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Fügetechniken für Kugelbolzen

Nieten vs. Taumeln, Schweißen oder Schrauben

In jedem Fahrzeug befindet sich eine Vielzahl an Funktionselementen, die erheblich zur Leistung und Sicherheit des Fahrzeugs beitragen. Ein gutes Beispiel dafür sind die Kugelbolzen, auch Kugelzapfen oder Nietzapfen genannt, die in Motorhauben, Heckklappen und Türscharnieren eingesetzt werden. Diese Verbindungselemente sind entscheidend für die ordnungsgemäße Funktion der genannten Fahrzeugkomponenten. Durch ihre hohe Belastbarkeit und Stabilität sollen sie auch unter extremen Bedingungen zuverlässig arbeiten. Deshalb ist die Wahl der richtigen Fügetechnik für Kugelbolzen von großer Bedeutung.

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Inhalt

  1. Fügeverfahren zur Verbindung von Kugelzapfen mit dem Karosserieblech
  2. Pressnieten von Kugelbolzen ist effektiver als Vertaumeln, Schweißen oder Schrauben
  3. Einsatzmöglichkeiten von Kugelzapfen
  4. Vorteile des Nietbolzens
  5. Kosteneinsparungen mit dem Nietzapfen
  6. Zusammenfassung
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Fügeverfahren zur Verbindung von Kugelzapfen mit dem Karosserieblech

In der Automobilindustrie werden verschiedene Fügeverfahren angewandt, um Kugelbolzen mit dem Karosserieblech zu verbinden. Dazu gehören das Taumelnieten, das Widerstandsschweißen und das Verschrauben. Eine Alternative hierzu, die sowohl Zeit als auch Kosten spart und trotzdem eine hohe Belastbarkeit des Kugelzapfens ermöglicht ist das Pressnieten.

Taumelnieten

Taumelnieten ist ein Fügeverfahren, bei dem der Kugelzapfen durch eine rotierende Bewegung in das Karosserieblech eingearbeitet wird. Bei diesem Prozess wird ein Taumelwerkzeug auf den Nietbund des Kugelbolzens aufgesetzt und unter Druck rotierend bewegt. Durch die kreisförmige bzw. elliptische Bewegung wird der Nietbund mechanisch verformt.  Das Material des Kugelbolzens umschließt das Blech und bildet eine dauerhafte Verbindung mit dem Bauteil.

Das Taumelnieten bietet den Vorteil, dass es ohne zusätzliche Hilfs- und Zusatzstoffe wie Klebstoffe oder Schweißmaterialien auskommt. Jedoch erfordert dieses Verfahren mehr Zeit und Ressourcen als z.B. das Pressnieten, da der Fügeprozess zwei Arbeitsschritte beinhaltet – Das Einsetzen des Kugelbolzens und das Vertaumeln.

Schweißen

Widerstandsschweißen ist ein Fertigungsverfahren, das Wärme nutzt, um die Komponenten miteinander zu verbinden.

Der Kugelzapfen wird zunächst auf das Karosserieblech aufgesetzt. Dann wird ein hoher elektrischer Strom durch das Verbindungselement und das Blech geleitet. Da der Widerstand in diesen Bereichen höher ist, erzeugt der Strom Wärme, die das Metall an der Kontaktstelle zum Schmelzen bringt. Sobald das Metall geschmolzen ist, wird ein hoher Druck ausgeübt, um die Teile miteinander zu verschmelzen. Nach dem Abkühlen bildet das geschmolzene Metall eine feste Verbindung zwischen dem Kugelbolzen und dem Blech.

Dieser Prozess ist relativ zeitintensiv und erfordert ein hohes Maß an Präzision. Zudem ist das Schweißen von Kugelzapfen mit Kosten für Geräte, Strom und Wartung verbunden.

Schrauben

Verschrauben ist die teuerste Option, da sie zusätzliche Arbeitsschritte und weitere Verbindungselemente, sprich eine Mutter pro Kugelbolzen, benötigt. In diesem Fügeprozess wird der Kugelzapfen in die Mutter geschraubt, die bereits mit dem Karosserieblech verbunden ist. Somit wird im ersten Schritt die Mutter auf dem Blech platziert und entweder durch Schweißen oder Einpressen mit dem Blech verbunden. Der Kugelbolzen wird anschließend in die befestigte Mutter eingeschraubt, wodurch eine feste und dauerhafte Verbindung zwischen Verbindungselement und Blech hergestellt wird.

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Pressnieten von Kugelbolzen ist effektiver als Vertaumeln, Schweißen oder Schrauben

Kugelbolzen zum Nieten bieten eine effiziente Alternative zu den zuvor erwähnten Methoden. Nietbolzen punkten mit ihrer kostengünstigen Montage durch den Wegfall von zusätzlichen Arbeitsschritten.

Der Installationsprozess des Nietbolzens ist einfach und effektiv. Der Kugelbolzen wird direkt beim Einführen ins Blech vernietet. Hierbei wird der Nietbund gegen eine Matrize gedrückt, so dass er sich verformt und eine breite Auflagefläche bildet.

Das Pressnieten schafft eine sehr feste, dauerhafte Verbindung, die hohen mechanischen Belastungen standhalten kann.

Der Bolzen kann je nach Ausführung eine hohe Auspresskraft erzeugen und in allen Belastungsrichtungen hohe Kräfte aufnehmen.

Der entscheidende Vorteil dieser Fügetechnik ist, dass die Montage des Kugelbolzens bereits während der Karosserieblechherstellung vollautomatisch unter der Presse ausgeführt werden kann. Der Installationsprozess wird dadurch verschlankt, da weitere Bearbeitungsschritte überflüssig werden. Dieser Prozess erfordert somit nur eine einzige Produktionsstufe, wodurch erhebliche Zeit-, Material- und Kostenersparnisse entstehen.

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Beispiel BPR-Nietkugelbolzen: Kosten im Vergleich - 1. Pressnieten 2. Taumelnieten 3. Schweissen 4. Schrauben
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Einsatzmöglichkeiten von Kugelzapfen

Kugelzapfen bieten eine sichere und effektive Methode zur Verbindung von Bauteilen, die Bewegung erfordern.

In der Automobilindustrie finden Sie Verwendung in Scharnierteilen, die sich unter dem Druck der Gasdruckfeder bewegen. Aufgrund ihrer hohen Belastbarkeit und geringen Platzanforderungen eignen sie sich ideal für solche Anwendungen.

Die Hauptfunktion von Kugelbolzen besteht darin, eine sichere und robuste Verbindung zwischen der Gasdruckfeder und dem beweglichen Teil, wie z.B. Klappe, Haube oder Tür zu schaffen. Kugelzapfen ermöglichen eine reibungslose Bewegung und absorbieren gleichzeitig die durch die Bewegung erzeugten Kräfte, um Schäden oder vorzeitigen Verschleiß zu vermeiden.

Kofferraumklappen

Kugelbolzen erlauben es der Kofferraumklappe, sich sanft zu öffnen und zu schließen, indem sie die Federkraft gleichmäßig über die gesamte Bewegung verteilen.

Bei größeren Fahrzeugen wie Lieferwagen ermöglichen Kugelzapfen mit Gasdruckfedern das leichte Heben und Halten von schweren Heckklappen. In SUVs und Minivans werden Gasdruckfedern verwendet, um die Laderaumabdeckung zu heben und zu senken und ermöglichen so ein einfaches Be- und Entladen. In Wohnmobilen oder Nutzfahrzeugen können Gasdruckfedern mit Kugelbolzen verwendet werden, um verschiedene Klappen zu unterstützen, wie z.B. Staufachklappen oder Zugangsklappen. Bei neueren automatisch öffnenden Klappen werden Servozylinder eingesetzt. Hier bestehen an den Kugelzapfen besonders hohe Kraftanforderungen. Das Verbindungselement muss somit massiver ausgelegt sein.

Motorhauben

Ähnlich wie bei Kofferraumklappen ermöglichen Kugelbolzen auch hier das sichere Öffnen und Schließen. Sie verhindern, dass die Haube abrupt herunterfallen kann, was zu Schäden oder Verletzungen führen könnte. Sie sorgen dafür, dass die Motorhaube sich leicht bewegen lässt und in der geöffneten Position sicher hält.

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Vorteile des Nietbolzens

Der Nietbolzen bietet zahlreiche Vorteile gegenüber Bolzen, die durch Vertaumeln, Schweißen oder Schrauben gesetzt werden.

Stärke und Haltbarkeit

Nietverbindungen sind extrem stark und widerstandsfähig gegenüber mechanischen Belastungen. Sie bieten eine hohe Festigkeit und Stabilität, was sie ideal für den Einsatz in strukturellen Anwendungen macht. Nietelemente können schnell und einfach in die gewünschte Position gebracht und montiert werden. Sie sind haltbar und wenig anfällig für Ausfälle. Einmal installiert, lösen sich Nietelemente auch nicht unter Vibration oder Belastung. Sie können hohe Axial- und Radiallasten aufnehmen, was sie für eine Vielzahl von Anwendungen geeignet macht. Grundsätzlich sind Nietelemente auch bestens für wasser- und gasdichte Anwendungen geeignet.

Der Nietbolzen bietet eine höhere Beständigkeit gegen Verdreh- und Auspresskräfte, was zur Langlebigkeit der Konstruktion beiträgt. Dank seiner speziellen Nietgeometrie wird das Risiko von Blechverformungen eliminiert. Somit gibt es keine Einzüge an Randbereichen des Blechs und keine Ausdünnung des Bauteilmaterials beim Nietvorgang.  Der Nietzapfen benötigt nur eine kleine Vorlochung im Blech, hiermit bleibt die Stabilität des Blechs weitestgehend erhalten.

Gleichbleibende Qualität

Die Qualität einer Nietverbindung ist stets konstant, da der Fügeprozess des Pressnietens leicht zu standardisieren und zu kontrollieren ist. Im Gegensatz dazu können die Qualität und die Leistung von Schweiß- und Schraubverbindungen stark variieren, abhängig von den Fähigkeiten des Bedieners und den spezifischen Bedingungen während der Montage.

Keine Wärmebehandlung erforderlich

Im Gegensatz zum Schweißen erfordert das Nieten keine Wärmebehandlung des Materials, was das Risiko von Verformungen und anderen wärmebedingten Problemen reduziert. Nieten ist außerdem sicherer als Schweißen, da keine extreme Hitze benötigt wird. Beim Nieten entstehen keine giftigen Dämpfe oder Rauch. Im Vergleich zu anderen Fügeverfahren erzeugt das Pressnieten weniger Abfall und ist nachhaltiger und umweltfreundlicher.

Geringere Wartungsanforderungen

Nietverbindungen erfordern in der Regel weniger Wartung und Inspektionen als Schweiß- oder Schraubverbindungen, was zu weiteren Kosteneinsparungen führen kann.

Vielseitigkeit

Der Nietbolzen kann in einer Vielzahl von Materialien eingesetzt werden, einschließlich Stahl, Edelstahl, Aluminium und Magnesium. Zudem ist er für einen großen Blechdickenbereich von 1mm bis 5mm geeignet. Der Nietzapfen benötigt weniger Platz und kann daher in schmalen Blechen und sehr nah an Randbereichen eingesetzt werden. Auch der Umstieg auf Niet-Kugelbolzen ist für Anwender recht einfach, denn die Geometrie des Verbindungselements unterscheidet sich nur geringfügig von standardisierten Verbindungselementen.

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Kosteneinsparungen mit dem Nietzapfen

Das Pressnieten ist ein relativ einfacher und schneller Prozess, der weniger Zeit und Arbeitsaufwand erfordert als andere Fügetechniken. Dies kann zu erheblichen Kosteneinsparungen führen, insbesondere bei großen Produktionsmengen.

Bei der automatisierten Montage unter der Presse führt der einstufige Prozess unter anderem auch zur Reduzierung von innerbetrieblichen Transporten zwischen den Fertigungsstufen. Dadurch können die Logistikkosten verringert werden. Die kürzeren Durchlaufzeiten bedeuten weniger Kapitalbindung und eine reduzierte Lagerhaltung.

Der Entfall eines Arbeitsganges, führt zu geringeren Personal- und Lohnkosten. Somit ist die vollautomatische Verarbeitung des Niet-Kugelbolzens eine sehr effiziente Alternative zu herkömmlichen Fügetechniken.

Außerdem wird aufgrund des einstufigen Prozesses Energie eingespart. Denn die ohnehin vorhandene Kraft der Presse wird hier verwendet, um das Bauteil zu formen und gleichzeitig den Kugelzapfen zu vernieten.

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Zusammenfassung

In der Automobilindustrie ist Effizienz entscheidend, und dies gilt auch für die Fügetechniken von Funktionselementen wie dem Kugelbolzen. Die üblichen Methoden - Taumelnieten, Verschrauben und unter großen Einschränkungen das Schweißen - haben ihre Vorzüge, sind aber oft zeit- und kostenintensiv und unter Umständen nicht nachhaltig.

Der Nietbolzen erweist sich als eine vielversprechende Alternative. Er bietet eine kostengünstigere Montage, da er bereits während der Blechherstellung automatisch eingefügt werden kann. Abgesehen von der Wirtschaftlichkeit, erfüllt der Nietzapfen auch die technischen Anforderungen. Er benötigt minimalen Platz und erhält die Blechstabilität.

Zusätzlich kann er in einer breiten Palette von Materialien und Blechdicken eingesetzt werden. Die einstufige Montage des Nietbolzens reduziert Logistik- und Personalkosten, die Durchlaufzeiten und Lagerhaltung.

Insgesamt führt die Verarbeitung des Niet-Kugelbolzens also zu einer erheblichen Senkung der Betriebskosten sowie zu einer Steigerung der Produktivität. Sie schont die Umwelt wie auch das Personal. Die Vorteile des Niet-Kugelbolzens machen ihn zu einer überlegenen Wahl für die Automobilindustrie.

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