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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Vollstanznietes nach dem Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Werkzeug zur Herstellung eines Vollstanznietes nach dem Patentanspruch 7.
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Stanzprägenieten werden zur Verbindung von flachen Werkstücken, insbesondere von Blechen eingesetzt. Dabei wird der Stanzniet unter gleichzeitiger Ausbildung zweier Stanzlöcher mit seinem Schaft durch die Werkstücke gepresst. Nahe seines Schaftendes weist der Schaft wenigstens eine Schaftnut auf, in welche das Material des in Stanzrichtung gesehenen unteren Werkstücks während des Stanzvorgangs gepresst wird.
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Derartige Stanznieten werden insbesondere im Automobilbereich über automatisierte Nietsetz-Vorrichtungen (so genannte Nietaugen) durch die Werkstücke gesetzt, wie beispielsweise in der
DE 10 2004 011 846 A1 offenbart. Um die hierfür erforderlichen geringen Maßtoleranzen gewährleisten zu können, werden solche Stanznieten im Stand der Technik durch spanabhebende Verfahren, insbesondere mittels Drehen gefertigt. Diese Verfahren erweisen sich jedoch als sehr kostenintensiv, was unter anderem durch den erhöhten Materialverlust bedingt ist. In der
DE 20 2009 017 846 U1 wird daher vorgeschlagen, einen Stanz-Prägeniet unter Anwendung mindestens eines Pressvorgangs in Kaltformtechnik herzustellen. Dazu wird vorgeschlagen, zunächst einen Nietrohling unter Verwendung einer Presse herzustellen und nachfolgend in einem zweiten Verfahrensschritt durch ein Roll- bzw. Walzverfahren, insbesondere mit einer Flachbacken- oder Rundbackenwalzmaschine die für den Nietprozess notwendige mindestens eine Schaftnut einzubringen. Eine Nacharbeitung des nur ansatzweise beschriebenen Verfahrens hat jedoch ergeben, das dieses sich nicht nur als sehr aufwendig und kostenintensiv gestaltet. Zudem konnte die für einen automatisierten Verarbeitungsprozess erforderliche gleich bleibende Maßhaltigkeit nicht erzielt werden. Weiterhin ist in der
DE 10 2011 009 649 A1 die Herstellung eines Stanzniets mittels Umformung erwähnt.
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Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Vollstanzniets bereitzustellen, welches eine kostengünstige Fertigung eines Vollstanznietes bei gleich bleibend hoher Maßhaltigkeit ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Mit der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Vollstanznietes geschaffen, welches die kostengünstige Fertigung eines Vollstanznietes bei gleich bleibend hoher Maßhaltigkeit ermöglicht. Durch die Einspannung des Drahtstücks zwischen backenartig angeordneten, radial anstellbaren Formstücken, welche die Nietumfangskontur abbilden und die nachfolgende Beaufschlagung des Drahtstücks an seinen beiden Enden über jeweils einen Druckstift mit einer axialen Kraft wird das Drahtmaterial kurzzeitig in einen pseudoflüssigen Zustand versetzt, wodurch das Material in die durch die Formstücke gebildete Umfangskontur fließt und diese ausfüllt. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise eine hohe Maßhaltigkeit erzielt wird.
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In Weiterbildung der Erfindung wird das Drahtstück vor Einspannung in die Matrize mittels eines zweiten Werkzeugs, umfassend eine zweite Matrize und einen zweiten Stempel vorgestaucht. Hierdurch ist eine Vorkonturierung des Drahtstücks erzielt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird das vorgestauchte Drahtstück in der zweiten Matrize des zweiten Werkzeugs mittels des ersten Stempels weitergestaucht, wobei an einem Ende des Drahtstücks ein radial überstehender Kopf geformt wird. Hierdurch ist eine exakte axiale Positionierung des vorgeformten Drahtstücks zwischen den backenartig angeordneten Formstücken der Matrize des ersten Werkzeugs ermöglicht. Dabei entspricht die Geometrie, der Kopfunterseite bevorzugt der Geometrie des nietkopfseitigen Auslaufs der durch die Formstücke gebildeten Nietumfangskontur.
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In Weiterbildung der Erfindung wird das weitergestaucht Drahtstück zwischen die radial anstellbaren Formstücke der Matrize positioniert, bevor diese zwischen den Formstücken eingespannt wird, wobei der angeformte Kopf axial auf den Formstücken aufliegt. Hierdurch ist eine gleich bleibende axiale Positionierung der Drahtstücke erzielt, wodurch eine gleich bleibende Maßhaltigkeit der gefertigten Vollstanzniete gewährleistet wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die radial anstellbaren Formstücke konisch axial geführt und die Formstücke werden durch den ersten Stempel axial bewegt, wodurch das Drahtstück zwischen den Formstücken eingespannt wird. Hierdurch ist ein integrierter Einspann- und Umformprozess erzielt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde, ein Werkzeug zur Herstellung eines Vollstanznietes mittels des vorgenannten Verfahrens bereit zustellen, sodass eine kostengünstige Herstellung eines Vollstanznietes bei gleich bleibender Maßhaltigkeit ermöglicht ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst.
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Mit der Erfindung ist ein Werkzeug zur Herstellung eines Vollstanznietes mittels des vorgenannten Verfahrens geschaffen, welches eine kostengünstige Herstellung eines Vollstanznietes bei gleich bleibender Maßhaltigkeit ermöglicht. Die Umfangsform des Werkzeugs ist durch wenigstens drei Formstücke gebildet, welche radial anstellbar geführt sind und gemeinsam die Umfangsform bilden. Die wenigstens eine einen Hinterschnitt bildende Ringnut bewirkt einen umlaufenden Steg des hergestellten Vollstanznietes. Dieser umlaufende Steg begrenzt wiederum zusammen mit dem Nietfuß eine umlaufende Nut, in die das während des Stanzvorgangs plastisch verformte Material des zu verbindenden Bleches eindringt. Durch die Vorspannung der Formstücke über Federelemente in Richtung des größten Konusdurchmessers des Rahmenelementes sind die Formstücke im unbelasteten Zustand beabstandet zueinander angeordnet, derart, dass eine einfache Positionierung des zu verformenden Drahtstücks möglich ist. Bei Beaufschlagung der Formstücke mit axialer Kraft werden diese axial in Richtung des kleinsten Konusdurchmessers des Rahmenelements bewegt, wodurch die Formstücke über die konische Ausformung der Durchführung radial an das Drahtstück angestellt werden. Hierdurch ist eine Einspannung des Drahtstücks zwischen den Formstücken erzielt.
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In Weiterbildung der Erfindung weist das Rahmenelement wenigstens drei radial in die konische Durchführung mündende Bohrungen auf, in denen Stifte zur axialen Führung der Formstücke eingebracht sind. Hierdurch ist eine axial geführte Bewegung der Formstücke bei axialer Kraftbeaufschlagung bewirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Formstücke seitliche Bohrungen zur Aufnahme von Führungsstiften auf, über welche die Formstücke miteinander verbunden sind. Hierdurch ist eine geführte radiale Anstellung der Formstücke an das Drahtstück bewirkt.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Stempel ein äußeres axial verschiebbares Stempelteil auf, das von einem inneren axial verschiebbaren Druckstift koaxial durchdrungen ist, wobei das äußere Stempelteil einen konischen Absatz aufweist, der mit der konischen Durchführung an ihrem Durchmesser vergrößerten Ende korrespondiert. Hierdurch ist ein zweistufiger Anstellprozess ermöglicht, wobei zunächst das äußere Stempelteil eine axiale Bewegung der Formstücke der Matrize bewirkt, wodurch eine Einspannung des Drahtstücks erzielt ist. Nachfolgend erfolgt eine Kraftbeaufschlagung des Drahtstücks über den inneren Druckstift. Bevorzugt ist das äußere Stempelteil in dem Stempel über eine Feder vorgespannt. Hierdurch ist ein sanftes, gefedertes Anstellen des äußeren Stempelteils an die Formstücke ermöglicht.
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In Weiterbildung der Erfindung ist der innere Druckstift gegenüber dem äußeren Stempelteil derart positionierbar, dass die beiden Stempelteile eine Aufnahme für den Kopf eines vorgestauchten Niets begrenzen. Hierdurch ist eine Greiferfunktion bewirkt, die einen Transport eines vorgestauchten Niets von einer Vorstauch-Matrize in die Matrize des Werkzeugs ermöglicht.
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Andere Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den übrigen Unteransprüchen angegeben. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend im Einzelnen beschrieben. Es zeigen:
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1 die schematische Darstellung eines Werkzeugs zur Herstellung eines Vollstanznietes im Querschnitt:
- a) Matrize mit vier Formstücken;
- b) Stempel (Position „ausgefedert”);
- c) Stempel (Position „eingefedert”)
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2 die schematische Darstellung des Formstückeinsatzes der Matrize aus 1
- a) im Querschnitt;
- b) in der Draufsicht mit eingesetzten Formstücken;
- c) im Schnitt A-A der Figur a);
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3 die schematische Darstellung der Formstücke der Matrize aus 1
- a) in der Draufsicht;
- b) im Schnitt A-A der Figur a);
- c) im Schnitt B-B der Figur b);
- d) im Schnitt C-C der Figur c)
- e) in räumlicher Einzeldarstellung;
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4 die schematische Darstellung eines Vorstauchwerkzeuges im Querschnitt:
- a) Matrize;
- b) Stempel (Position „Drahtabschnitt einsetzen”);
- c) Stempel (Position „Vorstauchen”);
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5 die schematische Darstellung eines abgelenkten Drahtstücks
- a) vor der Verformung;
- b) nach erstem Vorstauchen;
- c) nach zweitem Vorstauchen;
- d) nach Fertigstauchen.
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Das als Ausführungsbeispiel gewählte Werkzeug 1 zur Herstellung eines Vollstanznietes ist im Wesentlichen gebildet durch eine Matrize 2, die einen Formstückeinsatz 3 aufnimmt, und einen Stempel 4.
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Die Matrize 2 besteht im Wesentlichen aus einer Fassung 21, die einen Formstückeinsatz 3 aufnimmt. Der Formstückeinsatz 3 liegt an einer Zwischenbuchse 22 an, in der ein Druckstift 23 angeordnet ist. Der Druckstift 23 ist von zwei Druckstiftaufnahmen 231 gehalten, zwischen denen eine Schraubenfeder 25 angeordnet ist. Der Druckstift 23 liegt an einem Druckstück 24 an, das mit einem Auswerferstift 29 in Verbindung steht und an einer Spannschraube 27 zur Einstellung der Federspannung des Tellerfederpaketes 26 anliegt. Die Spannschraube 27 liegt wiederum an einem Hinterlager 28 an, durch das der Auswerferstift 29, der auch die Spannschraube 27 durchdringt, geführt ist. Die Zwischenbuchse 22 weist einen im Wesentlichen T-förmigen Querschnitt auf und ist über eine Tellerfeder 6 gegen den Formstückeinsatz 3 vorgespannt, die an dem Hinterlager 28 anliegt.
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Der Formstückeinsatz 3 ist gebildet durch einen im Wesentlichen zylinderförmigen Haltering 31, der mit einer axialen, konisch zulaufenden Durchführung 311 versehen ist. Umlaufend sind jeweils um 90 Grad versetzt zueinander in den Haltering 31 vier Bohrungen 312 eingebracht, welche in der Durchführung 311 münden.
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In die konische Durchführung 311 ist eine Nietform 32 eingesetzt, die aus vier Formstücken 33 gebildet ist. Die Nietform 32 begrenzt eine Nietumfangskontur 321, welche eine einen Hinterschnitt bildende Ringnut 322 aufweist. Weiterhin umfasst die Nietumfangskontur 321 die Kontur des Nietkopfes 323 sowie des Nietfußes 324. Außen sind im Mantel der Nietform 23 jeweils um 90 Grad versetzt zueinander vier Keilnuten 325 eingebracht. Mittig der Keilnuten 325 befindet sich jeweils die Trennebene jeweils zweier angrenzend angeordneten Formstücke 33. Die Formstücke 23 sind an Ihren Trennflächen jeweils mit einer Bohrung 331 zur Aufnahme eines Führungsstiftes 35 versehen. Die Nietform 32 ist in der Durchführung 311 des Halterings 31 über Sicherungsstifte 34 axial geführt, welche in die Keilnuten 325 eingreifen.
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Der Stempel 4 besteht im Wesentlichen aus einer becherförmig ausgebildeten Fassung 41, die von einem Einsatz 42 durchdrungen ist, wobei der Einsatz 42 einen umlaufenden Rand 420 aufweist, der an dem bodenseitigen Rand 410 der Fassung 41 anliegt. An den Einsatz 42 schließt sich eine Zwischenbuchse 43 an, die einen Druckstift 46 aufnimmt, welcher in eine axial durch den Einsatz 42 eingebrachte Bohrung 422 mündet. Der Druckstift 46 ist über eine Druckstiftaufnahme 461 in der Zwischenbuchse 43 gehalten, wobei zwischen der Druckstiftaufnahme 461 und dem Einsatz 42 den Druckstift 46 umgebend eine Schraubenfeder 47 angeordnet ist, über welche der Einsatz 42 gegen die Fassung 41 vorgespannt ist. Der Druckstift 46 liegt an einem Druckstück 48 an, welches wiederum in einer Spannschraube 45 mündet. Zwischen der Spannschraube 45 und der einen T-förmigen Querschnitt aufweisenden Zwischenbuchse 43 ist ein Tellerfedernpaket 44 angeordnet, über das die Zwischenbuchse 43 gegen den Einsatz 42 vorgespannt ist. Die Vorspannung ist über die Spannschraube 45 einstellbar, welche wiederum an der Hinterlage 39 anliegt.
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Zur Herstellung eines Vollstanznietes kommt im Ausführungsbeispiel weiterhin ein Vorstauchwerkzeug zum Einsatz, wie es in 4 schematisch dargestellt ist. Das Vorstauchwerkzeug 5 ist gebildet aus einer zweiten Matrize 6 sowie einen zweiten Stempel 7.
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Die zweite Matrize 6 besteht im Wesentlichen aus einer Fassung 61, welche einen Formkern 62 aufnimmt, der von einer Hülse 63 umgeben ist. Formkern 62 und Hülse 63 liegen an einem Stützkern 64 an, der ein Druckstück 66 aufnimmt, an dem ein Auswerferstift 65 anliegt, der in dem Formkern 62 mündet. Der Formkern 62 weist die Formkontur 621 des vorzustauchenden Drahtstücks 8 auf.
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Stützkern 64 und Druckstück 66 liegen an der Hinterlage 67 an, welche von einem Auswerferstift 68 durchdrungen ist, der an dem Druckstück 66 anliegt. An seinem dem Druckstück 66 entgegengesetzten Ende ist der Auswerferstift 68 in einer Aufnahme 69 gehalten.
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Der zweite Stempel 7 des Vorstauchwerkzeugs 5 besteht im Wesentlichen aus einem Vorstaucher 71, der ein Druckstück 73 aufnimmt, an dem ein Druckstift 72 anliegt, der aus dem Vorstaucher 71 herausragt. Das Druckstück 73 ist über eine Schraubenfeder 74 gegen den Vorstaucher 71 vorgespannt, die zusammen mit dem Vorstaucher an einer Hinterlage 75 anliegt.
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Zur Herstellung eines Vollstanznietes wird zunächst ein Drahtstück 8 abgelängt, welches in die zweite Matrize 6 des Vorstauchwerkzeugs 5 eingelegt wird, sodass es auf dem Auswerferstift 68 in dem Formkern 62 anliegt. Nachfolgend wird der zweite Stempel 7 mit dem Vorstaucher 51 auf der zweiten Matrize 6 platziert, wobei der Druckstift 72 auf dem Drahtstück 8 aufliegt. Anschließend wird das Drahtstück 8 über den Druckstift 52 derart mit einer axialen Kraft beaufschlagt, dass dieser in die Formkontur 621 des Formkerns 62 vorgestaucht wird. Die Form des vorgestauchten Drahtstücks 81 ist in 5b) dargestellt.
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Der zweite Stempel 7 wird nun von der zweiten Matrize 6 des Vorstauchwerkzeuges 5 entfernt und der Stempel 4 des Werkzeugs 1 wird auf die zweite Matrize 6 des Vorstauchwerkzeugs 5 positioniert, sodass der Druckstift 46 des Stempels 4 auf dem vorgeformten Niet 81 aufliegt. Nachfolgend wird über den Druckstift 46 eine axiale Kraft auf den vorgestauchten Niet 81 aufgebracht, wobei der Nietkopf 831 vorgeformt wird. Die Ausformung des so vorgestauchten Drahtstücks 82 ist in 5c) dargestellt. Das so vorgestauchte Drahtstück 82 wird nun über den Auswerferstift 68 mit seinem Nietkopf 831 in die Bohrung 422 des Einsatzes 42 des Stempels 4 gedrückt, wobei der Druckstift 46 innerhalb des Stempels 4 zurück bewegt wird. Das vorgestauchte Drahtstück 82 ist nun in der durch die Bohrung 422 des Einsatzes 42 sowie den Druckstift 46 gebildete Aufnahme gehalten.
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Das vorgestauchte Drahtstück 82 wird nachfolgend mittels des Stempels 4 zwischen die Formstücke 33 der Nietform 32 positioniert. Dabei liegt der konische Absatz 421 des Einsatzes 42 an den Formstücken 23 an und drückt diese entgegen der Federkraft der Schraubenfeder 25 entlang der konischen Durchführung 311 in Richtung der Zwischenbuchse 22 der Matrize 2, wodurch die Formstücke 33 radial an das vorgestaucht Drahtstück 82 angelegt werden. Auf diese Weise wird das vorgestauchte Drahtstück 82 zwischen den Formstücken 33 eingespannt, wobei der vorgeformte Nietkopf 831 auf den Formstücken 33 aufliegt. Die Geometrie der Unterseite des vorgeformten Nietkopfes 831 entspricht dabei der Geometrie des nietkopfseitigen Auslaufs der durch die Formstücke 33 gebildeten Nietumfangskontur 321 und liegt auf dieser auf.
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Nachfolgend wird durch den Druckstift 46 des Stempels 4 sowie durch den am anderen Ende des vorgestauchten Drahtstücks 82 anliegenden Druckstift 23 eine kontinuierliche Kraft auf das vorgestauchte Drahtstück 82 ausgeübt, bis dessen Material zu fließen beginnt und die Nietumfangskontur 321 der Nietform 32 ausfüllt. Der fertig gestellte Vollstanzniet 83 weist nun die in 5d) die wiedergegebene Form auf. Durch das in die Ringnut 322 der Nietform 32 eingeflossene Material ist hier ein umlaufender Steg 834 ausgebildet, der zusammen mit dem Nietfuß 833 eine umlaufende Nut 835 begrenzt.
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Der Stempel 4 wird nun von der Matrize 2 entfernt, wobei die Formstücke 33 durch die Rückstellkraft der Schraubenfeder 25 über die Druckstiftaufnahme 231 entlang der konischen Durchführung 311 des Halterings 31 nach oben bewegt werden. Hierdurch werden die Formstücke 33 auseinander bewegt, wodurch der fertig gestellte Vollstanzniet 83 freigegeben wird. Der freigegebene Vollstanzniet 83 wird nun über den Druckstift 23 aus der Matrize 2 ausgeworfen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004011846 A1 [0003]
- DE 202009017846 U1 [0003]
- DE 102011009649 A1 [0003]