Heißnieten zur Umformung von Kunststoffen

Die ständig wachsende Anzahl von Kunststoffmaterialien ist nur einer der Gründe, warum das Verfügen von Kunststoffen ein so wichtiges Thema für Prozesse in der Produktentwicklung und Fertiglösungen ist. Immer mehr neue Materialien werden entwickelt, die den steigenden Anforderungen im Leichtbau, in der Kosten- und Energieeffizienz sowie der Schonung von Ressourcen gerecht werden. Durch diese Entwicklung entstehen immer mehr Mischmaterialien, sodass die Notwendigkeit von Fügeprozessen wie das Kleben und Vernieten von Kunststoffen ständig an Bedeutung gewinnt.

In der Verarbeitung von Kunststoff gibt es zahlreiche Varianten, die für die unterschiedlichen Anwendungsgebiete und Kunststoffarten geeignet sind. Von besonderer Bedeutung sind hier die Füge- sowie die Urform- und Umformverfahren. Die Technologie des Heißnietens stellt eine besonders schonende und kostensparende Methode der Umformung thermoplastischer Kunststoffe dar.

Verfahren und Methoden der Verarbeitung von Kunststoffen

Der Begriff der Kunststoffverarbeitung beinhaltet die Fertigung von verschiedenen Produkten aus Kunststoffen und Hybriden. Dabei geht es vor allem um die Erstellung von Fasern, Formteilen, Folien und Halbzeugen. Grundlage für die Verarbeitung von Kunststoffen sind von der Chemieindustrie hergestellte Granulate, Pulver oder Platten. Unterschieden wird zwischen Verfahren zur Urformung, Umformung und Fügen. Die Extrusion und das Spritzgießverfahren zählen zu den wichtigsten Techniken des Urformens. Zudem sind das Schäumen, das Blasformen sowie das Rotationsformen wesentliche Verfahren der Urformung. Kleben und Schweißen hingegen gehören zu den bedeutendsten Fügeverfahren im Bereich des Kunststoffformens. Auch im Umformen gibt es unterschiedliche Techniken. Eine immer größere Rolle in der Verarbeitung von Thermoplasten spielt hier das sogenannte Heißnieten. 

Was ist Heißnieten?

Die Technik des Heißnietens ist auch als Warmumformen oder Heißverstemmen bekannt. Hier handelt es sich um ein stoff- oder formschlüssiges Fügeverfahren, das als nicht lösbar gilt. Und so funktioniert es: Ein Kunststoffbauteil aus einem thermoplastischen Material bekommt beim Spritzguss Dome, darauf wird dann der Fügepartner aufgesteckt. Anschließend werden die Dome geschmolzen und mithilfe eines Stempels umgeformt. Dies hat den Vorteil, dass keine Verbrauchsmaterialien wie beispielsweise Schrauben benötigt werden, wodurch sich sowohl logistischer Aufwand als auch Kosten sparen lassen. Im Gegensatz zu unter anderem Kunststoff-Schraubverbindungen fallen beim Heißnieten für Kunststoffe und Hybridverbindungen auch keine Späne an, was es zu einem besonders sauberen Prozess macht.

Vorteile des Heißnietens im Gegensatz zum herkömmlichen Nieten

Bereits seit mehreren Jahrzehnten werden Nieten in verschiedenen Branchen der Industrie eingesetzt. Nieten sind die Verbindung zwischen zwei oder mehreren Bauteilen und stellen durch die ständige Fixierung eine lange anhaltende Funktion des Endprodukts dar. Ob ein Produktionsprozess mit herkömmlichen oder mit Heißnieten realisiert wird, ist primär abhängig von den Eigenschaften des künftigen Produkts sowie den Anforderungen an dasselbe. 

Herkömmliche Nieten – eine Verbindung durch mechanische Einwirkung

Nieten haben prinzipiell den gleichen Aufbau. An einem Ende befindet sich der bereits vorhandene Setzkopf, am anderen wird im späteren Verlauf der Schließkopf hergestellt. Metallnieten werden in der Regel mechanisch umgeformt, dabei kommt es dazu, dass der Schließkopf sich ergibt. Dieses Umformverfahren zählt zu den Fügeverfahren. In den beiden Bauteilen befinden sich Öffnungen, durch die eine Niete gesteckt wird. Am Ende dieses Vorgangs liegt der Setzkopf komplett am Material an. Auf der anderen Seite ragt dann die Niete sozusagen ohne Kopf heraus. Anschließend wird mit einer speziellen Vorrichtung der Schließkopf erzeugt. Dabei übt die Vorrichtung Druck auf die Niete aus, was häufig in Kombination mit einer Rotation erfolgt. Die Niete wird zusammengepresst und kommt in eine halbrunde Form, bis das Maß erreicht ist, dass beide Bauteile fest miteinander verbunden werden können.

pixabay © Feiern1 (CCO Creative Commons)-Heißnieten ist eine kosten- und materialsparende Technik der Kunststoffumformung.

Vorteile und Nachteile der herkömmlichen Nieten

Beim herkömmlichen Verfahren werden große Kräfte generiert, die auf die Nieten einwirken. Dabei kann es zu einer sehr hohen Belastung des ursprünglichen Materials kommen. Mechanisch umgeformte Nieten tendieren außerdem zu einer relativ hohen Fehlerquote durch Materialermüdung oder Abreißen. Der Vorteil der herkömmlichen Technik ist, dass das Umformen in relativ kurzer Zeit erfolgt und Kosten einspart.

Heißnieten als dauerhafte Verbindung von Kunststoffen

Im Gegensatz zum herkömmlichen Verfahren wird beim Heißnieten ein völlig anderer Prozess angewandt. So werden die Nieten zunächst erhitzt und dann geformt. Jedoch sind die Schritte ähnlich wie bei der herkömmlichen Technik. Die Kunststoffnieten werden zusammen mit den Bauteilen in eine Maschine eingelegt. Mithilfe eines speziellen Werkzeugs werden die Nieten erhitzt und geformt. Nach der Formung kühlen die Nieten ab. Der Vorteil bei diesem Verfahren ist, dass die Nieten nicht mit mechanischer Kraft in Form gebracht werden müssen, sondern infolge der Hitze ganz einfach in die vorgesehene Form des Schließkopfs gebracht werden können. Die Nieten und Produkte werden dabei deutlich weniger belastet. Überdies sorgt die gleichmäßige Erwärmung für eine gleichmäßige Umformung der Nieten, was beim späteren Produkt eine maximale und permanente Festigkeit gewährleistet.

Anwendungsgebiete des Heißnietens

Das Verfahren des Heißnietens von Kunststoffen erfüllt höchste Qualitätsansprüche und kommt in zahlreichen Branchen der Industrie zum Einsatz. Typische Anwendungen sind unter anderem das permanente Fixieren von Leiterplatten an oder in Gehäusen. Die Vorfixierung eines Bauteils, wie etwa eines Stanzgitters oder einer Stromschiene, kann ebenfalls mithilfe der Technik des Heißnietens erfolgen. Bauteile können nach dem Auftragen von Kleber durch das Heißnietverfahren nachfixiert werden, beispielsweise um ihre Sicherheit während eines Transports zu erhöhen. In sehr vielen Fällen kommt es für Verbindungen zum Einsatz, die in einem Fahrzeug mit klimatischen und Vibrationsbelastungen eine lange Lebensdauer aufweisen müssen. Auch bei der Fertigung von Mikroelektronikbauteilen, Kühlplatten und Isolatoren wird das Verfahren des Heißnietens häufig verwendet. Aus der Automobilindustrie ist die Technik nicht mehr wegzudenken. Ob Steuergeräte, Schließsysteme, Fahrassistenzsysteme, die Anfertigung von Motoren und Batterien und vieles mehr – überall wird das Heißnieten von Kunststoffen erfolgreich angewandt.

Fazit

Beim Heißnieten handelt es sich um eine Form der Kunststoffverarbeitung, die als formschlüssig, unlösbar und besonders kostensparend gilt. Das thermische Verfahren eignet sich für Kunst- und Hybridstoffe aller Art. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine Schrauben benötigt werden und weder Späne noch Staub anfallen. Damit ist das Heißnieten nicht nur ein schonendes, sondern ebenso ein wirtschaftliches und nachhaltiges Verfahren.

Beitrag verfasst von Nina Berger.

pixabay © Blisko Przyrody (CCO Creative Commons) – Kunststoff lässt sich auf verschiedene Weise verarbeiten.

pixabay © Feiern1 (CCO Creative Commons)