Audi brachte 1994 mit dem A8 das erste Auto mit Aluminiumkarosserie auf den Markt. Seitdem hat sich Aluminium in der Automobilindustrie immer stärker durchgesetzt, ein Siegeszug, der mit dem neuerlichen Bestreben der Automobilhersteller, Fahrzeuge mit verbesserten Nutzungseigenschaften zu bauen, zusätzlichen Auftrieb erhält. Das Stichwort heißt Gewichts­reduzierung. Sie gilt als wirksames Mittel, um den Kraftstoffverbrauch und damit den CO₂-Ausstoß zu senken. Aluminium ist dafür die ideale Wahl.

Aluminium hat allerdings auch Nachteile.

Es lässt sich zum Beispiel nicht so ohne weiteres verschweißen, und definitiv nicht mit Stahl. STANLEY Engineered Fastening hat jedoch eine Lösung gefunden.

Das Tochterunternehmen des amerikanischen Werkzeugriesen Stanley Black & Decker ist den meisten nur unter dem alten Namen Tucker bekannt. Der Spezialist für Befestigungs- und Fügetechnik konzentriert sich hauptsächlich auf die Automobilindustrie. Das Angebot umfasst unter anderem Bolzenschweißen, Kunststoff-Befestigungselemente, Blindnieten und Stanznieten.

Laut Manfred Müller, President Global Automotive, sind Stanznieten eine naheliegende Wahl für das Zusammenfügen von Aluminiumblechen oder die Verbindung von Aluminium- und Stahlblechen. „Der Niet durchstanzt die Oberfläche und wird dann in der unteren Lage aufgespreizt“, erklärt Müller. „So entsteht eine hochfeste Verbindung, die gegenüber dem Blindniet überzeugt: Nieten ohne Vorlochen, vollautomatisch zuführbar, flüssigkeits- und gasdicht.“

Die erste Erfahrung auf diesem Gebiet sammelte Tucker mit dem Audi A8. Audi hatte das Unternehmen gebeten, die vorhandene Schweißkappen-Zuführung der Schweißanlage so anzupassen, dass sie für Stanznieten eingesetzt werden konnte. „Erst da erkannten wir das Potenzial“, erinnert sich Müller.

Gemeinsam mit SKF konzipierte Tucker eine Spindel, die den Niet kontrolliert und effizient einpresst. Ein Elektromotor mit Zahnradgetriebe treibt einen SKF Planetenrollengewindetrieb an, der Druck auf den Niet aufbringt.

„Druck und Geschwindigkeit lassen sich exakt bestimmen“, fährt Müller fort, und Swen Wenig, SKF Vertriebsleiter der Precision Business Unit in Deutschland und der Schweiz, ergänzt, man könne sogar maximalen Druck erzielen, wenn die Einheit stillsteht. „Die Presskraft beträgt in jeder Stellung und bei jeder Geschwindigkeit des Schubrohrs 100 Prozent. Es ist ein energieeffizientes System, weil Energie nur verbraucht wird, wenn der Motor in Betrieb ist“, erklärt Wenig.

Die ersten Nietanlagen wurden Anfang der 1990er Jahre ausgeliefert. Seitdem haben STANLEY und SKF das Produkt ständig weiterentwickelt. „Wir haben die Entwicklung des Rollengewindetriebs kontinuierlich beeinflusst“, kommentiert Müller, und Wenig fügt  hinzu: „Unsere Forschungs- und Entwicklungsabteilung arbeitete mit Tucker zusammen. Ein wesentliches Kriterium war, die Kosten der gesamten Konstruktion zu reduzieren.“

Deutliche Verbesserungen konnten auch bei der Nietenzufuhr und in der Software zur Steuerung von Presskraft und Hub erzielt werden. Die Einheiten arbeiten mit Robotern. An einem Fließband für die Fertigung einer Fahrzeugkarosserie komplett aus Aluminium können 250 Roboter im Einsatz sein, die bis zu 3.500 Nieten in jedes Fahrzeug setzen. Die Spindeln müssen für ihre jeweilige Aufgabe konzipiert sein, und die C-Rahmen, in die die Bleche platziert werden, gibt es in einer Vielzahl von Größen und Ausführungen, um den unterschiedlichen physischen Erfordernissen Rechnung zu tragen. Es kommt vor, dass der Rahmen an die Form von bestimmten Elementen angepasst werden muss, bevor mit dem Setzen der Nieten begonnen werden kann. In diesem Fall muss die Spindel soweit zurückgefahren werden, dass die Stanzeinheit an die entsprechende Fläche gelangt, aber dann ist beim Setzen eines jeden Niets die Anfahrbewegung minimal, um Zeit und Energie zu sparen.

Die C-Rahmen spielen eine erstaunlich große Rolle in der Konstruktion. „Sie sind aus einem speziellen Stahl gefertigt und müssen starken Kräften standhalten“, erklärt Werksleiter Burkhard Butz. Wenn das System funktionieren soll, müssen der obere und der untere Teil des Rahmens exakt aufeinander ausgerichtet sein, trotz der hohen Kräfte, die dem entgegenwirken. „Wir reden hier von bis zu 600 Kilogramm“, sagt Einkaufsleiter Carsten Hess.

Die Kräfte in diesen Stanznietgeräten dürften in Zukunft noch höher werden. „Die zunehmende Verwendung von hochfestem Stahl zur Gewichtsreduzierung wird eine besondere Herausforderung für uns werden“, prognostiziert Müller. „Der sehr dünne, aber feste Stahl stellt immer die oberste Schicht dar, die der Niet durchstanzen muss. Die Spindel muss dann die aufgebrachte Kraft auffangen, damit der Niet unter Kontrolle bleibt. Der Niet selbst muss stark genug sein, um den Stahl zu durchdringen, aber so duktil, dass er im Aluminium aufspreizt. “

Extreme Präzision
SKF Planetenrollengewindetriebe ermöglichen eine exakt gesteuerte Linear­bewegung. Sie bestehen im Wesentlichen aus einer Gewindespindel, Planetenrollen und einer Umlaufmutter. Alle drei Komponenten haben ein präzise aufeinander abgestimmtes Spiralgewinde. Durch Drehen der Umlaufmutter entsteht eine Linearbewegung der Gewindespindel ohne axiales Spiel. Die gewölbte Gewindeform bietet eine große Kontaktfläche für hohe Tragfähigkeit. Dank der extremen Präzision eines Planetenrollengewindetriebs lassen sich auch Druck und Geschwindigkeit der Linearbewegung präzise bestimmen.