Spin-Pull Verfahren für Einpressmuttern und Nietmuttern
Das Spin-Pull-Verfahren ermöglicht das automatisierte Setzen von Einpress- und Nietmuttern bei einseitigen Fügepositionen, beispielsweise in geschlossenen Profilen. Bei dickeren Blechen kann die Einpress- bzw. Nietmutter mit einer Scheibe oder einem Abstandshalter kombiniert werden.
Die strukturelle Verbindung aus Mutter, Blech und Scheibe ist einer Blindnietmutternverbindung deutlich überlegen. Für die Mutter-Scheiben-Kombination gibt es zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten, durch die sich Kosten in der Fertigung einsparen lassen.
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Wie funktioniert der Spin-Pull Vorgang?
Die Grafiken zeigen den Ablauf des einseitigen Setzvorgangs im geschlossenen Profil. Der automatisierte Spin-Pull-Vorgang wird in einem einzigen Arbeitsschritt ausgeführt.
Prozessschritt 1: Die Mutter fährt über eine Schiebeeinheit in das Profil ein und wird unter der Vorlochung positioniert und gehalten.
Prozessschritt 2: Die Setzeinheit fährt mit der optionalen Scheibe in die Vorlochung ein und spindelt in die darunterliegende Mutter ein.
Prozessschritt 3: Anschließend werden die Verbindungselemente mit axialer Zugkraft beaufschlagt. Dadurch entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen Mutter, Scheibe und Bauteil.
Prozessschritt 4: Der Zugdorn spindelt wieder aus.
Vorteile des Spin-Pull-Verfahrens
- Setzen in geschlossenen Profilen sowie Verarbeitung an schwer zugänglichen Stellen.
- Das Öffnen des Profils ist nicht notwendig, sodass die Steifigkeit des Bauteils erhalten bleibt.
- Es ist nur einseitige Zugänglichkeit erforderlich.
- Im Gegensatz zu Blindnietmuttern entsteht eine höchstfeste strukturelle Verbindung.
- Das Setzverfahren ist serienerprobt und patentiert.
- Zwei Prozesse werden durch einen einzigen Arbeitsschritt abgedeckt.
- Kosten- und Zeiteinsparungen durch die einstufige Verarbeitung.
- Die Verarbeitung ist vollautomatisch und prozesssicher.
- Automatischer Toleranzausgleich (+/-0,5 mm).
- Schnelle Taktzeit und hohe Verfügbarkeit.
- Hohe Drehmoments-, Auspress- und Durchzugskräfte.
Das Spin-Pull-Verfahren eignet sich insbesondere
- für hochfeste und hochbelastete Verschraubungen bei einseitiger Zugänglichkeit.
- für Bauteile mit Hinterschnitt oder Überdeckung.
- für Bauteile mit sehr geringem Bauraum oder schwer zugänglichen Stellen.
- für die chemische Trennung von Aluminium und Stahl.
- für Bauteile wie Crashboxen, Modulträger (Frontmodule) und Batteriewannen in E-Fahrzeugen.
- für Innenhochdruckteile, Aluprofile, Strangpressprofile und Kohlefaserwerkstoffe.
- Die Einpresskombination kann auch als Abstandhalter eingesetzt werden.
- Wasser- und Gasdichtigkeit können nach Kundenanforderungen umgesetzt werden.
- Frei variable Abmessungen von Mutter und Scheibe je nach Anforderung möglich.
Funktion des Handarbeitsplatzes
Der halbautomatische Handarbeitsplatz A220-Spin-Pull eignet sich zum Einpressen von Nietmuttern (oder Einpressmuttern) zusammen mit Nietscheiben in geschlossene Profile. So funktioniert er im Detail:
Einlegen und Prüfen des Bauteils
Das zu bearbeitende Bauteil muss vorbereitet und korrekt in der halbautomatischen Arbeitsstation positioniert werden. Zunächst ist das Rolltor geöffnet. Dann legt der Werker das Bauteil ein. Vor Beginn des Prozesses prüft das System mithilfe von Sensoren, ob das Bauteil korrekt eingelegt wurde. Ist dies der Fall, kann der Prozess beginnen.
Ausrichten/Zentrieren des Bauteils
Wenn der Werker den Positionsschalter betätigt, schließt sich das Rolltor und die Zentriereinheiten fixieren das Bauteil an seiner Position. Sobald das Tor geschlossen ist, ist das Bauteil vorpositioniert und an der richtigen Stelle fixiert.
Zuführung von Verbindungselementen
Die Zuführeinheiten versorgen die Einpressvorrichtung über Druckluft mit Verbindungselementen. Jeder Vereinzelungszylinder liefert ein Verbindungselement: die Nietscheibe für die obere Setzeinheit und die Nietmutter für die untere Schiebeeinheit. Die Setzeinheit bewegt sich mit einem kurzen Hub. Der Zugdorn fädelt die Nietscheibe auf. Zusätzliche Sensoren sorgen für einen zuverlässigen Prozess.
Bewegung der Portalachse und Setzvorgang
Nachdem die Verbindungselemente zugeführt wurden, bewegt sich die Portalachse von ihrer Ausgangsposition (der Ladeposition) auf die Setzstufe 1. Im nächsten Schritt wird die Setzeinheit abgesenkt. Der Zugdorn spindelt in die nicht drehbare Nietmutter, die von der Schiebeeinheit gehalten wird. Der Zugdorn zieht die Nietmutter nach oben und drückt die Einpresskombination in das Bauteil. Nach einem erfolgreichen Setzvorgang bewegt sich die Setzeinheit über die Portalachse zurück in die Ausgangsposition. Anschließend wird der Vorgang „Laden der Verbindungselemente“ wiederholt. Dieser Vorgang wird an allen Montagepunkten durchgeführt.
Freigabe des Bauteils
Die Zylinder für die Zentrierstifte kehren in ihre Ausgangsposition zurück. Anschließend öffnet sich das Rolltor und der Werker kann das Bauteil entnehmen.
Warum sollten bei einseitigen Fügepositionen Einpress- bzw. Nietmuttern verwendet werden?
Hohe Belastbarkeit
Bei geschlossenen Profilen mit einseitiger Zugänglichkeit erscheint der Einsatz von Blindnietmuttern als naheliegende Lösung. Blindnietmuttern der höchsten Festigkeitsklasse erfüllen jedoch nicht unbedingt die Festigkeitsanforderungen der späteren Schraubenverbindung. Die Schwachstelle einer Blindnietmutterverbindung ist der geformte Nietwulst. Bei starker Belastung der Verbindung kann es zu einer Blechverformung, einer Verformung oder Abscherung des Nietbunds oder zu einem Durchzug durch das Blech kommen.
Der Durchmesser und die Höhe der Einpress- bzw. Nietmutter sind hingegen wesentlich größer als die Nietwulst einer Blindnietmutter. Dadurch können die Einpresselemente weitaus höheren Kräften aus jeder Belastungsrichtung standhalten. Auch für Anwendungen mit hohen Seitenkräften (90 Grad zur Schraubachse) haben wir bereits serienreife Lösungen entwickelt.
Vorspannkraft als entscheidender Vorteil
Durch den Einsatz einer Einpress- bzw. Nietmutter entsteht bei der späteren Verschraubung eine reguläre Vorspannkraft zwischen den verbundenen Blechen, welche den Anforderungen entspricht. Auch bei Verwendung eines zusätzlichen Abstandshalters entsteht zwischen der Verbindung aus Mutter, Blech und Abstandshalter sowie dem Gegenblech eine reguläre Vorspannkraft. Dadurch wird eine hochbelastbare strukturelle Verbindung sichergestellt.
Die Verbindung der Blindnietmutter hängt – unabhängig vom Anzugsmoment – nur am Nietwulst, da das Gegenblech gegen den Kopf der Blindnietmutter verschraubt wird. Deshalb kann sich zwischen den beiden Blechen keine Vorspannung aufbauen. Der Nietwulst hat einen vergleichsweise kleinen Durchmesser und ist nicht besonders dick. Bei seitlichen Hebelbelastungen oder axialen Belastungen erreicht die Blindnietmutter schnell ihre Grenzen.
Kosteneinsparpotenziale
Das Gewinde einer Einpressmutter ist kürzer als das einer Blindnietmutter derselben Festigkeitsklasse. Somit kann eine kürzere Schraube verwendet werden, wodurch sich die Verschraubzeit sowie die Kosten für die Schraube selbst reduzieren. Aufgrund der höheren Belastbarkeit werden unter Umständen auch weniger Verschraubpunkte benötigt. Folglich besteht hier ein zusätzliches Kosteneinsparpotenzial.
Fazit
Blindnietmutter nach wie vor relevant
Die Auswahl des passenden Verbindungselements hängt grundsätzlich von den jeweiligen Anforderungen ab. Die Blindnietmutter hat deshalb nicht an Bedeutung verloren, wir haben weiterhin Blindnietelemente in unserem Portfolio. Bei vielen Anwendungen ist der Einsatz von Blindnietmuttern vollkommen ausreichend, beispielsweise bei der Verschraubung eines Kunststoffhalters.
Spin-Pull-Verfahren als beste Lösung
Bei höheren Belastungen ist unser Verfahren jedoch deutlich überlegen und stellt die einzige Möglichkeit für eine strukturelle Verbindung bei einseitiger Zugänglichkeit dar. Es ermöglicht die Verarbeitung geschlossener Profile, ohne diese öffnen zu müssen, und beeinträchtigt dabei nicht die Stabilität des Bauteils.
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