Die Auswahl der richtigen Typen von Blechbefestigungselementen: Ein vollständiger Leitfaden

Einführung

In der Fertigung ist das Zusammenfügen von Blechteilen ein entscheidender Prozess, der in verschiedenen Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt und vielen anderen eingesetzt wird. Was aber bestimmt die Festigkeit und Stabilität dieser Baugruppen? Die Verbindungselemente. Bei der Auswahl des richtigen Verbindungselements geht es nicht nur um die Verbindung von Komponenten, sondern auch um Zuverlässigkeit, Leistung, Kosten, Zeit und Montagefreundlichkeit des Produkts.

Eine falsche Wahl des Befestigungsmittels kann zu teuren Ausfällen, Zeitverlust und sogar gefährlichen Produkten führen. Auf der anderen Seite sorgt die richtige Auswahl eines Befestigungselements, das bei richtiger Anwendung am besten passt, für eine perfekte, langlebige und wirtschaftliche Verbindung.

Dieser Leitfaden bietet eine Einführung in die gebräuchlichsten Befestigungsmittel für die Blechverarbeitung, untersucht die entscheidenden Auswahlkriterien, stellt typische Verwendungszwecke vor, führt professionelle Befestigungslösungen ein, erklärt, wie Befestigungsmittel ordnungsgemäß installiert werden, und bereitet Fachleute darauf vor, die richtigen Befestigungsentscheidungen zu treffen.

Was ist ein MetallblechBefestigungsmittel?

Eine Blechbefestigung ist ein Verbindungselement, das zum Verbinden von zwei oder mehr dünnen Blechen mit einer Dicke zwischen 0,5 mm und 6 mm verwendet wird. Im Gegensatz zu den Verbindungselementen, die für dicke Profile oder massive Materialien konzipiert sind, müssen die Blechverbindungselemente die Schwierigkeiten dünner Materialien überwinden. Dazu gehören die Verformung des Materials unter Belastung, das eingeschränkte Einrasten des Gewindes in dünnen Profilen und das Durchziehen oder Ausreißen bei übermäßiger Krafteinwirkung. Daher weisen Blechbefestigungselemente bestimmte Konstruktionsmerkmale auf, die eine Lastverteilung ermöglichen, Verankerungspunkte innerhalb des dünnen Materials bereitstellen oder eine Installation ermöglichen, bei der der Zugang nur auf einer Seite möglich ist. Ihre Aufgabe ist es, eine starke und dauerhafte Verbindung zu schaffen, die den zu erwartenden Belastungen standhält und bei Bedarf leicht zu warten ist.

Haupttypen von Blechbefestigungselementen

Die Vielfalt der Anwendungen von Blechen erfordert unterschiedliche Befestigungslösungen. Es ist wichtig, die wichtigsten Kategorien zu kennen, um die am besten geeignete auswählen zu können.

Selbstklemmende Befestigungen

Selbstklemmende Verbindungselemente sind eine Art von Verbindungselementen, die dazu bestimmt sind, Teil der Art von Blechteil zu werden, in dem sie verwendet werden. Zu den beliebtesten gehören selbstklemmende Muttern, Bolzen und Abstandshalter. Bei der Montage wird das Verbindungselement mit Hilfe einer parallel wirkenden Presse in ein Loch der richtigen Größe getrieben. Dabei verdrängt der gerändelte Einpressring oder ein speziell profilierter Kopf der Schraube das Blechmaterial und lässt es kalt in eine ringförmige Aussparung oder Hinterschneidung im Schaft oder in der Führung der Schraube fließen. Dieses verdrängte Material macht die Schraube unbeweglich und bietet einen hohen Widerstand gegen Ausdrück- und Ausdrehkräfte.

Zu den Vorteilen gehört die Möglichkeit, starke, dauerhafte Befestigungs- oder Anbringungspunkte in dünnen Dicken herzustellen, die sich gut für Anwendungen eignen, die eine hohe Festigkeit der Verbindung erfordern, und die Möglichkeit, nur auf einer Seite zu installieren. Eine der wichtigsten Voraussetzungen ist die Möglichkeit, während der Installation auf beide Seiten des Blechs zugreifen zu können, sowie die richtige Pressenausrüstung, um die richtige Sitzkraft und Parallelität aufzubringen. Sie werden häufig in Elektronikgehäusen, Automobilteilen und in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet.

Nieten

Das Nieten ist eine der ältesten und effektivsten Methoden, um zwei oder mehr Blechteile miteinander zu verbinden, da es einfach zu handhaben ist. Ein Niet ist einfach ein zylindrischer Schaft mit einem Kopf an einem Ende. Bei der Montage wird der Nietschaft durch Löcher in den zu verbindenden Teilen geführt und dann das hintere Ende des Niets mechanisch zu einem zweiten Kopf, dem "Werkstattkopf" oder "Buck-Tail", erweitert. Auf diese Weise werden die Bleche fest gegeneinander gesichert.

• Solide Nieten: Bieten die höchste Scherfestigkeit, können jedoch nur von beiden Seiten des Blechs aus angebracht werden, d. h. von einer Seite für den hergestellten Kopf und von der anderen Seite für den Werkstattkopf, wobei ein Hammer und eine Schlagleiste oder eine Nietmaschine verwendet werden, da der massive Schaft bei der Anbringung zusätzlichen Halt bietet.
• Halbröhrennieten: Diese Nieten sind wie Vollnieten, haben aber ein kleines Loch im hinteren Teil, so dass weniger Kraft erforderlich ist, um den Werkstattkopf zu formen.
• Blinde Nieten (Pop-Nieten): Sie werden verwendet, wenn der Zugang zu dem zu verbindenden Bereich nur auf einer Seite möglich ist. Ein Blindniet besteht aus einem Nietschaft und einem Nietdorn. Bei diesem Verfahren wird der Nietdorn gezogen und der Nietkörper auf der Blindseite dehnt sich aus, um den zweiten Kopf zu bilden; anschließend wird der Nietdorn entfernt.

Nieten haben eine hohe Scherbelastung und sind ideal, um Vibrationen zu widerstehen. Sie werden zur Herstellung dauerhafter Verbindungen verwendet und sind in der Flugzeugindustrie, im Brückenbau und in der allgemeinen Blechbearbeitung weit verbreitet.

Blech-Schrauben

Blechschrauben sind Schrauben, die in vorgebohrten oder gestanzten Löchern ein eigenes Gewinde im Blech erzeugen sollen.

• Selbstschneidende Schrauben: Diese haben ein schärferes Gewinde und müssen möglicherweise vor dem Einsetzen der Schraube vorgebohrt werden. Sie bilden ihr Gewinde durch Verdrängung des Materials.
• Selbstbohrende Schrauben: Diese haben eine Bohrspitze am Kopf, mit der ein Loch gebohrt und gleichzeitig ein Gewinde erzeugt wird, was bei der Montage Zeit spart.

Blechschrauben gibt es mit verschiedenen Köpfen (Flachkopf, Sechskant, Flach) und Antriebsarten (Phillips, Schlitz, Torx). Die Hauptvorteile bestehen darin, dass sie einfach und schnell zu montieren sind, da nur Schraubwerkzeuge benötigt werden und kein Gewindeschneiden erforderlich ist. Ihre Haltekraft ist jedoch vergleichsweise geringer als die von selbstsichernden Befestigungselementen, und sie neigen eher zum Ausreißen, wenn sie zu fest angezogen werden, insbesondere bei sehr dünnen Materialien. Sie werden häufig in Lüftungs- und Klimaanlagen, im Innenraum von Kraftfahrzeugen, in Kühlschränken und anderen Haushaltsgeräten sowie im Leichtbau eingesetzt.

Befestigungen schweißen

Schweißbefestigungen sind Muttern oder Bolzen, die durch präzise Ausrichtung und Schweißtechniken wie Widerstandsschweißen, Buckelschweißen, Lichtbogenschweißen oder Kondensatorentladungsschweißen (CD) dauerhaft an einem Blechteil befestigt werden sollen. Sie haben spezielle Vorsprünge oder Flanschdesigns, die es ermöglichen, die Energie so zu bündeln, dass eine gute Schweißnaht entsteht.

Der erste Vorteil ist eine sehr starke und dauerhafte Befestigung für hohe Lasten oder für Anwendungen, bei denen verschiedene Materialien weitere Teile haben, die angeschraubt werden müssen. Bei Schweißbefestigungen ist es nicht erforderlich, Löcher für das Befestigungselement selbst zu schaffen (obwohl es Fixierungsmerkmale geben kann), wodurch die Festigkeit des Blechs erhalten bleibt.

Zu den Nachteilen gehören die Notwendigkeit spezieller Schweißgeräte und erfahrener Bediener, die Beeinträchtigung oder Markierung der Blechoberfläche durch Hitze und die Notwendigkeit, dass das Befestigungselement mit dem Werkstück kompatibel sein muss. Das Verfahren wird häufig für Fahrzeugrahmen und -karosserien, schwere Fahrzeuge und Geräte sowie Industriemaschinen verwendet.

Bolzen und Muttern

Schrauben und Muttern werden zwar oft mit dickeren Materialien in Verbindung gebracht, werden aber auch in Blechanwendungen eingesetzt, insbesondere wenn ein hohes Maß an Klemmkraft oder die Möglichkeit, die Verbindung zu demontieren, erforderlich ist. Bei dieser Methode werden in der Regel Löcher in das Blech vorgebohrt und dann die Komponenten durch Anziehen der Mutter auf der Schraube miteinander verbunden. Häufig werden Unterlegscheiben verwendet, um die Last zu verteilen und eine Beschädigung der Blechoberfläche zu verhindern. Je nach den spezifischen Anwendungsanforderungen sind verschiedene Arten von Schrauben (z. B. Schlossschrauben, Sechskantschrauben) und Muttern (z. B. Standardmuttern, Sicherungsmuttern) erhältlich.

Gewindeinsätze

Gewindeeinsätze werden verwendet, um starke, dauerhafte und wiederverwendbare Gewinde in Materialien zu schaffen, die aufgrund ihrer Dünnheit oder Weichheit nicht direkt mit Gewinden versehen werden können, wie z. B. Bleche.

• Nietmuttern (Muttern): Sie werden wie der Blindniet von einer Seite aus angebracht. Ein Werkzeug zieht einen Gewindedorn, der bewirkt, dass sich der Einsatzkörper gegen die Blindseite des Blechs zusammendrückt und ausdehnt, um einen Gewindeanker zu bilden.
• Einpresseinsätze: Diese ähneln selbstklemmenden Befestigungselementen, die in Löcher gepresst werden und spezielle Profile verwenden können, um in das Grundmaterial einzugreifen.

Gewindeeinsätze sind sehr nützlich, wenn starke und wiederverwendbare Gewinde in dünnen Platten erforderlich sind, die nur von einer Seite zugänglich sind (für Nietmuttern). Sie werden in der Automobilindustrie, in der Luft- und Raumfahrtindustrie und bei der Verbindung von Teilen mit Gehäusen verwendet.

Käfigmuttern und Clip-On-Muttern

Käfigmuttern bestehen aus einer Mutter mit einem quadratischen Kopf und einem Käfig aus Federstahl mit zwei Flügeln oder Klammern. Mit diesen Flügeln kann die Käfigmutter in eine quadratische oder rechteckige Öffnung in einer Blechplatte, in der Regel eine Rackschiene oder ein Gehäuse, geschraubt werden. Aufsteckmuttern (oder U-Muttern) funktionieren auf die gleiche Weise, indem sie über die Kante einer Platte oder in ein rechteckiges Loch geklemmt werden, um eine Gewindebohrung zu schaffen.

Der Hauptvorteil beider ist, dass sie ein gewisses Spiel haben, so dass die Löcher in der Platte nicht perfekt mit der zu befestigenden Komponente übereinstimmen müssen. Außerdem sind sie wartungsfreundlich, da sie im Falle einer Beschädigung leicht demontiert und ausgetauscht werden können. Sie werden häufig in IT-Racks, Schaltschränken und einigen Automobilanwendungen verwendet, bei denen Geräte auf Platten montiert werden.

Hinweis: Die Leistungswerte sind typische Schätzwerte für Verbindungselemente aus Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt in 1,0-2,0 mm Metallblech. Die tatsächliche Leistung kann je nach Material, Installationsqualität und Konstruktionsspezifika variieren.

Kritische Faktoren für die Auswahl von Verbindungselementen

Die Wahl des optimalen Befestigungsmittels erfordert die Bewertung mehrerer anwendungsspezifischer Faktoren.

Material und Dicke der Bleche

Die Art und Dicke des Blechs sind die beiden wichtigsten Faktoren, die die Wahl des Werkzeugs bestimmen. Es ist wichtig zu vermeiden, dass ungleiche Metalle miteinander in Kontakt kommen, da dies zu galvanischer Korrosion führt, insbesondere wenn ein Elektrolyt vorhanden ist. Das Befestigungsmaterial sollte vom gleichen Typ sein wie das Blech oder zumindest galvanisch mit dem Blech kompatibel sein. Einige der gängigen Bleche sind Aluminium, Stahl, Edelstahl, verzinkter Stahl, Kupfer und Messing. Sie haben auch unterschiedliche mechanische und korrosionsbeständige Eigenschaften, die den Typ des zu verwendenden Befestigungselements bestimmen.

Die Dicke bestimmt die Zweckmäßigkeit. Selbstklemmende Verbindungselemente müssen beispielsweise eine Mindestdicke für das Blechmaterial aufweisen. Die Reichweite des Nietgriffs muss der Gesamtdicke der zu verbindenden Materialien entsprechen.

Lastanforderungen

Die Art und die Höhe der Belastungen, die die Verbindung aufnehmen muss, sind sehr wichtig. Dabei handelt es sich um Zug-, Scher-, Drehmoment- und Schwingungskräfte. Die in den Datenblättern der Verbindungselemente angegebenen Leistungsdaten werden in der Regel unter bestimmten Testbedingungen ermittelt. Das gewählte Verbindungselement muss über eine ausreichende Festigkeitsspanne verfügen, die über den zu erwartenden Betriebslasten liegt, die auf die Konstruktion einwirken.

Zugänglichkeit für die Installation

Bestimmen Sie, ob beide Parteien Zugang zur Verbindung haben oder nur eine von ihnen (blinder Zugang). Dadurch verringert sich die Anzahl der verfügbaren Verbindungselemente erheblich. Blindniete und einige der Gewindeeinsätze werden für Blindanwendungen verwendet, während selbstklemmende Verbindungselemente und Vollniete einen Zugang von beiden Seiten erfordern. Die Art des erforderlichen Werkzeugs und damit die möglichen Befestigerarten können auch durch den um die Verbindungsstelle herum verfügbaren Platz beeinflusst werden.

Kostenüberlegungen

Beurteilen Sie die Gesamtkosten, nicht nur den Einzelpreis des Befestigungselements. Dazu gehören die Kosten für das Befestigungselement selbst, die für die Installation erforderlichen Spezialwerkzeuge, die Arbeitszeit pro Installation und die potenziellen Kosten im Zusammenhang mit Nacharbeiten oder Fehlern. Selbstbohrende Schrauben haben zwar höhere Stückkosten, können aber den Arbeitsaufwand erheblich reduzieren. Selbstklemmende Befestigungselemente erfordern möglicherweise Investitionen in Pressvorrichtungen, bieten aber eine hohe Zuverlässigkeit.

Umweltfaktoren

Die Betriebsumgebung und die Umweltbedingungen beeinflussen die Wahl des Materials und der Oberfläche. Berücksichtigen Sie die Einwirkung von Feuchtigkeit, Salznebel, Chemikalien, extremen Temperaturen und UV-Strahlung. Für korrosive Umgebungen können Befestigungselemente aus Edelstahl oder mit entsprechenden Schutzbeschichtungen (z. B. Verzinkung, Passivierung) erforderlich sein. Die Temperatur kann die Festigkeit und Kompatibilität der Materialien beeinflussen.

Gewünschte Lebensdauer und Wartung

Entscheiden Sie, ob es sich um eine dauerhafte Verbindung handelt oder ob sie für die Wartung oder den Austausch demontiert werden soll. Nieten und Schweißbefestigungen werden für dauerhafte Verbindungen verwendet. Schrauben, Käfigmuttern und Gewindeeinsätze erleichtern die Demontage und den Wiederzusammenbau, aber die von den Blechschrauben erzeugten Gewinde können mit der Zeit nachlassen.

Ästhetische Anforderungen

In einigen Fällen, in denen es auf Ästhetik ankommt (z. B. bei Unterhaltungselektronik und architektonischen Paneelen), ist die Wahl des Befestigungselements und des Schraubentyps von Bedeutung. Einige der Faktoren sind, ob der Schraubenkopf sichtbar oder verdeckt sein soll, ob eine bündige Oberfläche auf einer oder beiden Seiten erforderlich ist, die Art des Kopfes und die Farbe/Beschaffenheit des Kopfes. Einige der Befestigungselemente, wie z. B. selbstklemmende Schrauben oder Senkkopfnieten/-schrauben, bieten minimale oder sogar bündige Kopfkonfigurationen.

TZR: Experte Bleche Lösungen für Befestigungen

TZR ist führend in der Blechfertigung und verfügt über fundierte Fachkenntnisse in Bezug auf die entscheidende Rolle von Verbindungselementen für die Produktintegrität. Wir arbeiten in den Bereichen Automobil, medizinische Geräte, 3D-Druck und erneuerbare Energien und sind auf Stahl, Edelstahl, Aluminium, Kupfer und Messing spezialisiert.

Unsere Dienstleistungen umfassen Präzisionsumformung, Schneidedienstleistungen wie Laserschneiden, Plasmaschneiden und CNC-Stanzen, um eine perfekte Produktion von Verbindungselementen zu gewährleisten. Wir halten einen hohen Qualitätsstandard von 98% unserer Produkte, die die ISO 9000 zertifizierten Kunden erfüllen. Unsere DFM-Prüfer verfügen über 30 Jahre Erfahrung und kennen Ihre Anwendungsanforderungen und Bedürfnisse, um in Zusammenarbeit die besten und kostengünstigsten Befestigungslösungen anzubieten. Partner mit TZR die robuste, zuverlässige, und halten Sie sich an die höchste Qualität Blechbefestigungen.

Bewährte Praktiken für Befestigungsmittel Einrichtung

Unabhängig von der Art des Befestigungselements ist die Einhaltung bewährter Praktiken bei der Montage entscheidend für das Erreichen der beabsichtigten Verbindungsleistung und die Vermeidung von vorzeitigen Ausfällen.

Vorbereiten des Werkstücks

Die Befestigungslöcher müssen die richtige Größe und Form haben und an der vom Hersteller der Befestigungsmittel empfohlenen Stelle angebracht sein. Die Bohrungstoleranzen sind oft kritisch. Es sollten keine großen Grate vorhanden sein, die den korrekten Sitz der Löcher behindern könnten. Die Umgebung des Lochs sollte frei von Verunreinigungen wie Öl, Schmutz und übermäßigem Zunder sein, die die Verbindung oder die nächsten Bearbeitungsschritte beeinträchtigen könnten. Das Werkstück sollte während der Installation ordnungsgemäß abgestützt werden, um eine Verformung des Werkstücks zu vermeiden.

Die Auswahl der richtigen Werkzeuge

In den meisten Fällen empfiehlt es sich, die vom Hersteller der Befestigungsmittel empfohlenen oder empfohlenen Einbauwerkzeuge zu verwenden. Dazu gehören Pressen mit ausreichender Tonnage und mit paralleler Bewegung für selbstklemmende Verbindungselemente, das richtige Mundstück und die richtige Zugkraft für Blindnieten, die richtige Schweißausrüstung und die richtigen Einstellungen für Schweißverbindungselemente und kalibrierte Drehmomentschlüssel oder -schrauber für Schraubverbindungselemente. Ein weiterer Faktor, der zu Montageproblemen führt, ist die Verwendung von falschem oder beschädigtem Werkzeug.

Richtige Installationstechniken

Es ist wichtig, dass der Einbau buchstabengetreu nach den Anweisungen des Herstellers durchgeführt wird. Bei Einpress-Verbindungselementen (selbstklemmend, Einsätze) ist die Kraft in axialer Richtung aufzubringen und gleichmäßig zu verteilen, bis das Verbindungselement vollständig eingeführt ist. Hämmern" Sie nicht auf Clinch-Verbindungselemente. Bei Nieten ist es wichtig, den richtigen Stauchzustand zu erreichen. Bei Schrauben ist darauf zu achten, dass sie in einer geraden Bewegung gedreht werden und keine hohe Geschwindigkeit angewendet wird, da dies zu einer Erhitzung oder zum Ausreißen des Gewindes führen kann.

Drehmomentkontrolle

Bei Verbindungselementen mit Gewinde (Schrauben, Bolzen, Gewindeeinsätze) ist es entscheidend, das richtige Anzugsdrehmoment anzuwenden. Ein zu geringes Anzugsdrehmoment führt zu lockeren Verbindungen und kann bei Vibrationen oder Belastung versagen. Ein zu starkes Anziehen kann zu Gewindeschäden, zum Bruch des Befestigungselements oder sogar zur Beschädigung des Blechs führen. Verwenden Sie geeichte Drehmomentmessgeräte und stellen Sie sicher, dass das Drehmoment innerhalb der empfohlenen Werte liegt.

Inspektion und Qualitätskontrolle

Nach dem Einbau ist das Verbindungselement visuell auf korrekten Sitz, Bündigkeit (falls erforderlich) und Anzeichen von Schäden am Verbindungselement oder am umgebenden Material (Risse, Verformung) zu prüfen. Führen Sie bei kritischen Anwendungen Stichprobentests durch (z. B. Ausdrück- oder Drehmomenttests für Durchsetzungsbefestigungen, Drehmomentprüfungen für Gewindeverbindungen), um die Unversehrtheit der Installation anhand der angegebenen Anforderungen zu überprüfen.

Häufig zu vermeidende Fehler

• Falsche Lochgröße oder Toleranz (zu groß führt zu schlechtem Halt; zu klein kann Befestiger oder Blech beschädigen).
• Verwendung eines Befestigungsmittels, das nicht für die Art oder Härte des Blechmaterials geeignet ist.
• Überschreitung der für das Befestigungselement angegebenen Mindestblechdicke oder des Klemmbereichs.
• Nicht-axiale Anwendung der Montagekraft (kann das Befestigungselement oder die Bohrung beschädigen).
• Verwendung einer zu hohen Montagekraft oder einer unzureichenden Kraft/Verweilzeit.
• Unsachgemäße Werkstückauflage führt zu Verformungen.
• Der Versuch, Clinchbefestigungen aus Edelstahl in Edelstahlbleche einzubauen, ohne die Kompatibilität mit der Härte zu überprüfen (die Befestigung muss härter sein).
• Über- oder Unterdrehen von Schrauben.

Schlussfolgerung

Die effektive Auswahl und Montage von Befestigungselementen für Bleche ist entscheidend für die Produktqualität, da sie die Konstruktion mit der Präzision der Fertigung verbindet. Das Verständnis der Arten von Befestigungselementen, der Auswahlfaktoren und der besten Praktiken für den Einbau ist unerlässlich.

Die theoretischen Kenntnisse müssen jedoch durch eine sorgfältige Ausführung während der Fertigungs- und Montagephasen ergänzt werden. Die Einhaltung bewährter Verfahren, korrekte Werkzeuge und eine strenge Qualitätskontrolle sind obligatorisch. Durch die sorgfältige Berücksichtigung der Anwendungsanforderungen und die Einbindung von Experten in der Fertigung können Ingenieure und Hersteller sicherstellen, dass Blechbaugruppen die angestrebten Leistungs-, Kosten- und Langlebigkeitsziele erfüllen. Die ordnungsgemäße Befestigung ist nicht nur ein Montageschritt, sondern ein Eckpfeiler der Produktqualität.