DE102013217633A1

DE102013217633A1 - Stanzniet und Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander, von denen mindestens ein Bauteil durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist

Info

Publication number: DE102013217633A1
Application number: DE102013217633.3A
Authority: DE
Inventors: Oliver Diehl; Dr. Humpert Richard; Andreas Lembach
Original assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-05
Also published as: EP2846050A1; CA2862070C; US20150059153A1; RU2014135996A; IN2014DE02480A; CA2862070A1; CN104421288B; CN104421288A; US9700933B2; EP2846050B1; TR201908235T4

Abstract

Stanzniet zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander, von denen mindestens ein Bauteil durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet einen Flansch größeren Durchmessers, einen Nietabschnitt kleineren Durchmessers und auf der dem Nietabschnitt zugewandten Seite des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche aufweist, die den Nietabschnitt umgibt, wobei der Nietabschnitt an seinerfreien Stirnseite zum Durchstanzen der beiden Werkstücke eine Ringfläche, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Langsachse des Stanzniets steht, und eine innere konkave Ringfläche aufweist, die den Übergang von der Stirnseite des Stanzniets in den hohlen Innenraum des Nietabschnitts bildet. Es wird außerdem ein Verfahren beansprucht.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stanzniet sowie ein Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander unter Anwendung eines Stanzniets, von denen mindestens ein Bauteil durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist.
Stanznieten sind bekannt – sie werden üblicherweise benutzt, um zwei Bauteile in Form von Blechteilen aneinander zu befestigen. Zu diesem Zweck hat ein Stanzniet einen Flansch größeren Durchmessers, einen Nietabschnitt kleineren Durchmessers und weist auf der dem Nietabschnitt zugewandten Seite des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche auf, die sich um den Nietabschnitt herum erstreckt. Diese Fläche ist häufig eine Konusfläche und wird bei dem Einpressen des Stanzniets in die zwei Blechteile in die Oberfläche des oberen Blechteils eingepresst, wodurch die dem Nietabschnitt abgewandte Seite des Flansches flächenbündig mit der oberen Seite des oberen Blechteils wird.
Das freie Ende des Nietabschnitts ist durch eine konusförmige nach innen und in Richtung des Flansches konvergierende Fläche gebildet, und dies führt dazu, dass beim Einpressen des Stanzniets der Nietabschnitt aufgrund der an der Konusfläche wirkenden Kräfte trompetenartig gespreizt wird und das zweite Blechteil nicht durchdringt. Durch die Keilwirkung der trompetenartigen Form des Nietabschnitts, der mit Material der Bauteile gefüllt ist, werden die Bauteile aneinander gehalten
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen neuartigen Stanzniet vorzusehen, der für die Verbindung von mindestens zwei tafelartigen Bauteilen aneinander geeignet ist, von denen mindestens ein Bauteil aus einem faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff besteht, wobei eine hochwertige Vernietung erreichbar ist, die eine hochfeste Verbindung der Bauteile aneinander sicherstellt, ohne dass eine ausgeprägte Gefahr besteht, dass die verwendeten Stanznieten aus einem Bauteil oder mehreren der Bauteilen herausgerissen werden oder im Lauf der Zeit unerwünschte Ermüdungserscheinungen auftreten.
Dabei geht es häufig darum, zwei oder drei Bauteile (oder eventuell noch mehrere Bauteile) aneinander zu befestigen, wobei mindestens ein Bauteil aus dem genannten faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff besteht. Es kann sich zum Beispiel um ein Bauteil aus einem solchen Verbundwerkstoff und um ein Bauteil aus Metall handeln oder um zwei Bauteile aus einem solchen Verbundwerkstoff oder um zwei Bauteile aus einem solchen Verbundwerkstoff und einem Bauteil aus Metall oder um drei Bauteile aus dem genannten Verbundwerkstoff.
Für die mechanische Verbindung von Bauteilen aus dem genannten Verbundwerkstoff sind bisher nur wenige Vorschläge gemacht worden. Die meisten befassen sich mit der Einbettung von Befestigungselementen oder Verstärkungsplatten in einzelne Bauteile, die dann mit herkömmlichen Befestigungselementen aneinander befestigt werden können. Dies ist jedoch relativ aufwändig und stört den Prozessablauf bei der Herstellung der einzelnen Bauteile.
Die US-B-7,160,047 beschreibt die Anbringung von Befestigungselementen in Form von Bolzenelementen oder Mutterelementen an ein Bauteil, das aus einem Verbundmaterial besteht, das dort als sprödes oder nachgiebiges Bauteil definiert wird, welches aus einem Material mit Hohlräumen oder Poren, wie zum Beispiel Kunststoffen, Holz, Metallschäumen, Metallen, die mit hohlen Körper oder Kunststoffen oder einem anderen relative weichen Material gefüllt ist, besteht, und wahlweise in Form einer Sandwichkonstruktion oder als Verbundmaterial, zum Beispiel in Form einer einlagigen oder mehrlagigen Struktur mit zum Beispiel zwei Blech- oder Kunststofflagen mit einem Kern aus einem der obengenannten Stoffe oder Materialien.
Die vorliegende Erfindung befasst sich dagegen insbesondere mit Werkstücken, die aus einem faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff bestehen, und insbesondere solche mit einem duroplastischen Matrixmaterial, wobei die Erfindung allerdings auch zur Anwendung mit Werkstücken in Form von Blechteilen geeignet ist. Im Gegensatz zu den in der US 7,160,047 definierten Materialien sind die vorliegenden Werkstücke durchaus relativ hart und dünn, so dass andere Überlegungen für die Verarbeitung der Materialien im Sinne von der Anbringung von Befestigungselementen anzustellen sind.
Zur Definition der Verbundwerkstoffe, die im Rahmen dieser Anmeldung zum Einsatz kommen, wird folgendes ausgeführt:
Unter der Bezeichnung faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff versteht man Verbundwerkstoffe, die hochfeste Fasern, wie zum Beispiel Aramidfasern, Kohlenfasern oder Glasfasern aufweisen, die entweder als relativ kurze Füllfasern oder als lange Filamente oder in Form eines aus Filamenten gefertigten Gewebes in ein Matrixmaterial aus Kunststoff eingebettet sind. Als Kunststoff können zwar thermoplastische Materialien verwendet werden, für Karosseriebauteile werden aber üblicherweise duroplastische Kunststoffe verwendet. Die entsprechenden Bauteile liegen vorwiegend in Tafelform vor, im Regelfall mit einer dreidimensionalen Formgebung.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Stanzniet der oben genannten Art vorgesehen, wobei der Nietabschnitt an seiner freien Stirnseite zum Durchstanzen der beiden Werkstücke eine Ringfläche, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Langsachse des Stanzniets steht, und vorzugsweise auch eine innere konkave Ringfläche aufweist, die den Übergang von der Stirnseite des Stanzniets in den hohlen Innenraum des Nietabschnitts bildet. Dabei ist die radiale Erstreckung der konkaven Ringfläche kleiner als die der Ringfläche, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Längsachse steht.
Mit einer derartigen Ausbildung ist man bestrebt, im Gegensatz zu herkömmlichen Stanznieten, die aneinander liegenden Bauteilen vollständig durchzustanzen, so dass ein hochwertiger Nietbördel auf der dem Flansch abgewandten Seite des unteren Bauteils erzeugt werden kann. Zu diesem Zweck muss das erfindungsgemäße Stanzniet deutlich länger sein als die Gesamtdicke des Stapels von aneinander zu befestigenden Bauteilen, im Gegensatz zu Stanznieten, die den Stapel nicht vollständig durchdringen.
Ferner beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass bei Bauteilen aus einem faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff, insbesondere solche mit einem duroplastischen Matrixmaterial, dieses Material unter den einwirkenden Kräften am freien Ende des Stanzabschnitts zum Zerbröseln tendiert, was hier ausgenutzt wird in dem Sinne, dass dies die Handhabung des entstehenden Stanzbutzens erleichtert, da er eine Querabmessung aufweist, die in etwa dem Innendurchmesser des Nietabschnitts entspricht.
Besonders günstig ist es, wenn das Stanzniet sich parallel zur Längsachse erstreckende Rippen an der im Allgemeinen kreiszylindrischen Außenfläche des Nietabschnitts aufweist, die sich vorzugsweise bis zur freien Stirnseite des Nietabschnitts erstrecken.
Durch das Verschieben des Materials der Rippen entlang des verbleibenden im allgemeinem rohrförmigen Nietabschnitts (rohrförmig abgesehen von den Rippen) können Materialanhäufungen gebildet werden, die die Bauteile aneinander klemmen, und zwar zwischen dem Flansch des Stanzniets und den Materialanhäufungen. Das verbleibende freie Ende des rohrförmigen Nietabschnitts kann gegebenenfalls anschließend zu einem Nietbördel umgeformt werden, wie später näher erläutert wird.
Eine solche Ausbildung macht es möglich, den Stanzniet zunächst an ein Bauteil oder an zwei Bauteile zu befestigen – im Sinne der Herstellung eines Zwischenprodukts – und dieses Zwischenprodukt dann zu einem anderen Herstellungsort in der gleichen Fabrik oder anderswo zu transportieren und mit einem oder mehreren weiteren Bauteilen zu vernieten. Das Zwischenprodukt kann allerdings selbst ein Fertigprodukt sein.
Der Stanzniet kann im Bereich des Flansches durch eine Wand geschlossen sein oder er kann eine mittlere Passage aufweisen, die sich über die gesamte Länge des Hohlniets erstreckt.
Das erfindungsgemäße Verfahren befasst sich mit der Befestigung einzelner Bauteile aneinander unter Anwendung eines Stanzniets, wobei mindestens eines der Bauteile durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist. Dabei weist der Stanzniet einen Flansch größeren Durchmessers, einen Nietabschnitt kleineren Durchmessers und auf der dem Nietabschnitt zugewandten Seite des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche auf, die den Nietabschnitt umgibt. Der Nietabschnitt ist an seiner freien Stirnseite zum Durchstanzen der beiden Werkstücke ausgebildet und mit sich parallel zur Längsachse erstreckenden Rippen an der im Allgemeinen kreiszylindrischen Außenfläche des Nietabschnitts versehen, die sich vorzugsweise bis zum freien Ende des Nietabschnitts erstrecken. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) Anordnung einer Matrize gegen eines der aneinander zu befestigenden Bauteile, die aneinander gelegt werden, wobei die Matrize eine Bohrung aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts, nicht jedoch der Rippen bemessen ist,
b) Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets mit dem freien Stirnende des Nietabschnitts voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile und in Richtung der Matrize,
c) Durchstanzen der Bauteile mit dem freien Ende des Nietabschnitts und Einführung des Nietabschnitts in die Bohrung der Matrize bei gleichzeitigem Abschaben des Materials der Rippen bis die Bauteilanlagefläche an dem dem Flansch zugewandten Bauteil zur Anlage kommt und das abgeschabte Material Materialanhäufungen bildet, die die Bauteile zwischen dem Flansch und sich selbst klemmen.

Hierdurch wird das oben erwähnte Zwischenprodukt hergestellt, das aber auch ein Fertigprodukt sein kann. Um ein solches Zwischenprodukt zu einem Fertigprodukt zu machen, kann unter Anwendung einer zweiten Matrize mit einem mittleren Pfosten und einer den mittleren Pfosten umgebenden konkav gerundeten Ringfläche das dem Flansch abgewandte, aus den Bauteilen herausragende Ende des Nietabschnitts zu einem Nietbördel umgebördelt werden, und zwar ohne das Hinzufügen eines weiteren Bauteils oder mit dem Hinzufügen eines weiteren vorgelochten Bauteils, falls das Zwischenproduktmit einem weiteren Bauteil ergänzt werden soll. In beiden Fällen führt die Ausbildung eines Nietbördels ergänzend zu den Materialanhäufungen zu einer ausgezeichneten geklemmten Verbindung der aneinander gelegten Bauteile zwischen dem Flansch auf der einen Seite des ”Stapels” der Bauteile und den Materialanhäufungen und dem Nietbördel auf der anderen Seite.
Das Verfahren kann derart ablaufen, dass die in den Schritten b) und c) entstandenen Stanzbutzen (aus den mehreren Bauteilen) durch die vorzugsweise sich erweiternde Bohrung der ersten Matrize entsorgt werden.
Alternativ hierzu kann die Festigkeit der Verbindung noch gesteigert werden, wenn ein als ein verschiebbarer Stempel ausgebildetes mittleres Teil der ersten Matrize in den hohlen Nietabschnitt hineinbewegt wird und die Stanzbutzen innerhalb des rohrförmigen Hohlraums des Stanzniets hineinpressen. Besonders günstig ist dieses Verfahren mit Stanznieten, die im Bereich des Flansches durch eine Querwand geschlossen sind. Dann können die Stanzbutzen zur Anlage an die geschlossene Wand gebracht werden, was die Verbindung wesentlich versteift.
Weiterbildungen der Erfindung werden anhand von praktischen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben, in der zeigen:
1A bis 1C einen erfindungsgemäßen Stanzniet und zwar in einer Stirnansicht (1A) auf den Nietabschnitt des Stanzniets in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht (1B) und in einer perspektivischer Darstellung (1C),
2A bis 2C Darstellungen von drei Phasen der Anbringung des Stanzniets gemäß 1A bis 1C an zwei aneinander zu befestigenden Bauteile, wobei die 2A die Ausgangslage, 2B die Verarbeitung der Elemente gemäß 2A und 2C das resultierend erste Produkt zeigen, und
3A bis 3C Darstellungen von weiteren Phasen der Bearbeitung des ersten Produkts gemäß 2C, hier erneut als 3A gezeigt, mittels der Vorrichtung der 3B um ein zweites Produkt gemäß 3C zu erzeugen.
Bezugnehmend auf die 1A bis 1C ist dort ein Stanzniet 10 zur Befestigung einzelner Bauteile 40, 42 aneinander (2A) gezeigt, von denen mindestens ein Bauteil 40 durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist.
Der Stanzniet 10 weist einen Flansch 12 größeren Durchmessers D1, einen Nietabschnitt 14 kleineren Durchmessers D2 und auf der dem Nietabschnitt 14 zugewandten Seite 16 des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche 18 auf, die den Nietabschnitt 14 umgibt. Der Nietabschnitt 14 weist an seiner freien Stirnseite 20 zum Durchstanzen der beiden Bauteile 40, 32 eine Ringfläche 22 auf, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Langsachse 24 des Stanzniets 10 steht, und weist eine innere konkave Ringfläche 26 auf, die den Übergang von der Stirnseite 20 des Stanzniets 10 in den hohlen Innenraum 28 des Nietabschnitts bildet. Diese konkave Ringfläche 26 ist nicht zwingend erforderlich, und es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass die Ringfläche 22 streng senkrecht zur mittleren Längsachse 24 steht, sie könnte ohne weiteres einen eingeschlossenen Winkel von 80 bis 100° mit der Längsachse bilden und könnte auch gerundet sein.
Die Bauteilanlagefläche 18 ist hier als eine Konusfläche gezeigt, dies ist allerdings auch nicht zwingend erforderlich, diese Fläche könnte auch senkrecht zur Längsachse stehen. Durch den Durchmesser des Flansches wird die Fläche der Bauteilanlagefläche definiert und diese sollte so groß gewählt werden, das die Flächenpressung materialgerecht gestaltet wird im Hinblick auf die Eigenschaften des ersten Bauteils und die Kräfte, die im Betrieb von den Stanzniet ausgehen bzw. übertragen werden. Der Nietabschnitt hat einen kreiszylindrischen hohlen Innenraum 28 und eine kreiszylindrische Mantelfläche abgesehen von den gerundeten Längsrippen 30. Die Rippen 30 erstrecken sich hier über die gesamte Länge des Nietabschnitts vorzugsweise bis zur freien Stirnseite 20 des Nietabschnitts 14. Die Länge des Nietabschnitts übersteigt die Gesamtdicke der aneinander zu befestigenden Bauteilen um einen Betrag, der die Bildung eines Nietbördels zulässt.
In diesem Beispiel ist der Stanzniet 10 im Bereich des Flansches durch eine Wand 32 geschlossen. Diese Wand 32 begrenzt den hohlen Innenraum 28 und ist leicht gewölbt, wie aus 1B ersichtlich.
Es wäre durchaus möglich, die Wand 32 wegzulassen und den Stanzniet 10 als hohlen Stanzniet auszubilden, das heißt so, dass eine mittlere Passage entsprechend dem hohlen Innenraum 28 sich über die gesamte Länge des Hohlniets erstreckt.
Das Bezugszeichen 34 deutet auf eine Hohlkehle hin, welche den Übergang vom Nietabschnitt 14 in die Bauteilanlagefläche 18 bildet und in etwa die radiale Dicke der Rippen 30 hat.
Das Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile 40, 42 aneinander unter Anwendung eines Stanzniets, um ein erstes Produkt zu bilden, wird nunmehr anhand der 2A bis 2C beschrieben. In diesem Beispiel ist mindestens das obere Bauteil 49 durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet. Das Bauteil 42 kann ein Blechteil sein oder es kann ein weiteres Werkstück aus Verbundmaterial sein. Es versteht sich, dass in dieser Anmeldung (einschließlich der Patentansprüche) die Bezeichnung ”Verbundmaterial” im Sinne der oben angegebenen Definition verwendet wird. Es ist auch anzumerken, dass der Stanzniet so angebracht werden kann, dass die Bauteilanlagefläche 18 wie hier gezeigt an das obere Bauteil 40 zum Anliegen kommt oder umgekehrt, so dass er an das Blechteil 42 anliegt. Ferner ist das Verfahren nicht auf die Befestigung von zwei Bauteilen aneinander beschränkt.
In 2A ist der Stanzniet 10 mit seinen Flansch größeren Durchmessers D1 oben und seinem Nietabschnitt 14 kleineren Durchmessers D2 unten oberhalb des oberen Bauteils 40 angeordnet. Dabei liegt die dem Nietabschnitt zugewandte Bauteilanlagefläche 18 des Flansches, die den Nietanschnitt umgibt, dem Bauteil 40 gegenüber. Die freie Stirnseite 20 des Nietabschnitts 14, der zum Durchstanzen der beiden Werkstücke 40, 42 ausgebildet ist, liegt unmittelbar vor dem oberen Bauteil 40, und die sich parallel zur Längsachse erstreckenden Rippen 39 an der im Allgemeinen kreiszylindrischen Außenfläche des Nietabschnitts 14 stehen senkrecht zum oberen Bauteil 40.
Das Verfahren zur Herstellung eines ersten Produkts gemäß 2C umfasst die folgenden Schritte:

a) eine Matrize 50 wird gegen eines (42) der aneinander zu befestigenden Bauteile 40, 32, die aneinander gelegt sind, angeordnet. Die Matrize 50 weist eine Bohrung 52 auf, die zur Aufnahme des Nietabschnitts 14, nicht jedoch der Rippen 30 bemessen ist, d. h. die Bohrung hat einen Durchmesser entsprechend dem Durchmesser D2 des Nietabschnitts 14 bzw. geringfügig größer als dieser.
b) Es wird mittels eines Stanzkopfes 60 eine Relativbewegung zwischen dem Stanzniet 10 mit dem freien Stirnende 20 des Nietabschnitts 14 voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile 40, 42 und in Richtung der Matrize durchgeführt.,
c) Die Bauteile werden mit dem freien Ende 20 des Nietabschnitts durchstanzt, und das freie Ende 20 des Nietabschnitt wird in die Bohrung 52 der Matrize 50 bei gleichzeitigem Abschaben des Materials der Rippen 30 eingeführt, bis die Bauteilanlagefläche 18 an dem dem Flansch zugewandten Bauteil 40 zur Anlage kommt und das abgeschabte Material Materialanhäufungen 36 bildet, die die Bauteile 40, 42 zwischen dem Flansch 12 und sich selbst klemmen.

Für die Anbringung des Stanzniets 10 wird es normalerweise in einem sogenannten Stanz- oder Setzkopf 60 eingeführt, die Stanznieten oder Befestigungselemente eins nach dem anderen an eine Folge von Werkstücken 40, 42 liefert, Dabei wird üblicherweise auch ein gefederter Niederhalter (ebenfalls nicht gezeigt, jedoch auch für sich bestens bekannt) verwendet, der den Stanzniet oder das Befestigungselement umfasst und welcher dazu dient, das Werkstück, hier die Bauteile 40, 42, an die Stirnseite der Matrize 50 zu drücken, damit das Werkstück 40, 42 in seiner vorgesehenen Position gehalten werden kann. Der Stanzniet 10 bzw. das Befestigungselement wird üblicherweise von einem Stempel (nicht gezeigt) des Setzkopfes 60 in Richtung auf das Werkstück 40, 42 zu bewegt.
Wie oben dargelegt, befindet sich die Matrize 50 unterhalb des Werkstücks 40, 42 und hat üblicherweise eine zylindrische Form, die in einer entsprechenden Bohrung (nicht gezeigt) eines Werkzeugs (ebenfalls nicht gezeigt) eingelassen ist.
Es handelt sich hier, wie üblich bei der Anbringung von Befestigungselementen, um einen Stanzkopf, der am oberen Werkzeug einer Presse oder an einer Zwischenplatte der Presse angeordnet ist, während es sich bei dem die Matrize 50 aufnehmenden Werkzeug um die Zwischenplatte der Presse bzw. um das untere Werkzeug der Presse handelt. Auch wäre eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der der Setzkopf am unteren Werkzeug der Presse oder an einer Zwischenplatte der Presse angebracht ist, während sich die Matrize 50 dann an der Zwischenplatte bzw. am oberen Werkzeug der Presse befindet.
Es ist keinesfalls zwingend erforderlich, eine Presse für die Anbringung des Stanzniets an das Werkstück zu verwenden. Es könnte beispielsweise in an sich bekannter Weise ein Roboter, beispielsweise nach dem europäischen Patent 0 691 900 zur Anwendung gelangen, wobei die Matrize 50 und der Setzkopf dann vom Roboter getragen werden. Es könnte aber auch ein Schlagwerkzeug oder andere Werkzeuge für die Anbringung der Funktionselementanordnung am Bauteil verwendet werden, beispielsweise ein Werkzeug nach einem der nachfolgenden Schutzrechte DE-PS 197 47 267 , EP 0 890 397 oder DE-PS 197 01 088 .
Es ist zwar allgemein üblich, Befestigungselemente 10 mit der mittleren Längsachse 24 vertikal angeordnet an ein Werkstück anzubringen, und eine solche Orientierung ist keinesfalls zwingend erforderlich. Stattdessen kann die mittlere Längsachse 24 eine beliebige Orientierung im Raum annehmen. Wenn daher geometrische Begriffe wie vertikal oder oben oder unten oder oberhalb oder unterhalb in dieser Anmeldung verwendet werden, so ist dies so zu verstehen, dass die Bezeichnungen lediglich auf die Orientierung der entsprechenden Figur zurückzuführen sind und keineswegs einschränkend auszulegen sind.
Das Ergebnis des Herstellungsverfahrens gemäß 2A bis 2C, d. h. das erste Produkt, ist in 2C zu sehen. Das erste Produkt kann schon das fertige Produkt sein oder es kann weiterverarbeitet werden wie in den 3A bis 3C gezeigt, wobei die 3A identisch ist mit der 2C, um zu zeigen, dass das erste Produkt gemäß der 2C den Ausgangspunkt für das weitere Verfahren bildet.
In der 3B kommt dann eine weitere Matrize 70 zur Anwendung. Diese Matrize 70 ist mit einem mittleren Pfosten 72 und einer den mittleren Pfosten 72 umgebenden konkav gerundeten Ringfläche 74 versehen. Das Zusammenbauteil in Form des ersten Produkts wird mittels einer Kraft, die in Pfeilrichtung 76 wirkt und z. B. mittels eines Stempels (nicht gezeigt) in einer Presse (ebenfalls nicht gezeigt) auf die obere Seite des Flansches 12 ausgeübt wird, auf die Matrize 70 zu bewegt. Die Matrize 70 wird wie oben beschrieben in einem unteren Werkzeug der Presse oder in einer Zwischenplatte der Presse gehalten. Das dem Flansch 12 abgewandte, aus den Bauteilen 40, 42 herausragende Ende 37 des Nietabschnitts 14 wird bei zunehmender Bewegung des Zusammenbauteils und zunehmender Schließung der nicht gezeigten Presse in 3B zunehmend nach unten gedrückt. Hierdurch wird das freie Stirnende 22 des Nietabschnitts 14 gezwungen, sich entlang des mittleren Pfostens 72 und anschließend entlang der konkav gerundeten Ringfläche 74 und radial nach außen zu bewegen, wodurch das freie Ende 37 des Nietabschnitts 14 zu dem Nietbördel 38 umgebördelt wird.
Der mittlere Pfosten 72 zentriert das freie Stirnende 22 des Nietabschnitts, in dem es in das freie Ende 37 hineingleitet, und die leicht konisch nach unten divergierende Form des mittleren Pfostens 72 leitet die radial nach außen gerichtete Bewegung des freien Stirnendes 22 des Nietabschnitts 14 ein.
Das fertige Produkt ist jetzt der 3C zu entnehmen. Anstatt die für diese Umformung notwendige relativ Bewegung in einer Presse vorzunehmen, kann sie auch mittels eines Roboters oder einer kraftbetätigten Zange oder anderweitig bewerkstelligt werden.
Je nachdem welchen Zweck die Bauteile in Form des fertigen Produkts gemäß 3C erfüllen soll, kann die Herstellung in zwei Zügen gemäß 2A bis 2C einerseits und 3A bis 3C andererseits nach verschiedenen Mustern ablaufen. Die Herstellung des ersten Produkts und des fertigen Produkts können in verschiedenen Stufen einer Anlage hergestellt werden, beispielsweise in einem Folgeverbundwerkzeug, wenn kleinere Blechteile an Verbundwerkstoffbauteilen angebracht werden sollen, vor allem dann, wenn mehrere Operationen an den Blechteilen durchzuführen sind und in einer Presse realisiert werden können; oder das erste Produkt kann in einer Anlage hergestellt werden und das fertige Produkt in einer zweiten Anlage in der gleichen Fabrik, dabei können die zwei Anlagen Teil einer Transferanlage sein; oder die zwei Anlagen können an unterschiedlichen Orten in der gleichen Fabrik oder in unterschiedlichen Fabriken oder in unterschiedlichen Bereichen der gleichen Produktionshalle stehen.
Ferner besteht die Möglichkeit, in der zweiten Herstellungsstufe nach 3A bis 3C ein weiteres vorgelochtes Bauteil (nicht gezeigt) über den hinausragenden Nietanschnitt und gegen die Unterseite des zweiten Bauteils 42 anzuordnen und dieses weitere Bauteil (das auch aus mehreren Bauteilen bestehen kann) an die zwei erstgenannten Bauteile 40 und 42 mit dem nachträglich gebildeten Nietbördel 38 zu fixieren.
Das soeben erläuterte Verfahren kann so ablaufen, dass die entstandenen Stanzbutzen 54 wie angedeutet durch die vorzugsweise sich erweiternde Bohrung 52 der ersten Matrize 50 entsorgt werden. Alternativ hierzu kann, insbesondere dann, wenn es sich bei dem Stanzniet 10 um einen solchen mit einer geschlossenen Querwand 32 handelt, ein als verschiebbaren Stempel ausgebildeter mittlerer Teil der ersten Matrize 50, der in der Bohrung 52 für axiale Bewegungen beweglich angeordnet ist, benutzt werden, um die Stanzbutzen 54 in den hohlen Nietabschnitt 14 einzupressen und dabei können Sie zur Anlage an der Innenseite der Querwand 32 gebracht werden.
Bei allen Ausführungsformen können als Beispiel für den Werkstoff der Stanznieten alle Materialien genannt werden, die im Rahmen der Kaltverformung die Festigungswerte der Klasse 8 gemäß ISO-Standard oder höher erreichen, beispielsweise eine 3562-Legierung gemäß DIN 1654. Auch können Aluminiumlegierungen, insbesondere solche mit hoher Festigkeit, für das die Stanznieten benutzt werden, z. B. AlMg5. Auch kommen Befestigungselemente aus höherfesten Magnesiumlegierungen wie beispielsweise AM50 in Frage.
Bezugszeichenliste

10: Stanzniet
12: Flansch
14: Nietabschnitt
15: Nietbördel
16: dem Nietabschnitt zugewandte Seite des Flansches
18: Bauteilanlagefläche
20: Stirnseite
22: Ringfläche
24: Längsachse
26: konkave Ringfläche
28: hohler Innenraum des Nietabschnitts
30: Längsrippen
32: Querwand
34: Hohlkehle
36: Materialanhäufungen
37: freies Ende des Nietabschnitts
38: Nietbördel
40: oberes Bauteil
42: unteres Bauteil
50: Matrize
52: Bohrung
54: Stanzbutzen
60: Stanzkopf
70: Matrize
72: mittlerer Pfosten
74: konkav gerundete, halbtorusförmige Ringfläche
76: Pfeilrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7160047 B [0007]
US 7160047 [0008]
EP 0691900 [0037]
DE 19747267 [0037]
EP 0890397 [0037]
DE 19701088 [0037]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 1654 [0046]

Claims

Stanzniet (10) zur Befestigung einzelner Bauteile (40,42) aneinander, von denen mindestens ein Bauteil (40) durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet (19) einen Flansch (12) größeren Durchmessers (D1), einen Nietabschnitt (14) kleineren Durchmessers (D2) und auf der dem Nietabschnitt (14) zugewandten Seite (16) des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche (18) aufweist, die den Nietabschnitt umgibt, wobei der Nietabschnitt (14) an seiner freien Stirnseite zum Durchstanzen der beiden Werkstücke (40, 42) eine Ringfläche, (22) die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Langsachse (24) des Stanzniets steht, und eine innere konkave Ringfläche (26) aufweist, die den Übergang von der Stirnseite (22) des Stanzniets in den hohlen Innenraum (28) des Nietabschnitts bildet.
Stanzniet nach Anspruch 1, wobei parallel zur Längsachse (24) erstreckende Rippen (30) an der im Allgemeinen kreiszylindrischen Außenfläche des Nietabschnitts (14) vorgesehen sind, die sich vorzugsweise bis zur freien Stirnseite (22) des Nietabschnitts (14) erstrecken.
Stanzniet nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Stanzniet (10) im Bereich des Flansches durch eine Wand (32) geschlossen ist.
Stanzniet nach Anspruch 1 oder 2, der eine mittlere Passage aufweist, die sich über die gesamte Länge des Hohlniets erstreckt.
Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile (40, 42) aneinander unter Anwendung eines Stanzniets (10), wobei mindestens eines der Bauteile (40) durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet einen Flansch (12) größeren Durchmessers (D1), einen Nietabschnitt (14) kleineren Durchmessers (D2) und auf der dem Nietabschnitt (14) zugewandten Seite (16) des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche (18) aufweist, die den Nietabschnitt umgibt, wobei der Nietabschnitt (14) an seiner freien Stirnseite (22) zum Durchstanzen der beiden Werkstücke ausgebildet ist und sich parallel zur Längsachse erstreckende Rippen (30) an der im Allgemeinen kreiszylindrischen Außenfläche des Nietabschnitts (14) vorgesehen sind, die sich vorzugsweise bis zum freien Ende (22) des Nietabschnitts erstrecken, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Anordnung einer Matrize (50) gegen eines (42) der aneinander zu befestigenden Bauteile (49, 42), die aneinander gelegt werden, wobei die Matrize eine Bohrung (50)) aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts (14), nicht jedoch der Rippen (30) bemessen ist, b) Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets (10) mit dem freien Stirnende (22) des Nietabschnitts voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile (40, 42) und in Richtung der Matrize (50), c) Durchstanzen der Bauteile (40, 42) mit dem freien Ende (22) des Nietabschnitts (14) und Einführung des Nietabschnitts in die Bohrung (52) der Matrize bei gleichzeitigem Abschaben des Materials der Rippen (30) bis die Bauteilanlagefläche (18) an dem dem Flansch (12) zugewandten Bauteil (40) zur Anlage kommt, und das abgeschabte Material Materialanhäufungen (36) bildet, die die Bauteile (40,, 42) zwischen dem Flansch (12) und sich selbst klemmen.
Verfahren nach Anspruch 5, mit dem weiteren Verfahrensschritt, d) dass unter Anwendung einer zweiten Matrize (70) mit einem mittleren Pfosten (72) und einer den mittleren Pfosten umgebenden konkav gerundeten Ringfläche (74) das dem Flansch (12) abgewandte, aus den Bauteilen herausragende Ende (37) des Nietabschnitts (14) zu einem Nietbördel (38) umgebördelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein weiteres vorgelochtes Bauteil auf das dem Flansch (12) abgewandte, aus den Bauteilen herausragende Ende (37) des Nietabschnitts (14) positioniert wird vor es zu einem Nietbördel (38) umgebördelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, wobei die in den Schritten b) und c) entstandenen Stanzbutzen (54) entweder durch die vorzugsweise sich erweiternde Bohrung (52) der ersten Matrize (50) entsorgt werden oder durch einen als verschiebbaren Stempel ausgebildeten mittleren Teil der ersten Matrize in den hohlen Nietabschnitt (14) hineinbewegt werden.
Vorrichtung zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander unter Anwendung eines Stanzniets (10), wobei mindestens eines der Bauteile (40, 42) durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet (10) einen Flansch (12) größeren Durchmessers (D1), einen Nietabschnitt (14) kleineren Durchmessers (D2) und auf der dem Nietabschnitt (14) zugewandten Seite (16) des Flansches (12) eine ringförmige Bauteilanlagefläche (18) aufweist, die den Nietabschnitt (14) umgibt, wobei der Nietabschnitt (14) an seinem freien Stirnseite (20) zum Durchstanzen der beiden Werkstücke (40, 42) ausgebildet ist und sich parallel zur Längsachse (24) erstreckende Rippen (30) an der im Allgemeinen kreiszylindrischen Außenfläche des Nietabschnitts (14) vorgesehen sind, die sich vorzugsweise bis zum freien Ende des Nietabschnitts (14) erstrecken, wobei die Vorrichtung folgende Bauteile umfasst: a) eine Matrize (50), die gegen eines der aneinander zu befestigenden Bauteile, (40, 42) die aneinander gelegt werden, anzuordnen ist, wobei die Matrize (50) eine Bohrung (52) aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts (14), nicht jedoch der Rippen bemessen ist, und b) eine Einrichtung zur Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets (10) mit der freien Stirnseite (20) des Nietabschnitts (14) voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile (40, 42) und in Richtung der Matrize (50), wodurch die Bauteile (40, 42) mit dem freien Ende (20) des Nietabschnitts (14) durchstanzbar sind und der Nietabschnitt (14) in die Bohrung der Matrize (50) bei gleichzeitigem Abschaben des Materials der Rippen einführbar ist, bis die Bauteilanlagefläche (18) an dem dem Flansch (12) zugewandten Bauteil (40) zur Anlage kommt, und das abgeschabte Material Materialanhäufungen (36) bildet, die die Bauteile (40, 42) zwischen dem Flansch (12) und sich selbst klemmen.
Vorrichtung nach Anspruch 9 in Kombination mit einer zweiten Matrize (70) mit einem mittleren Pfosten (72) und einer den mittleren Pfosten (72) umgebenden konkav gerundeten Ringfläche (74), die ausgelegt ist, um den dem Flansch (12) abgewandten aus den Bauteilen herausragenden Endbereich des Nietabschnitts (14) zu einem Nietbördel umzubördeln.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei ein verschiebbarer Stempel vorgesehen ist, der innerhalb der ersten oder der zweiten Matrize (50, 70) bewegbar ist, um die Stanzbutzen (54) in den hohlen Nietabschnitt (14) hineinzudrücken.