DE102005037914B3

DE102005037914B3 - Verfahren zum Setzen von Stanznieten

Info

Publication number: DE102005037914B3
Application number: DE102005037914A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Berndl; Marc Reinstettel
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-08-10
Filing date: 2005-08-10
Publication date: 2007-03-08
Anticipated expiration: 2025-08-11
Also published as: WO2007017105A1; JP2009504408A; US20080120824A1; EP1912753A1; US7716804B2; EP1912753B1

Abstract

Um eine Reduzierung der Setzkräfte beim Stanznieten zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die bisher vom Niederhalter ausgeübte Klemmkraft nunmehr durch den Stanzniet selbst auf Grund einer auf den Stempel ausgeübten Kraft zu ersetzen. Die Klemmkraft bewegt sich hierbei in bekannten Größenordnungen, während die Setzkraft um 20 % verringert werden konnte.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Das Stanznieten ist seit Jahren auch in der Automobiltechnik bekannt. Üblicherweise werden Aluminiumbleche mit Hilfe von Stanznieten im Überlappstoß verbunden.
Das hierzu geeignete Stanznietwerkzeug besteht in der Regel aus einem C-förmigen Rahmen, wobei auf der einen Seite eine Matrize und auf der anderen Seite ein hydraulisch oder pneumatisch verfahrbarer Stempel vorgesehen ist, der von einem Niederhalter umschlossen ist. Derartige Stanznietzangen werden üblicherweise an Robotern befestigt, die dann die Stanznietzange an die Befestigungsstelle fahren.
Zum Setzen eines Stanznietes wird dieser vor dem Stempel gelagert. Dann fährt ein Niederhalter herunter und drückt die beiden zu verbindenden Bleche an der Nietstelle gegeneinander dadurch, dass er die Bleche auf die Matrize drückt. Anschließend wird unter Aufrechterhaltung der Klemmkraft des Niederhalters der Stanzniet in die beiden zu verbindenden Bleche getrieben.
Hierbei werden Kräfte von 30 kN und mehr benötigt. Die Klemmkräfte bewegen sich in der Größenordnung von 6–7 kN.

Eine derartige Anlage beschreibt beispielsweise die US-A 5,752,305. Hier werden Klemmkräfte von einigen 100 N bis zu 15 kN als üblich bezeichnet, wobei bei Klemmkräften in einer derartigen Höhe gemäß dem US-Patent ein Tiefziehvorgang in den Blechen im Bereich der Stanznieten vermieden werden soll, was sich in der Praxis aber als nicht zutreffend herausgestellt hat.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Verwendung der bisher bekannten Stanznietzangen ein Verfahren zum Setzen von Stanznieten vorzuschlagen, mit dem eine Reduzierung der Fügekräfte möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelöst.

Im Gegensatz zum Stand der Technik wird nun kein Niederhalter mehr verwendet, der die zu fügenden Bleche zusammenpresst, sondern, das Zusammendrücken der Bleche vor dem eigentlichen Setzvorgang geschieht über den Stempel und den Stanzniet selbst. Der nach wie vor vorhandene Niederhalter dient nur noch zur Nietführung während der Zufuhr des Stanzniets zur Oberfläche der zu verbindenden Bauteile durch den Stempel. Er kann aber keine Klemmkraft mehr aufbringen, da er die zu verbindenden Bauteile nicht mehr berührt. Es hat sich hierbei überraschenderweise herausgestellt, dass die über den Niet aufzubringende Klemmkraft geringer ist als bisher und dass auch die Setzkraft, die Kraft also, mit der der Stanzniet in die Bleche/Bauteile getrieben wird, wesentlich verringert werden kann. Damit tritt weniger Werkzeugverschleiß aufgrund der kleineren Fügekräfte auf, auch kann der Stanznietbügel selbst hinsichtlich Gewicht und damit Materialkosten minimiert werden. Damit können auch Roboter kleiner Tragkraft eingesetzt werden.

Die DE 198 16 198 C2 beschreibt ein Nietverfahren, bei dem der Niet gleichzeitig als Stanznadel dient, sich also sein Loch selber stanzt. Anschließend wird in üblicher Weise ein Schließkopf gesetzt. Hierzu wird kein Niederhalter verwendet, da bei dem üblichen Nieten mit Setzen eines Schließkopfes das Zusammendrücken der zu verbindenden Bleche beim Setzen des Schließkopfes geschieht.

Die DE 198 16 198 C2 beschreibt also kein Stanznieten, bei dem bei Verwendung eines Vollniets das untere Blech verformt und in Nuten des Vollniets gepresst wird. Beim Stanznieten unter Verwendung eines Halbhohlnietes tritt dieser nicht aus dem unteren Blech aus, sondern wird im unteren Blech gespreizt.

Der Fachmann ist bisher davon ausgegangen, dass beim Stanznieten die zu verbindenden Bleche vorher zusammengedrückt werden müssen, bevor der Stanzniet gesetzt wird, damit die Bleche spaltlos aufeinander liegen. Auch wurde der Niederhalter früher zusätzlich benötigt, da der Stempel, der den Stanzniet in die zu verbindenden Bauteile eintreibt, nicht hydraulisch, sondern mechanisch betätigt wurde und dementsprechend die Stempelkraft nur zwischen Null und einem Maximalwert eingestellt werden konnte.

Die Unteransprüche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens.

Es ist allgemein bekannt, die mittels Stanzniet zu verbindenden Bleche auch gleichzeitig dadurch zu verkleben, indem vor dem Setzen des Stanznietes Klebstoff punkt- oder streifenförmig auf die beiden Innenseiten der verbindenden Bleche/Bauteile aufgetragen wird. Um den Klebstoff vor dem Stanznieten auf die Blechoberflächen zu verteilen, wird gemäß Anspruch 2 eine Wartezeit bei einer konstanten Klemmkraft eingestellt. Ein Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die sonst bei Verwendung eines Niederhalters zum Klemmen und damit Verteilen des Klebstoffs aufgetretenen Luftkanäle im zwischen den Blechen verteilten Klebstoff nun nicht mehr auftreten.

Alternativ kann gemäß Anspruch 3 die Klemmkraft in ihrer Höhe verändert werden.

Die Ansprüche 4 und 5 beschreiben Bereiche für die Wartezeit und für die Klemmkraft bei der Verbindung zweier Aluminiumbleche üblicher Konfiguration, wie sie im Automobilbau eingesetzt werden.

Es sei nochmals daran erinnert, dass gemäß der Erfindung die Klemmkraft ausschließlich über den Stanzniet auf die zu verbindenden Bleche/Bauteile ausgeübt wird und nicht – wie in der Praxis – über den Niederhalter.

Im folgenden Beispiel wird der bisherige Stanznietvorgang kurz dargestellt und mit dem erfindungsgemäßen verglichen.

Zwei zu verbindende Bleche werden in bekannter Weise eingespannt. Dann wird eine an einem Roboter befestigte Stanznietzange zu der Verbindungs stelle gefahren. Die Stanznietzange ist in üblicherweise an einen Nietenvorrat und eine Nietzuführeinrichtung angebunden.

Nachdem ein Stanzniet in üblicherweise einer handelsüblichen Stanznietzange zugeführt und vor dem Stempelkopf positioniert wurde, wird bei den bekannten Stanznietvorgängen der Niederhalter herunter gefahren, so dass er die zu nietenden Bleche zusammenpresst. Hierdurch wird der vorher auf den Innenseiten der zu verbindenden Bleche aufgebrachte Klebstoff verteilt. Hierzu werden Klemmkräfte von 2 bis 10 kN über den Niederhalter für einen Zeitraum 0,1 bis 2 sec. aufgebracht.

Anschließend fährt der Stempel mit dem vorgelagerten Stanzniet auf die Bleche und durchdringt das obersten Blech, während er aufgrund der Matrize unter dem untersten Blech im untersten Blech aufgeweitet wird, ohne aus diesem Blech herauszutreten. Dieser Vorgang dauert ca. 0,5 sec.. Hierbei werden Setzkräfte von bis zu 90 kN, je nach Blechmaterial und -stärke aufgebracht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in bekannter Weise ebenfalls ein Stanzniet vor den Stempelkopf zugeführt. Anschließend fährt zwar auch der Niederhalter in Richtung auf die Blechoberfäche des obersten Bleches, gleichzeitig fährt aber auch der Stempel mit dem Stanzniet in die gleiche Richtung und zwar so weit, dass der Stanzniet die Blechoberflache berührt, während der Niederhalter kurz vor Erreichen des obersten Bleches angehalten wird. Dann wird für 0,1 bis 2 sec. über den Stanzniet eine Klemmkraft von 2 bis 10 kN aufgebracht. Diese Klemmkraft dient dazu, den Klebstoff zwischen den Blechen zu verteilen.

Anschließend wird die auf den Stanzniet ausgeübte Klemmkraft bis zur Setzkraft der Stanzniet auf bis zu 75 kN erhöht, so dass der Stanzniet in die zu verbindenden Bleche eingetrieben wird.

Da in üblicher Weise eine Matrize unter dem untersten Blech vorhanden ist, wird der Stanzniet niet innerhalb des untersten Bleches in üblicher Weise aufgeweitet, ohne aus diesem Blech auszutreten.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand eines Beispiels erläutert. In jedem Beispiel wird jeweils für das Stanznieten nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung das gleiche Material, der gleiche Stanzniet und der gleiche Klebstoff verwendet. Beispiel 1:

Oberes Blech-Material: AC-300 (Aluminium 6060), Blechdicke: 2,5 mm,

Unteres Blech-Material: H 220 LAD (Stahl), Blechdicke: 1,42 mm,

Klebstoff zwischen den Blechen: Betamate 1480,

Halbhohlstanzniet aus Stahl, C-Geometrie, 5,3 × 5 mm, Härte 4 Stanznietverfahren:

Stand der Technik: Erfindung:

Klemmkraft über Niederhalter: Klemmkraft über Stanzniet:

6 kN, 6 kN,

Setzkraft: 43 kN Setzkraft: 34 kN

Beispiel 2:

Oberes Blech-Material: ZSTE 420 BH (Stahl), Blechdicke: 1,0 mm,

Unteres Blech-Material: EN AW 5454 (Aluminium), Blechdicke: 1,2 mm,

Klebstoff zwischen den Blechen: Betamate 1496,

Halbhohlstanzniet aus Stahl, C-Geometrie, 5,3 × 5 mm, Härte 4 Stanznietverfahren:

Stand der Technik: Erfindung:

Klemmkraft über Niederhalter: Klemmkraft über Stanzniet:

6 kN, 6 kN,

Setzkraft: 50 kN Setzkraft: 40 kN
Wie diese beiden Beispiele zeigen, kann gemäß der Erfindung die Setzkraft um über 20% reduziert werden. Auch hat sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Klebstoff wesentlich gleichmäßiger zwischen den Blechen verteilt wird. Die bisher im Stand der Technik beobachteten Luftkanäle in der Klebstoffschicht sind wesentlich reduziert bzw. nicht mehr aufgetreten.

Claims

Verfahren zum Setzen von Stanznieten zum Verbinden mindestens zweier Bleche mit Hilfe einer Stanznietzange mit einem Stempel, wobei der zu setzende Stanzniet vom Stempel durch die zu verbindenden Bleche gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bleche ausschließlich über den zu setzenden Stanzniet vor dem Setzen des Stanznietes zusammengedrückt werden, so dass ein evtl. vorhandener Spalt zwischen den zu verbindenden Blechen nahezu aufgehoben wird und dass dann erst der Stanzniet gesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen den zu verbindenden Bleche ein Klebstoff vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zusammendrücken mit dem zu setzenden Stanzniet eine Wartezeit bei konstanter Klemmkraft eingestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei zwischen den zu verbindenden Bleche ein Klebstoff aufgetragen ist, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zusammendrücken mit dem zusetzenden Stanzniet eine Wartezeit bei veränderbarer Klemmkraft eingestellt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeit im Bereich von 0,1 bis 2 sec. liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkraft während der Wartezeit im Bereich von 2 bis 10 kN liegt.