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Kunststoff-Umformverfahren Heissnieten

bdtronic Heißniet-Systeme (BHS) mit aktiver dynamischer Temperatur­regelung garantieren höchstgenaue Umform­prozesse auch in kleinsten Prozessfenstern. Das Fügen von Kunststoffen oder Kunststoffen und anderen beliebigen Materialien wie z.B. Metallen wird mit dem bdtronic Heißverstemm-Verfahren präzise gelöst. Sehen Sie hier, wie gut das funktioniert.


BHS HOT STAMP®

Das BHS HOT STAMP® Verfahren eignet sich insbesondere für temperatur- und druckempfindliche Bauteile und Nietumgebungen sowie für enge Bauräume. Eine optisch sehr gute Verbindung lässt sich hiermit zwischen zwei Thermoplasten und einem Thermoplast und anderen Materialien herstellen.

Vorteile BHS HOT STAMP®

  • Geringe mechanische Einflüsse
  • Kein thermischer Stress
  • Geeignet für PCB Montage

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BHS HOT JET®

Das BHS HOT JET® Verfahren wurde in unserem Hause eigens entwickelt um besonders starke Nietverbindungen zu schaffen.

Vorteile BHS HOT JET®

  • Keine mechanischen Einflüsse
  • Reduzierter thermischer Stress
  • Homogene Rundum-Erwärmung des Nietdoms
  • Maximale Stärke der Verbindung

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Prozesskontrolle

Heissnieten

Das Fügen von Kunststoffen ist aufgrund der stetig wachsenden Verbrauchszahlen von Kunststoffmaterialien ein Fokusthema für Produktentwicklungsprozesse und Fertigungslösungen. Daneben werden immer mehr Materialien entwickelt, die den Anforderungen wie Energie- und Kosteneffizienz, Ressourcenschonung und Leichtbau gerecht werden sollen, deren Verarbeitung sich jedoch häufig anspruchsvoll gestaltet. Die Anzahl an Verbindungen von Mischmaterialien steigt, sodass die Fügeprozesse wie Kleben und Heißnieten deutlich an Interesse gewinnen. Dieser Trend fordert innovative, kosteneffiziente und optimale Lösungen für Hybridverbindungen, das heißt für das Fügen von verschiedenen Materialien wie Kunststoff mit Metall oder mit Verbundwerkstoffen wie beispielsweise FR-4.

In der Automobilindustrie, bei Elektronikproduktion aber auch in der Medizintechnik gilt es, höchste Qualitäts- und Sauberkeitsanforderungen zu erfüllen. Die Produkte sind über ihre Lebensdauer hohen Belastungen ausgesetzt und müssen dabei zuverlässig ihre Funktion erfüllen. Dies erfordert bei der Herstellung höchstmögliche Genauigkeit und Reproduzierbarkeit. Darüber hinaus wird das bestmögliche Prozessergebnis in der kürzest möglichen Zeit angestrebt. So müssen Prozesse entwickelt werden, die einerseits den individuellen Eigenschaften der Materialien gerecht werden, andererseits aber niedrige Kosten erzeugen.

Hier setzt man verstärkt auf Heißnieten.

Um was handelt es sich beim Heißnieten?

Das Heißnieten ist ein wirtschaftliches Fügeverfahren, bei dem zwei Werkstoffe unlösbar, punktuell und formschlüssig miteinander verbunden werden. Man kann diesen Prozess auch Heißverstemmen oder Warmumformung nennen. Wichtig ist, dass es sich bei mindestens einem der Materialien um einen Thermoplast handelt, der sich durch Energieeinbringung aufschmelzen und mit einem Werkzeug umformen lässt.  Die Art der Wärmeeinbringung wird unterteilt in Leitung (Heizstempelverfahren), Konvektion (Heißluftverfahren), Strahlung und Reibung. bdtronic setzt ausschließlich Verfahren ein, die unter Leitung und Konvektion fallen. Vorteilhaft dieser Verfahren ist, dass keine verunreinigenden Späne oder Stäube anfallen. Daneben ist die Prozessführung schonend für Elektronikbauteile und anspruchsvolle Thermoplaste, es können sehr hohe Festigkeiten reproduzierbar erreicht werden und dekorative Oberflächen werden nicht beschädigt.

Abgrenzungen und Unterschiede zu anderen Technologien:

Was sind die Vorteile des Heißniet-Verfahrens?

Es werden keine zusätzlichen Verbrauchsmaterialien wie zum Beispiel Schrauben benötigt. Das Verbindungselement ist bereits Teil des im Spritzguss erzeugten Kunststoffbauteils in Form eines oder mehrerer Nietpins oder Kunststoffdomes. Das reduziert Kosten und logistische Aufwände. Das Heißnieten ist ein sauberer Arbeitsablauf, da keine reibungsbedingten Späne entstehen. Da nur eines der beiden zu verbindenden Materialien ein thermoplastischer Kunststoff sein muss, können unterschiedlichste Materialpaarungen miteinander verbunden werden.

Wofür nutzt man Heißnieten?

Neben Mischmaterialpaarungen ermöglicht das Heißnietverfahren auch Kunststoff-Kunststoff-Verbindungen. Es können Öffnungen wie Ausluftventile geschlossen werden oder Bauteile wie Optiken über eine Art Bördeln optimal fixiert werden. Das Heißnieten bietet die Möglichkeit, strukturelle Verbindungen durch hohe Nietfestigkeiten herzustellen und sowohl Spaltfüllung als auch Spielfreiheit zu erreichen.

Welche Anwendungsbereiche gibt es?

Typische Anwendungen sind das dauerhafte Fixieren von Leiterplatten in und an Gehäusen oder von Deckeln mit Gehäusen, das temporäre oder dauerhafte Fixieren von Stanzgittern oder Mikroelektronikbauteilen als Transportsicherung. Von Steuergeräten im Fahrzeug über Sensoren für Fahrassistenzsysteme, Schließsysteme, Fahrzeuginnenverkleidungen, bei Frontleuchten und Heckleuchten, im Motorraum, bei Medienführungen, im Öl bis hin zur Batteriefertigung – in der Automobilindustrie kommt das Heißnietverfahren in unterschiedlichster Weise zum Einsatz. Ob braune oder weiße Ware, sogar in der Sanitärtechnik findet Heißniettechnologie von bdtronic Anwendung.

Wie wird das Heißnieten durchgeführt?

Unterschiedliche Heißnietanlagen decken eine ganze Bandbreite verschiedener Produktionsanforderungen ab. Ob manuelle Einzelbestückung oder vollautomatische Serienfertigung, dem Kunden stehen alle Optionen offen. Sie können je nach Wunsch speziell und individuell modifiziert werden. Höchste Zuverlässigkeit und Präzision zeichnen die Heißnietanlagen aus. Eine Steuerungs-Software, die Windows basiert ist, macht den Prozess für den Bediener der Maschine einfach und individuell anpassbar. Wichtig ist vor allem die Temperaturregelung, die dynamisch und im Millisekunden-Bereich sicherstellt, dass der Prozess immer wieder gleichbleibend wiederholt wird und somit die Genauigkeit sicherstellt.

Welche Anforderungen an die Nietverbindung gibt es?

Nietergebnisse lassen sich grundsätzlich einstellen. Generell bedeutet eine hohe Verbindungsfestigkeit gleichzeitig eine erhöhte Prozess- und somit Taktzeit. Häufig wird aber aufgrund hoher Stückzahlen gleichzeitig eine hohe Festigkeit und eine kurze Taktzeit gefordert, so dass diese Anforderungen sich widersprechen können. Daher wurde eine Konstruktionsrichtlinie entwickelt, die auf den besten Kompromiss zwischen maximaler Festigkeit und minimaler Taktzeit hinzielt. In Zusammenarbeit mit dem Kunden, der die Anforderung an die Nietverbindung festlegt, wird der Prozess daraufhin ausgelegt.

Über die äußere Erscheinung einer Nietverbindung kann keine Aussage darüber getroffen werden, wie fest eine Nietverbindung wirklich ist. Die Qualität einer Nietverbindung muss durch Labortests anhand von werkzeugfallenden Mustern geprüft und gemessen werden. bdtronic verfügt heute über zehn Applikationslabore weltweit, in denen täglich Prozesssimulationen und Musterfertigungen unter produktionsnahen Bedingungen durchgeführt werden.

Welche Systeme gibt es?

BHS HOT STAMP®

Das BHS HOT STAMP®-Verfahren ist ein sogenanntes Heizstempel-Nietverfahren. Der Nietkopf ist hierbei mit einem Stempel ausgestattet, der schnell wechselbar ist. Der Stempel kann individuell für jede Nietgeometrie gewählt und einfach ausgetauscht werden. Durch eine genaue und schnelle Temperaturregelung, die auf Basis der kontinuierlichen Temperaturmessung direkt am Kontaktpunkt zwischen Stempel und Nietpin, auch Kunststoffdom genannt, erfolgt, kann der Nietpin schnell und stabil zur optimalen Schmelztemperatur gebracht und umgeformt werden. So können auch hochgefüllte hochtemperaturbeständige teilkristalline Thermoplaste, sogenannte High-performance polymers oder engineering plastics sicher verarbeitet werden. Die Umformbewegung führt eine im Nietkopf eingebaute Zustellung durch, deren Verstemmdruck variabel einstellbar ist. Ein Wegmesssystem überwacht die Position des Nietkopfes und somit die Präsenz eines Nietpins und die Endlage. Das sichere und fadenfreie Ablösen ohne Vorschwächung der Nietverbindung wird durch eine integrierte Luftkühlung sichergestellt. Die Prozessführung ist variabel und erfolgt individuell, produkt- und anforderungsspezifisch.

Der Prozessablauf ist beim BHS HOT STAMP® folgendermaßen:

Zuerst wird der Stempel aufgeheizt. Sobald er die Prozesstemperatur erreicht hat, wird er mit voreingestelltem Druck auf den Nietpin gefahren und schmilzt das Material auf bis er die Endlage erreicht und einen Niet geformt hat. Zum Schluss wird aktiv gekühlt, der Stempel abgelöst und wieder in die Grundstellung gefahren. Mit einem Nietkopf werden alle Prozessschritte von Aufheizen, Schmelzen, Umformen, Kühlen und Ablösen durchgeführt, sodass dieses Verfahren auch als „Ein-Takt-Verfahren“ bezeichnet wird.

BHS HOT JET®

Beim BHS HOT JET® handelt es sich um ein Heißluft-Nietverfahren. Es ist ebenfalls ein „Ein-Takt-Verfahren“. Der Nietkopf ist mit einer Düse-Hülse-Kombination versehen. Im Inneren der Düse liegt der Stempel, der einfach und schnell wechselbar ist. Düse und Stempel sind produktspezifisch wählbar. Das Erwärmen des Nietpins bis zur Umformbarkeit erfolgt hier durch das homogene Anströmen mit heißer Luft, wobei die Lufttemperatur materialspezifisch gewählt wird und über eine Temperaturmessung und -regelung die präzise Prozessführung sichergestellt wird. Die genaue Temperatureinstellung und der kontinuierliche und überwachte Heißluftfluss ermöglichen auch hier eine optimale Verbindung. Der BHS HOT JET® wird insbesondere für hochfeste Verbindungen gewählt.

Der Prozessablauf beim BHS HOT JET®:

Hier wird zuerst der Luftfluss geregelt aufgeheizt. Danach wird die Düse spaltfrei auf den Fügepartner aufgesetzt und der Nietpin somit gleichmäßig erwärmt. Der außenliegende Bauteilbereich bleibt thermisch unbeeinträchtigt. Der Nietpin wird durch den innenliegenden Stempel umgeformt. Der Niethub und die Endlage werden überwacht. Nach der Umformung wird aktiv gekühlt und der Stempel fadenfrei abgelöst.

Fazit

Das Heißnieten ist ein optimales Verfahren, um zwei Materialien formschlüssig miteinander zu verbinden, von denen mindestens eines ein thermoplastischer Kunststoff ist. Es entsteht eine feste, zuverlässige Verbindung, die optisch überzeugt. Außerdem spart dieses Verfahren Kosten bei gleichzeitig exzellenter Qualität.