DE102012001651A1

DE102012001651A1 - Vorrichtung zum mechanischen Fügen

Info

Publication number: DE102012001651A1
Application number: DE201210001651
Authority: DE
Inventors: Marc Hummel; Ngoc Boi Tran; Florian Woelke; Raffaele Tassone
Original assignee: Audi AG; Universitaet Stuttgart
Current assignee: Audi AG; Universitaet Stuttgart
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2012-01-27
Publication date: 2013-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten plattenförmigen Fügepartnern (3, 5) mittels Stanznieten mit einem Niet (7), unter Einsatz eines oberhalb der Fügepartner (3, 5) vorgesehenen Stempels (9) und einer unterhalb der Fügepartner (3, 5) vorgesehenen Matrize (10) mit einer an der Matrizenoberfläche (10.1) ausgebildeten Umformkontur (12), wobei der Niet (7) im Wesentlichen geradlinig in die Fügepartner (3, 5) eindringt. Erfindungsgemäß weist die Matrize (10) an der Matrizenoberfläche (10.1) zusätzlich zumindest eine Druckkontur (14) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Gattungsgemäße Vorrichtungen zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten Fügepartnern mittels Stanznieten sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Eine derartige Vorrichtung besteht üblicherweise aus einem werkzeugseitigen Stempel, welcher auf einen Nietkopf einwirkt und einer dem Stempel gegenüberliegend angeordneten Matrize, welche als Gegenstempel fungiert. Während des Fügevorgangs wird der Niet in die beiden Fügepartner hineingetrieben, wobei der Nietschaft des Niets den oben angeordneten ersten Fügepartner durchdringt, um sich im matrizenseitigen Fügepartner materialverdrängend zu spreizen und sich mit ihm zu verbinden. Auf Grund der auftretenden Zugspannungen während des Fügevorgangs neigen spröde Leichtmetallwerkstoffe, wie beispielsweise Aluminiumlegierungen, Magnesiumgussiegierungen oder 7000er-Aluminium-Legierungen, im Bereich einer Oberseite des matrizenseitigen Fügepartners zu Rissbildung mit negativen Auswirkungen auf die Verbindungsqualität. Vorzugsweise bilden sich die Risse im Bereich einer Umformkontur der Oberseite des matrizenseitigen Fügepartners aus, da an dieser Stelle besonders hohe Zugspannungen während des Fügevorgangs entstehen. Aktuelle Maßnahmen zur Vermeidung der Risse führen jedoch zu Einschränkungen möglicher Werkstoffkombinationen.
In der Offenlegungsschrift DE 199 40 803 A1 wird beispielsweise eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten Fügepartnern mittels Stanznieten beschrieben. Beim Stanznieten mit einem Niet bzw. einem so genannten Halbhohlniet werden unter Einsatz eines oberhalb der Fügepartner vorgesehenen Stempels und einer unterhalb der Fügepartner vorgesehenen Matrize mit einer an der Matrizenoberfläche ausgebildeten Umformkontur die Fügepartner miteinander verbunden, wobei der Niet im Wesentlichen geradlinig in die Fügepartner eindringt. Bei diesem Fügevorgang kann mit der Umformkontur der Matrizenoberfläche die Gefahr der Rissbildung im matrizenseitigen Fügepartner zwar verringert, aber nicht ganz ausgeschlossen werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten Fügepartnern zu schaffen, welche bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine rissfreie Umformung im Bereich der Verbindung der beiden Fügepartner ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten Fügepartnern mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Um eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten Fügepartnern zu schaffen, welche bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine rissfreie Umformung im Bereich der Verbindung der beiden Fügepartnern ermöglicht, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Matrize an der Matrizenoberfläche zusätzlich zumindest eine Druckkontur aufweist.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass durch eine gezielte Anordnung der erfindungsgemäßen Druckkontur in der Matrizenoberfläche mehrachsige Druckspannungszustände in den matrizenseitigen Fügepartner induziert werden können, so dass sich vorhandene Zugspannungszustände während des Fügevorgangs reduzieren und der Werkstoff des matrizenseitigen Fügepartners beim Halbhohlstanznieten ein größeres plastisches Formänderungsvermögen erzielen kann, ohne dabei Risse auszubilden. In diesem Zusammenhang soll unter ”Formänderungsvermögen” insbesondere eine Eigenschaft eines metallischen Werkstoffes verstanden werden, welche plastische Formänderung ohne Werkstofftrennung bzw. Rissbildung ertragen kann. Da das Formänderungsvermögen eines Werkstoffes unter anderem vom jeweiligen Spannungszustand abhängt, ist es möglich, dass der Werkstoff bei geeigneter Einflussnahme auf den Spannungszustand noch größere Formänderungen erträgt, ohne dass es zur Rissbildung oder gar zum vollständigen Versagen des Werkstoffes kommt. In vorteilhafter Weise sind unter Druckspannungen größere Formänderungen als unter Zugspannungen möglich, wodurch die induzierte mehrachsige Druckspannung im matrizenseitigen Fügepartner auch bei spröden Leichtmetallwerkstoffen eine rissfreie Umformung im Bereich der Verbindung der beiden Fügepartner gewährleistet. Vorzugsweise ermöglicht die erfindungsgemäße Druckkontur in der Matrizenoberfläche eine reproduzierbare hohe Verbindungsqualität der beiden Fügepartner, ohne Einschränkungen möglicher Werkstoffkombinationen. Je genauer und sicherer eine duktile Werkstückschädigung bzw. eine Rissbildung beim Fügevorgang ausgeschlossen werden kann, umso mehr steigt die Wirtschaftlichkeit des Stanznietverfahrens.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Umformkontur als Ausnehmung zwischen einer durch eine Matrizenoberseite gebildeten oberen Ebene und einer unteren Ebene ausgebildet. Vorzugsweise weist die Ausnehmung zwischen der unteren Ebene und einem einen Einzugsbereich der Matrize ausbildenden Übergangsbereich einen ersten Radius und zwischen dem Übergangsbereich und der oberen Ebene einen tangential auslaufenden zweiten Radius auf. Das bedeutet, dass Teile der Umformkontur des matrizenseitigen Fügepartners als Kugelabschnitt mit einer konstanten Wölbung und einem festen Radius ausgeführt sind. Derartige Umformkonturen sind nahezu unempfindlich gegen äußere Einflüsse und ermöglichen durch die konstruktiv einfache Geometrie in vorteilhafter Weise eine genaue Herstellung der Umformkontur mit einer hohen Formstabilität und Verwindungssteifigkeit. Durch den tangential auslaufenden ersten Radius kann in vorteilhafter Weise auf eine einfache Weise eine Verbesserung der optischen Ausgestaltung der durch Stanznieten hergestellten Nietverbindungen erreicht werden. In vorteilhafter Weise weist die Oberfläche des matrizenseitigen Fügepartners nach dem Fügevorgang der beiden Fügepartner eine reproduzierbare Qualität mit fließenden Übergängen auf, und kann daher auch im Bereich der Außenhaut der Fahrzeugkarosserie angewendet werden. Optisch unvorteilhafte Konturen mit eventuell mechanisch nachteiliger Wirkung können durch tangential auslaufende Radien im Übergangsbereich vermieden werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die zumindest eine Druckkontur außerhalb des als Einzugsbereich der Matrize ausgebildeten Übergangsbereichs an der Matrizenoberfläche der Matrize ausgebildet werden. In vorteilhafter Weise kann durch die geschickte Anordnung der Druckkontur das Formänderungsvermögen des Werkstoffs und damit des matrizenseitigen Fügepartners gezielt beeinflusst werden. So kann durch eine vorab eingebrachte Verformung des matrizenseitigen Fügepartners ein mehrachsiger Druckspannungszustand außerhalb des als Einzugsbereich der Matrize ausgebildeten Übergangsbereichs in den matrizenseitigen Fügepartner induziert und das Formänderungsvermögen bzw. die Verformungen des matrizenseitigen Fügepartners schwerpunktmäßig außerhalb des als Einzugsbereich der Matrize ausgebildeten Übergangsbereichs beeinflusst und optimiert werden. Vorzugsweise ist die zumindest eine Druckkontur an der Matrizenoberfläche in der oberen Ebene der als Ausnehmung ausgeführten Umformkontur der Matrize ausgebildet. In vorteilhafter Weise wird hierdurch die Druckkontur in dem Bereich der Matrizenoberfläche mit dem größten Formänderungsvermögen angeordnet. Eine derart im Bereich der größten Umformung angeordnete Druckkontur induziert in vorteilhafter Weise einen mehrachsigen Druckspannungszustand, welcher auf eine einfache Weise die vorhandenen Zugspannungen während des Fügevorgangs abbauen und somit den Bereich rissfrei ausbilden kann. Bei Bedarf und dem jeweiligen Anwendungsfall entsprechend, kann die zumindest eine Druckkontur zusätzlich oder alternativ an der Matrizenoberfläche in der unteren Ebene der als Ausnehmung ausgeführten Umformkontur der Matrize ausgebildet werden.
In alternativer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die zumindest eine Druckkontur innerhalb des als Einzugsbereich der Matrize ausgebildeten Übergangsbereichs an der Matrizenoberfläche ausgebildet werden. Hierdurch kann in einem definierten Bereich innerhalb des Einzugsbereichs der Matrize das größte Formänderungsvermögen bzw. die größten Verformungen des matrizenseitigen Fügepartners erzielt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die zumindest eine Druckkontur als radial umlaufende bzw. kreisringförmige Erhebung ausgeführt werden. Alternativ kann die zumindest eine Druckkontur als Vielzahl von noppenförmigen Erhebungen ausgebildet werden. Bei beiden Ausführungsformen kann die zumindest eine Druckkontur in vorteilhafter Weise einen abgerundeten oder runden Querschnitt aufweisen. Diese geometrische Ausgestaltung der Druckkontur erzeugt in vorteilhafter Weise beim Fügevorgang auf der matrizenseitigen Seite des Fügepartners zwangsläufig ein negatives Abbild der Druckkontur mit radial umlaufenden Vertiefungen bzw. Löchern ohne scharfe Kanten. Die kreisringförmige Erhebung mit der radial umlaufenden Ausführung der Druckkontur vereinfacht die Herstellung der Matrize, wodurch kostenintensive Herstellungszeit gespart werden kann bzw. hohe Stückzahlen oder Matrizen mit unterschiedlichen Eigenschaften bezüglich Formänderungsvermögen wirtschaftlich hergestellt werden können. Vorzugsweise kann eine kreisringförmig radial umlaufende Erhebung als Bestandteil einer Matrize außerordentlich gut hohe Druckkräfte beim Fügevorgang aufnehmen und ist dadurch besonders gut für das Stanznieten mit hohen Stückzahlen geeignet.
In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind mindestens zwei als radial umlaufende Erhebungen ausgeführte Druckkonturen mit einem vorgegebenen seitlichen Abstand zueinander an der Matrizenoberfläche der Matrize ausgebildet. Abhängig vom gewünschten Umformgrad und vom verwendeten Werkstoff bzw. von der Werkstoffkombination kann über die Anzahl und den Abstand der radial umlaufenden Erhebungen das Formänderungsvermögen besonders einfach eingestellt werden.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann die Erhebung ausgehend von der Matrizenoberfläche eine Höhe im Bereich von 01 bis 0,8 mm aufweisen. Da ein Werkstoff bei zu großer Kaltumformung verfestigt und sich somit das Formänderungsvermögen reduziert, weist die erfindungsgemäße Druckkontur in vorteilhafter Weise nur eine geringe Höhe auf. Diese ist grundsätzlich an die Materialstärke und an die gewünschte Verformung des matrizenseitigen Fügepartners angepasst, da ein durch Vorumformen kaltverfestigter Werkstoff mit fortschreitender Umformung zur Rissbildung neigt.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung der erfindungswesentlichen Teile eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Stanznieten mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Matrize mit einem ersten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckkontur,
2 eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Matrize für die Vorrichtung zum Stanznieten aus 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckkontur,
3 eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiel der Matrize für die Vorrichtung zum Stanznieten aus 1 mit einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Druckkontur,
4 ein Diagramm zur Darstellung einer Schubfestigkeit in Abhängigkeit von einem Spannungszustand,
5 eine schematische Schnittdarstellung Fügeverbindung ohne Rissbildung, welche mit dem zweiten Ausführungsbeispiel der Matrize aus 2 hergestellte wurde, und
6 eine schematische Schnittdarstellung einer Fügeverbindung mit Rissbildung, welche mit einer herkömmlichen Fügevorrichtung hergestellt wurde.
1 zeigt eine Vorrichtung 1 zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten Fügepartnern 3, 5 mittels Stanznieten mit einem Niet 7. Unter Einsatz eines oberhalb der Fügepartner 3, 5 vorgesehenen Stempels 9 und einer unterhalb der Fügepartner 3, 5 vorgesehenen Matrize 10, welche eine an der Matrizenoberfläche 10.1 ausgebildete Umformkontur 12 aufweist, dringt der Niet 7 im Wesentlichen geradlinig in die Fügepartner 3, 5 ein. Vorzugsweise sind die übereinander angeordneten Fügepartner 3, 5 plattenförmig ausgebildet und können unterschiedliche Blechdicken aufweisen. Als Werkstoffe werden spröde Leichtmetall-Werkstoffe, wie beispielsweise Aluminium, Aluminiumlegierungen, Magnesium-Gusslegierungen oder 7000er-Aluminium-Legierungen verwendet, wobei auch andere Werkstoffe denkbar sind. Alternativ hierzu können die Fügepartner 3, 5 aus verschiedenen Werkstoffen bestehen, so dass die erfindungsgemäße Vorrichtung eine große Vielfalt an Werkstoffkombinationen mit unterschiedlichsten Eigenschaften ermöglicht.
Der Niet 7 ist vorzugsweise als Halbhohlniet ausgebildet und ist besonders ideal für die Anwendungen beim Stanznieten bzw. Halbhohlstanznieten, da er Belastungen beim Fügevorgang gut aufnehmen und ein Stauchen des Halbhohlnietfußes 7.1 reduziert werden kann. Nach dem Fügevorgang mit dem Halbhohlniet 7 weisen die beiden Fügepartner 3, 5 eine in 5 dargestellte formschlüssige Nietverbindung mit besonders hoher Festigkeit auf. Derartige Halbhohlnieten 7 werden üblicherweise aus Vergütungsstahl hergestellt, wobei auch andere Werkstoffe denkbar sind.
Um eine Vorrichtung 1 zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten plattenförmigen Fügepartnern 3, 5 zu schaffen, welche bei einfacher und kostengünstiger Konstruktion eine rissfreie Umformung im Bereich der Verbindung der beiden Fügepartnern 3, 5 ermöglich, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Matrize 10 an der Matrizenoberfläche 10.1 zusätzlich zumindest eine Druckkontur 14 aufweist.
Hierdurch kann beim Halbhohlstanznieten in vorteilhafter Weise eine Anwendungserweiterung des Verbindungsspektrums von spröden Leichtmetallwerkstoffen erfolgen, wie beispielsweise die schwer bearbeitbaren Werkstoffe Aluminium-Druckguss oder 7000er Aluminium-Legierungen.
4 stellt in einem Diagramm mittels Mohrscher Spannungskreise die Schubfestigkeit in Abhängigkeit des Spannungszustandes anschaulich dar. Ein Mohrscher Spannungskreis beschreibt den Spannungszustand in einem Punkt eines Körpers, wobei jedem Schnittwinkel ein Punkt auf dem Kreis zugeordnet ist. Dadurch lassen sich die Spannungen für jeden Schnitt und auch die Hauptspannungen und die Hauptschubspannung unmittelbar ablesen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann während des Fügevorgangs eine Induzierung mehrachsiger Druckspannungszustände in den Werkstoff des matrizenseitigen Fügepartners 5 erfolgen und somit das Formänderungsvermögen aus einem Bereich des kombinierten Zugspannungszustandes in einen Bereich des kombinierten Druckspannungszustandes verschoben werden, wodurch das plastische Formänderungsvermögen des Werkstoff des matrizenseitigen Fügepartners 5 in vorteilhafter Weise erhöht werden kann. Somit kann der Werkstoff des matrizenseitigen Fügepartners 5 während des Fügevorgangs in vorteilhafter Weise einer hohen Zugspannung ausgesetzt werden, bevor es zu einer Rissbildung kommen kann.
1 bis 3 zeigen drei verschiedene Ausführungsbeispiele der Matrize 10, 10', 10'' für die mechanischen Fügevorrichtung 1.
Wie aus 1 bis 3 ersichtlich ist, ist die die Umformkontur 12, 12', 12'' bei den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils als Ausnehmung 12.1 zwischen einer durch eine Matrizenoberseite gebildeten oberen Ebene 12.4 und einer unteren Ebene 12.2 ausgebildet, welche den Boden der Ausnehmung 12.1 repräsentiert. Die Ausnehmung 12.1 weist zwischen der unteren Ebene 12.2 und einem einen Einzugsbereich der Matrize 10, 10', 10'' ausbildenden Übergangsbereich 12.3 einen ersten Radius 16.1 und zwischen dem Übergangsbereich 12.3 und der oberen Ebene 12.4 einen tangential auslaufenden zweiten Radius 16.2 auf. Zudem ist die mindestens eine Druckkontur 14, 14', 14'' bei den dargestellten Ausführungsbeispielen jeweils außerhalb des als Einzugsbereich der Matrize 10, 10', 10'' ausgebildeten Übergangsbereichs 12.3 an der Matrizenoberfläche 10.1, 10.1', 10.1'' in der oberen Ebene 12.4 der Matrize 10, 10', 10'' ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ kann die mindestens eine Druckkontur 14, 14', 14'' bei nicht dargestellten Ausführungsbeispielen aber auch innerhalb des als Einzugsbereich der Matrize 10, 10', 10'' ausgebildeten Übergangsbereichs 12.3 an der Matrizenoberfläche 10.1, 10.1', 10.1'' und/oder auch außerhalb des als Einzugsbereich der Matrize 10, 10', 10'' ausgebildeten Übergangsbereichs 12.3 an der Matrizenoberfläche 10.1, 10.1', 10.1'' in der unteren Ebene 12.2 der Matrize 10, 10', 10'' ausgebildet werden. Hierbei sind jedoch auch andere einem Fachmann als sinnvoll erscheinende Positionen oder eine beliebige Kombination von unterschiedlichen Positionen der Druckkonturen 14, 14', 14'' denkbar. Grundsätzlich wird die Position der mindestens einen Druckkontur 14, 14', 14'' von der Lage der größten Verformung bestimmt, wodurch lokal eine optimale Anpassung des Formänderungsvermögens des matrizenseitigen Fügepartners 5 eingestellt werden kann.
Wie aus 1 ersichtlich ist, ist die Druckkontur 14 im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel als radial umlaufende bzw. kreisringförmige Erhebung 14.1 mit einem abgerundeten Querschnitt 14.2 ausgeführt. Die Höhe h der radial umlaufenden bzw. kreisringförmigen Erhebung 14.1 liegt ausgehend von der Matrizenoberfläche 10.1 vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm.
Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Druckkontur 14' im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel zwei radial umlaufende bzw. kreisringförmige Erhebungen 14.1 mit einem abgerundeten Querschnitt 14.2. Die Höhe h der radial umlaufenden bzw. kreisringförmigen Erhebungen 14.1 liegt ausgehend von der Matrizenoberfläche 10.1' analog zum ersten Ausführungsbeispiel vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm. Ein seitlicher Abstand A zwischen den beiden radial umlaufenden bzw. kreisringförmigen Erhebungen 14.1 kann in Abhängigkeit vom gewünschten Umformgrad und vom verwendeten Werkstoff bzw. von der Werkstoffkombination vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 mm vorgegeben werden.
Wie aus 3 ersichtlich ist, umfasst die Druckkontur 14'' im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel fünf radial umlaufende bzw. kreisringförmige Erhebungen 14.1 mit einem abgerundeten oder runden Querschnitt 14.2. Die Höhe h der radial umlaufenden bzw. kreisringförmigen Erhebungen 14.1 liegt ausgehend von der Matrizenoberfläche 10.1'' analog zum ersten und zweiten Ausführungsbeispiel vorzugsweise im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm. Die Anzahl der radial umlaufenden bzw. kreisringförmigen Erhebungen 14.1 und der seitliche Abstand A zwischen jeweils zwei radial umlaufenden bzw. kreisringförmigen Erhebungen 14.1 kann in Abhängigkeit vom gewünschten Umformgrad und vom verwendeten Werkstoff bzw. von der Werkstoffkombination gewählt werden. Hierbei können zwischen jeweils zwei radial umlaufenden bzw. kreisringförmigen Erhebungen 14.1 gleiche oder verschiedene Abstände A vorzugsweise im Bereich von 0,5 bis 5 mm vorgegeben werden.
Bei einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die mindestens eine Druckkontur eine Vielzahl von noppenförmigen Erhebungen umfassen, die jeweils einen abgerundeten oder runden Querschnitt aufweisen.
Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Druckkontur 14, 14', 14'' ist aus der in 5 dargestellten Nietverbindung ersichtlich, die mit der Matrize 10' gemäß 2 hergestellt wurde. Wie aus 5 ersichtlich ist, haben sich auf der matrizenabgewandten Seite des Fügepartners 5 in einem Bereich 5.1 mit erhöhter Zugspannung während des Fügevorgangs keine Risse 18 ausgebildet, da die Druckkontur 14' in den matrizenseitigen Fügepartner 5 einen mehrachsigen Druckspannungszustand induziert, wodurch vorhandene Zugspannungszustände während des Fügevorgangs reduziert werden können und der Werkstoff des matrizenseitigen Fügepartners 5 beim Halbhohlstanznieten ein größeres plastisches Formänderungsvermögen erzielen kann.
Im Unterschied zu 5 zeigt 6 eine Nietverbindung mit Rissbildung, welche mit einer herkömmlichen Vorrichtung ohne die erfindungsgemäße Druckkontur 14, 14', 14'' hergestellt wurde. Wie aus 6 ersichtlich ist, weist die dort verwendete Matrize 100 eine an der Matrizenoberfläche 110 ausgebildete Umformkontur 112 ohne erfindungsgemäße Druckkontur 14, 14', 14'' auf. Auf Grund der hohen Zugspannungen bilden sich auf der matrizenabgewandten Seite des Fügepartners 5 im Bereich 5.1 mit erhöhter Zugspannung während des Fügevorgangs Risse 18 aus.
Bezugszeichenliste

1: Fügevorrichtung
3, 5: Fügepartner
5.1: Bereich mit erhöhter Zugspannung
7: Niet
7.1: Halbhohlnietfuß
9: Stempel
10, 10', 10'': Matrize
10.1, 10.1', 10.1'': Matrizenoberfläche
12, 12', 12'': Umformkontur
12.1: Ausnehmung
12.2: untere Ebene (Matrizenoberfläche)
12.3: Übergangsbereich
12.4: obere Ebene (Matrizenoberfläche)
14, 14', 14'': Druckkontur
14.1: radial umlaufende Erhebung (Kreisring)
14.2: Querschnitt
16.1: erster Radius
16.2: zweiter Radius
18: Riss
h: Höhe
A: Abstand
100: herkömmliche Matrize
110: Matrizenoberfläche
112: Umformkontur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19940803 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten Fügepartnern (3, 5) mittels Stanznieten mit einem Niet (7), unter Einsatz eines oberhalb der Fügepartner (3, 5) vorgesehenen Stempels (9) und einer unterhalb der Fügepartner (3, 5) vorgesehenen Matrize (10, 10', 10'') mit einer an der Matrizenoberfläche, (10.1, 10.1', 10.1'') ausgebildeten Umformkontur (12, 12', 12''), wobei der Niet (7) im Wesentlichen geradlinig in die Fügepartner (3, 5) eindringt, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (10, 10', 10'') an der Matrizenoberfläche (10.1, 10.1', 10.1'') zusätzlich zumindest eine Druckkontur (14, 14', 14'') aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Umformkontur (12, 12', 12'') als Ausnehmung (12.1) zwischen einer durch eine Matrizenoberseite gebildeten oberen Ebene (12.4) und einer unteren Ebene (12.2) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (12.1) zwischen der unteren Ebene (12.2) und einem einen Einzugsbereich der Matrize (10, 10', 10'') ausbildenden Übergangsbereich (12.3) einen ersten Radius (16.1) und zwischen dem Übergangsbereich (12.3) und der oberen Ebene (12.4) einen tangential auslaufenden zweiten Radius (16.2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Druckkontur (14, 14', 14'') außerhalb des als Einzugsbereich der Matrize (10, 10', 10'') ausgebildeten Übergangsbereichs (12.3) an der Matrizenoberfläche (10.1, 10.1', 10.1'') ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Druckkontur (14, 14', 14'') an der Matrizenoberfläche (10.1, 10.1', 10.1'') in der oberen Ebene (12.4) und/oder in der unteren Ebene (12.2) der als Ausnehmung (12.1) ausgeführten Umformkontur (12, 12', 12'') ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Druckkontur (14, 14', 14'') innerhalb des als Einzugsbereich der Matrize (10, 10', 10'') ausgebildeten Übergangsbereichs (12.3) an der Matrizenoberfläche (10.1, 10.1', 10.1'') ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Druckkontur (14, 14', 14'') als radial umlaufende Erhebung (14.1) oder als eine Vielzahl von noppenförmigen Erhebungen ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Druckkontur (14, 14', 14'') einen abgerundeten oder runden Querschnitt (14.2) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei als radial umlaufende Erhebungen (14.1) ausgeführten Druckkonturen (14', 14'') mit einem vorgegebenen seitlichen Abstand (A) zueinander an der Matrizenoberfläche (10.1, 10.1', 10.1'') ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhebung (14.1) ausgehend von der Matrizenoberfläche (10.1, 10.1', 10.1'') eine Höhe (h) im Bereich von 0,1 bis 0,8 mm aufweist.