Flow drilling screwdriving is a joining process in which a special screw is inserted directly into metallic materials without pre-drilling. The combination of axial pressure and high rotational speed generates frictional heat that plasticizes the material. The screw penetrates the material, forming a flow hole and a metric thread, resulting in a high-strength, detachable joint.
WEBER-Technology
What you should know about flow drilling screwdriving
What flow drilling screwdriving means
Flow drilling screwdriving is used wherever different materials, one-sided accessibility, and high process reliability are required.
Areas of application for flow drilling screwdriving
Automotive and e-mobility industry
For body components, battery housings, and high-voltage components, flow drilling screwdriving is the preferred joining technology.
Household appliance industry
Ideal for strong, durable screw connections with various sheet metal thicknesses and material combinations
Aerospace industry
Lightweight construction particularly benefits from this one-sided, chipless joining process.
Mechanical engineering
When precise, detachable joints with high load capacity are required.
Process sequence of flow drilling screwdriving
Phase 1: Frictional heating
The sheet is heated by the combination of contact force and high rotational speed. The friction generates sufficient heat to plastically deform the material.
Phase 2: Material penetration
The conically shaped screw tip penetrates the softened metal and begins forming a flow hole — entirely without pre-drilling.
Phase 3: Formation of the bushing
As the screw continues to penetrate, a cylindrical bushing is formed in the material, creating the basis for subsequent thread formation.
Phase 4: Thread forming
In the next step, a metric, gauge-compliant internal thread is formed directly in the component through chipless thread forming.
Phase 5: Screw insertion
The screw is fully driven through the formed thread.
Phase 6: Anziehen auf Drehmoment
Finally, the screw is tightened with the defined torque, creating a high-strength, detachable joint.
Advantages of WEBER technology in flow drilling
WEBER relies on several patented functions in flow drilling screwdriving that make the process significantly more efficient and robust.
Patented WEBER depth gradient:
For process-reliable screwdriving, the optimal coordination of force and rotational speed is crucial: high values are required during flow drilling, while lower forces are needed during subsequent thread forming. Thanks to the patented WEBER depth gradient, the system automatically detects the material breakthrough and precisely switches between the processing phases—regardless of material thickness or component gaps.
As shown in the diagram, the gap between the materials to be joined causes the distance x₁ to differ from x₂. Nevertheless, in the screwdriving curve, g₁ = g₂ remains constant.
Patented WEBER Boost function:
Fluctuations in material strength and thickness can cause parameter sets defined in the laboratory to no longer function optimally in production practice. Up to now, readjustment has been a very time-consuming process that must be repeatedly adapted to the current production conditions. To solve this problem, the C50S controller uses the Boost function of the RSF25: it automatically increases both axial force and rotational speed until the depth gradient is reached.
The diagram shows three screwdriving cases: screw 1 with material at nominal thickness, screw 2 with material at the lower tolerance limit, and screw 3 with material at the upper tolerance limit.
Automatic pilot hole compensation:
The screw is guided by the jaws until the screw tip and shank have penetrated the material, regardless of the pilot hole depth. The jaws then open, and the screwdriving process can begin.
The advantages:
- Simplified spare parts management through standardized variants
- Increased process availability
- Reduced NIO rate (non-OK parts)
- Reduced wear
The diagram shows how the screwdriver first approaches the sheet (1). The jaws remain closed (2). Then the screw tip penetrates the material (3). Only then do the jaws open (4).
Structure of the WEBER RSF screwdriving system
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More InformationLearn more about the structure of the RSF screwdriving system for flow drilling screwdriving.
Questions and answers about flow drilling screwdriving
Ist die fließlochformende Verschraubung auch in Kombination mit Klebstoff möglich?
Ja, das ist möglich. Es muss darauf geachtet werden, dass bei Verschraubungen mit Vorlöchern im Bereich des Vorlochs selbst kein Kleber aufgetragen wird, da sich die Spindel selbst verkleben könnte.
Welche Taktzeiten sind beim fließlochformenden Verschrauben erreichbar?
Beim fließlochformenden Verschrauben sind Taktzeiten ab 1,6 Sekunden realisierbar – inklusive Zustellbewegung und Verschraubung.
Mit der Hochgeschwindigkeitsbremse BR-H kann die Zuführgeschwindigkeit der Schrauben von 10 m/s auf bis zu 30 m/s erhöht werden. Dadurch ist das Zuführen selbst bei langen Zuführstrecken von bis zu 20 Metern kein limitierender Faktor im Prozess.
Gibt es Test- oder Musterprojekte mit WEBER-Schraubsystemen?
Ja, in unserem Competence Center führen wir regelmäßig Versuchsreihen und Kundenprojekte durch – inklusive Dokumentation und Serienüberführung.
Wie zuverlässig ist die Prozessüberwachung bei automatisierten Systemen?
Unsere Schraubsysteme verfügen über umfangreiche Überwachungstechnik. Abweichungen im Prozessverlauf werden direkt detektiert, visualisiert und dokumentiert.
Ist die fließlochformende Verschraubung wirtschaftlich für die Serienfertigung?
Ja, die hohe Automatisierbarkeit und der Wegfall vorbereitender Arbeitsschritte machen das Verfahren äußerst wirtschaftlich – insbesondere bei hohen Stückzahlen.
Können auch Mischverbindungen (z. B. Stahl-Alu) fließlochverschraubt werden?
Ja, das Verfahren ist für unterschiedliche Materialkombinationen einsetzbar – sowohl Aluminium-Stahl als auch weitere Mischbauweisen sind möglich.
Für welche Werkstoffe ist die fließlochformende Verschraubung geeignet?
Das Verfahren eignet sich für dünnwandige Metalle, insbesondere Aluminium, Stahl, Guss und Mischmaterialien. Voraussetzung ist eine ausreichende Duktilität des Materials.
Durch Weiterentwicklung der Fügeelemente und Schraubtechnik sind Stahlbleche sind bis 1.200 MPa bei fügbar. Zum Beispiel ein 1,5 mm DP1000 Blech auf 3 mm Alu.
Gibt es eine Möglichkeit zur Stabilisierung beim robotergeführten Fließlochschrauben?
Eine Herausforderung bei der fließlochformenden Verschraubung ist die seitliche Belastung der Schrauben aufgrund des „Roboterschiebens“: Durch die hohen Prozesskräfte (bis 5 kN) und teilweise zusätzlich einer ungünstigen Gelenkposition der Roboterarme kann eine seitliche Scherkraft auf die Schraube wirken, die bis zum Bruch führen kann. Durch einen Signalaustausch der WEBER-Steuerung mit der KUKA-Robotersteuerung kann diese Querkraft über dynamische Kompensation der der Roboterposition verhindert werden. Alternativ bietet WEBER ein mechanisches Modul zur Kompensation der Querkraft durch Translationsbewegung an, das einfach nachgerüstet werden kann.
In welche Richtung lässt ist das Fließlochschrauben möglich?
Das Fügen von Fließlochschrauben kann in 360° bzw. in allen Richtungen erfolgen. Die Schrauben werden im Schraubsystem so fixiert, dass sie bei Überkopfverschraubungen nicht in den Zuführschlauch zurückfallen können.
Wie finde ich heraus, ob mein Bauteil für das Verfahren geeignet ist?
Wir bieten technische Beratung und Machbarkeitsanalysen an. Auf Wunsch führen wir auch Vorversuche oder Bemusterungen mit Ihrem Originalbauteil durch.
Welche Qualitätssicherungsmaßnahmen gibt es beim fließlochformenden Schrauben?
Durch integrierte Sensorik des Schraubsystems werden Prozessparameter wie Eindringtiefe, Gradienten, Drehmoment und Drehwinkel in Echtzeit überwacht und ggf. nachgeregelt. So lassen sich fehlerhafte Verschraubungen zuverlässig erkennen bzw. und durch automatische Anpassung der Parameter vermeiden („Boost-Funktion“).
Wie tief muss ein Bauteil sein, damit es fließlochverschraubt werden kann?
Die Mindestblechstärke hängt vom Schraubentyp ab. In der Regel sind Materialstärken ab ca. 1 mm geeignet. Genaue Anforderungen ergeben sich aus der jeweiligen Applikation.
Die max. Materialdicke kann bis zu 10 mm und mehr betragen.
Ist die fließlochformende Verschraubung für den Leichtbau geeignet?
Ja, gerade im Leichtbau spielt das Verfahren seine Vorteile aus: geringe Bauteildicken, hohe Festigkeit und geringe thermische Belastung des Werkstücks.
Wie unterscheidet sich das fließlochformende Schrauben von herkömmlichen Fügeverfahren?
Im Gegensatz zu Verfahren wie dem Schweißen oder Nieten benötigt die fließlochformende Verschraubung keinen Zugang von beiden Seiten und keine Vorbohrung. Sie erzeugt eine belastbare, lösbare Verbindung in einem einzigen automatisierten Arbeitsgang.
WEBER Schraubautomaten
WEBER Schraubautomaten GmbH is a family-run and innovative company that attaches great importance to the sustainable design of the value chain. The result is high-quality products with maximum process reliability that make production processes more efficient. Your success is our success.
