Mercedes-Benz setzt das Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen von Böllhoff als erster Automobilhersteller in einer Serie ein, der SL-Klasse. Dabei durchdringt der Setzbolzen in weniger als 1 s die Werkstoffe und stellt Kraft- und Formschluss her. Der Einsatz in weiteren Baureihen soll folgen.
Bei der Entwicklung des neuen Mercedes SL spielte die Gewichtsreduzierung zur Verringerung des Kraftstoffverbrauches eine elementare Rolle. Das Ergebnis: Der neu entwickelte Voll-Aluminium-Rohbau SL ist rund 110 kg leichter als ein vergleichbarer Stahlrohbau, wie Daimler mitteilt. Das Modell hat 2012 den EuroCarBody Award gewonnen. Eine Auszeichnung, die alljährlich für herausragende Entwicklungen von Rohkarosserien vergeben wird.
Die neue Konstruktion stellte insbesondere durch die Profilbauweise auch für die Fügetechnik eine Herausforderung dar, teilt Böllhoff mit: Zu verbinden sind funktionsoptimierte Kokillen- und Druckgussbauteile sowie Strangpressprofile und zum Teil Bleche aus Sekundäraluminium.
Eine Herausforderung für die Verbindungstechnik
Zum einen sollen die häufig wärmebehandelten Profile wärmearm gefügt werden, damit die Werkstoffeigenschaften erhalten bleiben. Zum anderen sind die Bauteile in der Regel nur einseitig zugänglich. Darüber hinaus sollen moderne Fertigungskonzepte nach Möglichkeit mit nur einem Arbeitsgang – ohne Vorlochen – auskommen.
Hier sind mechanische Fügeverfahren gefordert, die nur eine einseitige Zugänglichkeit zur Fügestelle benötigen. Traditionelle Verfahren stoßen bei einseitiger Zugänglichkeit nach dem gegenwärtigen Stand der Technik an Grenzen. Anders beim Rivtac-Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen. Bei diesem innovativen mechanischen Fügeverfahren wird ein nagelähnliches Hilfsfügeteil, der Setzbolzen, auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt und in die nicht vorgelochten Fügeteile eingetrieben.
Dabei verdrängt die speziell geformte Spitze des Setzbolzens das Material, ohne dass ein Butzen entsteht. Die Verbindungsfestigkeit im unteren Fügeteil wird durch eine Kombination der Haltemechanismen Kraft- und Formschluss erreicht. Nach Angaben von Böllhoff resultiert dies zum einen aus der Rückstellkraft des verdrängten Materials und zum anderen fließt der lokal erwärmte Werkstoff in die Schafträndelung des Rivtac-Setzbolzens.
Wichtige Voraussetzung zur Anwendung dieses Verfahrens ist eine ausreichende Steifigkeit der Fügeteile, damit diese den Eindringimpuls des Setzbolzens ohne große Verformungen aufnehmen können. Hier lassen sich auch hochfeste Werkstoffe von über 1000 MPa Festigkeit oder auch Mehrlagenverbindungen prozesssicher verbinden, und zwar mit ausgesprochen guten Festigkeitseigenschaften, wie die Bielefelder Verbindungstechnik-Spezialisten versichern.
Mercedes-Benz setzt das neue Rivtac-Hochgeschwindigkeits-Bolzensetzen nun als weltweit erster Automobilhersteller ein.
Erprobung im Vorfeld erfolgte mit 160 000 Fügeprozessen
Die Technologiefreigabe im Center Produktions- und Werkstofftechnik erfolgte nach einem 9-monatigen Betriebsversuch in der aktuellen E-Klasse. Schwerpunkte wie Verfügbarkeit unter Dauerbelastung sowie die permanente Prozessüberwachung wurden mit 160 000 Fügevorgängen ausgiebig erprobt und so die Serientauglichkeit bestätigt. Das Verfahren erfüllt somit die Anforderungen moderner Fertigungskonzepte.
Die neue Fügetechnik wird im Bereich des Heckwagens des aktuellen SL eingesetzt, um den Aluminiumheckboden mit dem Heckrahmen zu verbinden. Der Heckwagen wird mittels Roboter in einer Vorrichtung innerhalb der Fertigungszelle fixiert, das Setzwerkzeug durch die Zustelleinheit bis zum Bauteilkontakt ausgefahren und der Fügeprozess ausgelöst. Die Rivtac-Setzbolzen werden durch ein spiralförmiges Magazin bereitgestellt.
Darüber hinaus kommt Klebstoff zum Einsatz. Kein Problem für Rivtac, es lässt sich sehr gut mit der Klebetechnik verbinden: Die hohe Geschwindigkeit sowie die kurze Fügezeit von deutlich unter 1 s, mit der der Setzbolzen die Werkstoffe durchdringt, verhindern, dass sich der Klebstoff unkontrolliert verteilen kann. Die Online-Prozessüberwachung wertet den Fügeprozess und das Fügeergebnis aus und visualisiert die Daten auf der Benutzeroberfläche eines Bedienrechners.
Bei der Daimler AG heißt es, dass das Verfahren aufgrund seiner Wirtschaftlichkeit und Flexibilität künftig für weitere Baureihen in der Mercedes Car Group eingesetzt wird.
Angekündigt wurde der Serieneinsatz dieses Fügeverfahrens bereits auf dem Böllhoff-Fachkolloquium im November 2011 von Dr.-Ing. Michael Zürn von der Daimler AG. Zum Kolloquium lädt Böllhoff regelmäßig in seine „Welt der Verbindungen“ ein, eine Gelegenheit für den fachlichen Gedankenaustausch innerhalb der Fügetechnik-Branche. os
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