den Servopressen ausgelegt“, unterstreicht Arndt Pohl.

Stand der Technik ist in der Automobilindustrie heute die Integration der Automatisierungstechnik auf den Werkzeugwechselwagen der Pressen. Auf diese Weise ist es möglich, außerhalb der Presse vorzurüsten, also das komplette Werkzeug mit den Stanzköpfen einschließlich der Sortier- und Fördergeräte betriebsfertig bereit zu stellen. Solche Konzepte zum schnellen automatischen Umrüsten ermöglichen eine maximale Flexibilität und Produktionssicherheit bei einer sehr hohen Ausbringung.

Wie die Integration der Fügetechnik in den Pressvorgang ist auch das automatische Rüsten eine individuelle Lösung, bei der es eine Vielzahl unterschiedlicher Einflussgrößen zu beachten gilt. Die Art der Werkzeuge - Folgeverbundwerkzeuge, Stufen- oder Transferwerkzeugsätze – gehört ebenso dazu wie der Blechwerkstoff, die Zuführungsrichtung sowie Anforderungen an die Muttern-/Bolzen-Blechverbindung. Hinzu kommen die Platzverhältnisse und Rüstzeiten in den Presswerken sowie die Materialfestigkeiten der Blechwerkstoffe.

Individuell für jede Anwendung ausgelegt ist auch die Kommunikation der Sortier- und Fördergeräte mit der Pressensteuerung. Dazu werden die Geräte untereinander mit Hilfe einer Datenbus-Leitung verbunden, damit sie miteinander und mit der Pressensteuerung kommunizieren können. Über Initiatoren im Stanzkopf wird beispielsweise abgefragt, ob eine Mutter form- und lagerichtig vorhanden ist - nur dann wird eine Pressenfreigabe erteilt. Andererseits ist auch gesichert, dass keine Mutter zugeführt wird, wenn kein Blechteil in der Einnietstation liegt oder ein Bauteil in der Station liegen bleibt. Ferner darf kein Bauteil die Presse verlassen, bei dem eine Mutter fehlt. Das Sicherungssystem gewährleistet so, Ausschuss oder Werkzeugbruch sicher zu vermeiden.

PROFIL-Geschäftsführer Dr. Frank Grunow ist zuversichtlich, dass sein Unternehmen auch zukünftig seine führende Rolle in der Verbindungstechnik mit neuen Produkten weiter ausbaut. „Alle Automobilhersteller arbeiten an neuen Leichtbaukonzepten, alternativen Werkstoffen und Antrieben. Mit unserer Verarbeitungstechnik und den Verbindungselementen können wir auf die damit verbundenen Fragen die Antworten geben.“ So werden zukünftig neue Leichtbaukonzepte Wachstumspotenziale nicht nur bei den Premium-Herstellern, sondern mehr und mehr auch bei den Massenherstellern eröffnen. Denn: „Mit dem neuen Nietmutternsystem bieten wir den Automobilherstellern eine Lösung an, die einerseits alle Anforderungen erfüllt und andererseits Kosten und Gewicht spart“.

Autor Lothar Handge ist freier Fachjournalist in Velbert.

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