Stanznieten – am Gehäuse so effektiv wie am Pkw

Ralf Pilgrim ist Geschäftsführer der Henrob GmbH in Herford

Das Stanznieten entfaltet seine Vorteile in den unterschiedlichsten Anwendungen. Alu-Koffer, Verkehrsschilder und Waschmaschinen gehören ebenso dazu wie der Innenausbau von Kleintransportern oder die Pkw-Großserie. Das Stanznieten ist schnell und damit kostengünstig. Es führt zu hochfesten Verbindungen, selbst unter dynamischer Belastung. Eine Reihe von Anwendungsbeispielen macht dies deutlich:

Bei Aluminiumkoffern und Transportbehältern bieten die Stanzniete optisch ansprechende Verbindungen, die ohne Voroperationen erzeugt werden können. Auch Funktionsschichten wie Pappe oder Kunststoffe lassen sich einfügen, falls gewünscht. Bei Verkehrsschildern bleibt die Oberfläche (einseitig) bündig, eine Vor- oder Nacharbeit entfällt. Und beim Einbauen von Regal- und Schranksystemen in Werkstatt- oder Paketdienst-Fahrzeuge kann der Monteur flexibel mit variablen Blechdicken arbeiten. Nutzt er ein magaziniertes System, muss er dazu nur den Stanzniettyp wechseln. Einen weiteren Vorteil schätzen die Hersteller weißer Waren: Mit Stanznieten lassen sich auch vorbeschichtete Werkstoffe verbinden.

Nietverbindungen entstehen im allgemeinen dadurch, dass die Nietelemente in vorgestanzte oder vorgebohrte Löcher in den zu verbindenden Bauteilen gesteckt werden, um dann gestaucht (Vollniete) oder gezogen (Blindniete) zu werden. Beim Stanznieten entfällt das Übereinanderbringen von Lochbildern. Der Stanzniet selbst schafft die Verbindung. Als Halbhohlniet ausgebildet, durchstanzt er zunächst die oberen Werkstücklagen, spreizt sich in der unteren Werkstücklage auf und bildet damit eine form- und kraftschlüssige Verbindung. Auch mehrlagige Verbindungen sind möglich, ebenso das Fügen höherfester Stähle. Fügen lassen sich damit auch kombinierte Werkstoffe (beispielsweise Stahl-Aluminium), beschichtete Materialien sowie Sandwichkonstruktionen (wobei hier Kompromisse bei der Fügepunkt-Qualität zu schließen sind).

Eine Grundvoraussetzung für das Stanznieten ist, dass die Bauteile beidseitig zugänglich sind und im Fügebereich eine ausreichende Duktilität besitzen. Damit eine optimale Verbindung entsteht, müssen der Stanzniet und die gerätetechnische Ausrüstung auf den jeweiligen Einsatzfall abgestimmt werden, wobei die Auswahl des geeigneten Stanzniet üblicherweise direkt durch eine Bemusterung am Anwenderbauteil erfolgt.

Die Stanzniete unterscheiden sich insbesondere hinsichtlich

Die Auslegung sollte der Anwender zusammen mit dem Systemanbieter vornehmen. Die Henrob GmbH, Herford, kann hier auf eine weite Palette an Standardkomponenten zurückgreifen und anwenderspezifische Lösungen realisieren. Die Bandbreite der Systeme reicht dabei von der manuellen Handzange für kleinste Stückzahlen bis hin zum vollautomatisierten System, zum Beispiel integriert in eine Roboterzelle oder Fertigungslinie. Im Wesentlichen besteht ein System aus den Komponenten

Das Setzwerkzeug drückt den Stanzniet in die zu fügenden Werkstücke. Abhängig von der Antriebsart stehen unterschiedliche Hübe und Abmessungen zur Verfügung.

Ein hydraulischer Antrieb des Fügeprozesses bietet sich immer dort an, wo die Werkzeuge handgeführt werden und durch die Hydraulik kein Umweltschutz- oder Sicherheitsproblem entsteht. Oft kommen hydraulische Systeme auch in Kombination mit Robotern zum Einsatz. Sie sind doppelt wirkend und treiben den Vor- und Rückhub des Zylinders an, bei Bedarf mit integriertem einstellbaren Niederhalter. Das patentierte Prinzip des hydraulischen Niederhaltens verbessert die Qualität des Fügeergebnisses vor allem bei dünneren Werkstoffen und Aluminium.

Der Elektroantrieb hat gegenüber der Hydraulik den deutlichen Vorteil, dass er ein „sauberer“ Antrieb ist, sich über Wechselsysteme noch einfacher am Roboter andocken lässt und zudem das Implementieren der steuerungstechnischen Parameter erleichtert.

Die C-Rahmen müssen in der Regel sehr steif konzipiert werden, weil beim Fügen nicht unerhebliche Kräfte aufzubringen sind und die Teile beidseitig zugänglich sein müssen (wobei auch Vorrichtungen und Spanner im Umfeld der Fügestelle zu berücksichtigen sind). FEM-Kalkulationen unterstützen die optimale geometrische Gestaltung des jeweiligen C-Rahmens. Neben dem Standardprogramm gibt es selbstverständlich auch die Möglichkeit, den C-Rahmen individuell auszulegen, bezogen auf die jeweilige Fügeaufgabe.

Für die Zuführung gibt es unterschiedliche Lösungen. Die Stanzniete können unabhängig vom Antrieb auf einem Gurtband magaziniert oder lose als Schüttgut verarbeitet werden.

Das Standard-Magazinband benötigt keine externen Antriebe, um die Stanzniete zu fördern. Transportiert werden die Magazinbänder vielmehr durch einen Bandvorschub, der in den Kopf des Setzwerkzeuges integriert ist und durch die Stempelbewegung initiiert wird. Dieses seit Jahren bewährte und patentierte System bietet sich insbesondere bei der manuellen Anwendung an. Es ist gekennzeichnet durch Robustheit und einfachste Funktionsweise.

Das Sprocket Feed Magazinband kommt immer dort zum Einsatz, wo Stanzniete automatisiert gesetzt werden. Ein externer Pneumatikmotor fördert die Stanzniete, was zu einer erhöhten Prozesssicherheit im Vergleich zum Standardantrieb führt. Hingegen bietet sich das lose Zuführen mit dem System Rivtrans dort an, wo in der Großserienfertigung über längere Zeitraum nur eine Nietgeometrie verarbeitet wird. Da der Gurtbandwechsel entfällt, reduziert sich der logistische Aufwand. Jedoch steigt die Anlagenkomplexität.

Überwachen lassen sich die qualitätsrelevanten Prozessparameter auch von übergeordneten Systemen aus, wofür die Prozessüberwachung Rivmon sorgt.

Roboter können auch mit mehreren Stanznietzangen arbeiten. Zu diesem Zweck sind spezielle Wechselsysteme für das Zangendocking vorgesehen.

Das hohe Potenzial des Stanznietens – im Blick auf Kosteneinsparungen und technologische Vorteile – belegt der Einsatz in der Automobilindustrie. Dort hat sich die Stanzniettechnik etabliert aufgrund der Möglichkeit zur Automatisierung, der hohen Festigkeiten (auch unter dynamischer Belastung) und aufgrund der Prozesssicherheit beim Verbinden von Aluminium, höherfesten Stählen und Hybridbauteilen. Die Anwendungen reichen dabei von einzelnen Hang-on-Teilen über bestimmte Fahrzeug-Segmente (wie Vorderbauten) bis hin zur gesamten Karosserie.

Mit Magazinband lassen sich kleine Losgrößen automatisiert stanznieten

Wer das Stanznieten als Alternative zu anderen Fügetechniken unter die Lupe nehmen will, hat dazu auf der Fachmesse Südblech die Gelegenheit (31. März bis 3. April in Sinsheim):

Die Henrob GmbH führt in Halle 6, Stand 6211, Stanznietsysteme und Anwendungsbeispiele vor und bietet kompetente Beratung sowie einen Fachvortrag im Ausstellerforum.