Grundlegende Untersuchungen zur Eignung des Stanznietens zum Verbinden von Aluminiumwerkstoffen

Die Ausbildung des Fügeelementes wird im wesentlichen durch die Teilprozesse Einsenken, Schneiden, Spreizen und Stauchen charakterisiert, deren Ablauf durch die die Anpassung der Systemkomponenten gezielt beeinflußt werden kann.

Das Hilfsfügeteil (Halbhohlniet) hat mit seinen stofflichen und geometrischen Eigenschaften den dominanten Einfluß auf das Fügeergebnis. Die Anpassung von Halbhohlniet und Matrize auf die Fügeaufgabe muß so erfolgen, daß das Überschreiten des Grenzformänderungsvermögens des Fügeteil- und/ oder Nietwerkstoffes und die damit verbundene Rißbildung vermieden wird.

Das saubere Durchtrennen der stempelseitigen Blechlage wird erreicht, wenn die zur Verfügung stehende Niederhalterkraft das Nachfließen von Werkstoff in die Fügezone vermindert und der zentrische Kegelstumpf der Matrize das Fügeteil so abstützt, daß nur eine geringe Einsenkung von Fügeteilwerkstoff in die Gravur der formgebenden Matrize auftritt. Die ballige Gestaltung des zentrischen Kegelstumpfes unterstützt die Aufspreizung des Nietfußes und ermöglicht das Nachfließen von Werkstoff der matrizenseitigen Blechlage vom Kern in den Randbereich des Schließkopfes, so daß der Halbhohlniet vollständig vom Blechwerkstoff umschlossen wird.
Eine hohe Reproduzierbarkeit der Ergebnisse wird über eine wegabhängige Steuerung (Stempelweg) des Fügevorganges erreicht.

Der Einsatz von Nietsetzeinrichtungen mit Kompensation bzw. Minimierung der Kippungs- und Vesatzfehler erbringt eine signifikante Verbesserung der Verbindungsqualität.

Weiterhin ist es unumgänglich, die Streubreite der Fertigungsrandbedingungen (z.B. Oberflächenzustand der Fügeteile, Betriebsverhalten der Krafterzeugungseinrichtung) einzugrenzen, da beispielsweise unterschiedliche Befettungszustände der Fügeteiloberfläche einen Abfall der Maximalkraft im Scherzugversuch von bis zu 25% verursachen können.
Bei angepasster Prozeßgestaltung lassen sich Aluminiumbleche und -profile in reproduzierbarer Fügequalität rationell verbinden.

Die Stanznietverbindung zeichnet sich durch geringe Bauteilbeeinflussung (hinsichtlich Wärmeeintrag), Mediendichtheit und im Vergleich zum Widerstandspunktschweißen durch eine enorm hohe dynamische Belastbarkeit aus.

Um weiterführende Aussagen zur Prozessgestaltung beim Stanznieten von Aluminiumwerkstaften treffen zu können, ist die Anwendung statistischer Methoden der Versuchsplanung und -auswertung erforderlich. Nur so können die Vielzahl der Einflußfaktoren und ihre Wechselwirkungen komplex analysiert und eine umfassende Optimierung des Stanznietverfahrens realisiert werden.