DE102016208067A1 - Stanznietvorrichtung und Fertigungsvorrichtung - Google Patents

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DE102016208067A1
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vibrator
vibration
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Florian Woelke
Ingo Kesel
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Robert Bosch GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21JFORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/10Riveting machines
    • B21J15/12Riveting machines with tools or tool parts having a movement additional to the feed movement, e.g. spin
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21J15/00Riveting
    • B21J15/02Riveting procedures
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung (10') zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12), mit einer Sonotrode (15), einem Gegenhalter (18) und einem Schwingungserzeuger (30), wobei die Sonotrode (15) und der Gegenhalter (18) derart zueinander angeordnet sind, dass die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen der Sonotrode (15) und dem Gegenhalter (18) anordenbar sind, wobei zwischen der Sonotrode (15) und einem der Sonotrode (15) zugewandten Bauteil (11) ein Niet (20) anordenbar ist, wobei der Schwingungserzeuger (30) und die Sonotrode (15) ein Schwingungssystem (39) bilden, und wobei ein Antrieb (50) vorgesehen ist, der an das Schwingungssystem (39) derart gekoppelt ist, dass mittels des Antriebs (50) eine Kraft (F) auf den Niet (20) ausübbar ist, wobei der Schwingungserzeuger (30) direkt mit der Sonotrode (15) in berührendem Kontakt steht, sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung (10’).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile sowie eine Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung.
  • Stand der Technik
  • Verfahren und Vorrichtungen zum Stanznieten dienen zum Verbinden mindestens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet mittels eines Stempels oder eines Stempelwerkzeugs in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Stempelwerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt ist, dass der Niet sich in einer bestimmten Art und Weise innerhalb der miteinander zu verbindenden Bauteile verformt, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen und gleichzeitig ein Durchdringen des dem Niet abgewandten Bauteils zu vermeiden.
  • Weiterhin ist bspw. aus der EP 2 318 161 B1 ein sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bekannt, bei denen ein Schwingungserzeuger, wie bspw. ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird bspw. die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden eine Stanznietvorrichtung und eine Fertigungsvorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung dient zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile und weist eine Sonotrode, einen Gegenhalter und einen Schwingungserzeuger auf. Dabei sind die Sonotrode und der Gegenhalter derart zueinander angeordnet, dass die wenigstens zwei Bauteile zwischen der Sonotrode und dem Gegenhalter anordenbar sind. Zudem ist zwischen der Sonotrode und einem der Sonotrode zugewandten Bauteil ein Niet anordenbar. Die Sonotrode dient somit als Stempel oder Stempelwerkzeug der Stanznietvorrichtung zum Eindrücken des Niets in die Bauteile. Der Schwingungserzeuger und die Sonotrode bilden ein Schwingungssystem und es ist ein Antrieb vorgesehen, der an das Schwingungssystem derart gekoppelt ist, dass mittels des Antriebs eine Kraft auf den Niet ausübbar ist. Der Schwingungserzeuger steht direkt mit der Sonotrode in berührendem Kontakt.
  • Zweckmäßig kann es dabei sein, wenn die Stanznietvorrichtung zudem einen Niederhalter aufweist, wobei die wenigstens zwei Bauteile zugleich auch zwischen dem Niederhalter und dem Gegenhalter anordenbar sind. Dies ermöglicht eine einfache Fixierung der Bauteile beim Nietvorgang.
  • Bei herkömmlichen Stanznietvorrichtungen mit Schwingungserzeuger, also bspw. sog. Ultraschall-Stanznietvorrichtungen, wird zur Erzeugung einer nötigen Amplitude der Schwingung im Kontaktbereich der Sonotrode bzw. des Stempels mit dem Niet ein sog. Booster (Amplitudenverstärker) verwendet. Die Amplitude der Schwingung, die von dem Schwingungserzeuger erzeugt wird, wird dabei durch den Booster, der dem Schwingungserzeuger und der Sonotrode zwischengeschaltet ist, vergrößert. Dies ist bislang nötig gewesen, da Sonotroden für gewöhnlich kein hinreichend großes Übersetzungsverhältnis für Schwingungsamplituden aufweisen.
  • Bei der vorgeschlagenen Erfindung wurde nun erkannt, dass es durch geeignete Methoden, insbesondere Finite Elemente Methoden (FEM), möglich ist, auch Sonotroden mit einem größeren Übersetzungsverhältnis zu konstruieren und damit herzustellen, so dass der Booster nicht mehr nötig ist, um eine für den schwingungsgestützten Stanznietvorgang gewünschte oder benötigte Amplitude der Schwingung im Kontaktbereich der Sonotrode mit dem Niet zu erhalten. Zweckmäßigerweise weist die Sonotrode ein Übersetzungsverhältnis für Schwingungsamplituden ausgehend von einem dem Schwingungserzeuger zugewandten Ende hin zu einem den Bauteilen zugewandten Ende von Eins zu wenigstens Drei, insbesondere von Eins zu wenigstens Vier, auf. Vorteilhaft sind bspw. auch Übersetzungsverhältnisse von Eins zu Viereinhalb oder Eins zu Fünf. Auf diese Weise können auch ohne Booster Amplituden am Niet von bspw. 20 μm bis 60 μm erreicht werden. Herkömmliche Sonotroden hingegen weisen in der Regel lediglich ein Übersetzungsverhältnis von ungefähr Eins zu Eineinhalb oder Eins zu Zwei auf.
  • Die vorgestellten Stanznietvorrichtungen haben damit den Vorteil, dass sie gegenüber herkömmlichen Stanznietvorrichtungen deutlich kleiner bzw. kompakter sind, da der Booster mit in der Regel einer halben Wellenlänge der Schwingung eingespart wird, so dass die Stanznietvorrichtung insgesamt kleiner baut und somit auch bei weniger Raum eingesetzt werden kann. Damit einher geht auch eine Gewichtseinsparung, so dass zugehörige Fertigungseinrichtungen bzw. Roboterarme leichter ausgelegt werden können. Ein weiterer Vorteil ist, dass aufgrund nur einer Kontaktstelle zwischen Schwingungserzeuger und Sonotrode (anstatt zwei Kontaktstellen, nämlichen zwischen Schwingungserzeuger und Booster sowie zwischen Booster und Sonotrode) die Wahrscheinlichkeit von Amplitudenverlusten an der Kontaktstelle, bspw. durch nicht optimale Kontaktierung, reduziert wird. Daneben verursachen weniger Bauteile einen geringeren Wartungsaufwand.
  • Vorzugsweise ist das Schwingungssystem über eine Haltevorrichtung an dem Antrieb befestigt. Durch eine solche Haltevorrichtung ist eine besonders einfache, platzsparende und sichere Anordnung des Schwingungssystems in der Stanznietvorrichtung möglich. Insbesondere kann auf diese Weise bspw. auch das Schwingungssystem weitgehend von dem Antrieb hinsichtlich etwaiger Schwingungsübertragungen abgekoppelt werden.
  • Vorteilhafterweise ist der Antrieb derart an das Schwingungssystem gekoppelt, dass die Kraft von dem Antrieb über den Schwingungserzeuger in die Sonotrode einleitbar ist. Auf diese Weise ist eine besonders kompakte Bauweise möglich und eine Haltevorrichtung für das Schwingungssystem kann bspw. sehr klein ausgeführt sein.
  • Es ist bevorzugt, wenn der Antrieb an einem dem Antrieb zugewandten Ende des Schwingungserzeugers an das Schwingungssystem gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine Haltevorrichtung besonders kompakt ausgeführt werden oder es kann der Schwingungserzeuger direkt an den Antrieb angebracht werden.
  • Es ist alternativ bevorzugt, wenn der Antrieb an einem zwischen 40% und 60% von dem dem Antrieb zugewandten Ende des Schwingungserzeugers in Richtung des der Sonotrode zugewandten Endes des Schwingungserzeugers entfernt gelegenen Bereich an das Schwingungssystem gekoppelt ist. Auf diese Weise kann eine besonders gute Krafteinleitung in den Schwingungserzeuger und darüber in die Sonotrode erfolgen.
  • Es ist weiter alternativ bevorzugt, wenn der Antrieb an einem der Sonotrode zugewandten Ende des Schwingungserzeugers an das Schwingungssystem gekoppelt ist. Auf diese Weise kann die Kraft vom Antrieb sehr gut auf die Sonotrode übertragen werden, da keine Kraftverluste im Schwingungserzeuger entstehen.
  • Alternativ zur Krafteinleitung über den Schwingungserzeuger ist es bevorzugt, wenn der Antrieb derart an das Schwingungssystem gekoppelt ist, dass die Kraft von dem Antrieb in die Sonotrode aber nicht in den Schwingungserzeuger einleitbar ist. Mit anderen Worten ist der Antrieb nicht krafteinleitend an den Schwingungserzeuger gekoppelt. Eine Haltevorrichtung kann hierzu bspw. den gesamten Schwingungserzeuger umgeben.
  • Hierbei ist es bevorzugt, wenn der Antrieb in einem Bereich der Sonotrode, in welchem eine Schwingungsamplitude der Sonotrode höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, der Schwingungsamplitude der Sonotrode in einem Kontaktbereich mit dem Niet aufweist, an das Schwingungssystem gekoppelt ist. Zweckmäßigerweise kann dabei versucht werden, den Antrieb an derjenigen Stelle der Sonotrode anzukoppeln, an der die Amplitude der Schwingung in der Sonotrode am geringsten, idealerweise Null ist. Auf diese Weise werden die Schwingungen möglichst wenig auf Komponenten außerhalb des Schwingungssystems, d.h. bspw. auf den Antrieb und bspw. ein Gestell wie einen sog. C-Rahmen, übertragen. Dies wiederum führt zu möglichst geringen Energieverlusten und zu einer geringeren Beanspruchung dieser übrigen Komponenten.
  • Vorzugsweise weist die Stanznietvorrichtung weiterhin einen Rahmen auf, der eine Schnittstelle für eine Anbringung der Stanznietvorrichtung an einer Fertigungseinrichtung wie bspw. einem Industrieroboter aufweist. Dies ermöglicht eine sehr einfache Montage bspw. im Rahmen eines Austauschs.
  • Eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung weist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung auf.
  • Zur Vermeidung von Wiederholungen sei bezüglich weiterer Vorteile einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung auf die obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung verwiesen.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Figurenbeschreibung
  • 1 zeigt vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.
  • 2a bis 2d zeigen eine Stanznietvorrichtung bei verschiedenen Phasen der Durchführung eines Stanznietverfahrens.
  • 3 zeigt schematisch eine nicht erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung.
  • 4a bis 4d zeigen schematisch erfindungsgemäße Stanznietvorrichtungen in verschiedenen, bevorzugten Ausführungsformen.
  • Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • In 1 ist vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung 100 in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Bei der Fertigungseinrichtung 100 kann es sich bspw. um einen Industrieroboter in einer Fertigungshalle, bspw. für einen automobilen Karosseriebau, handeln.
  • Die Fertigungseinrichtung 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und zwei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Arme 4 und 5 auf. Am Ende des Armes 5 ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10’ angeordnet, welche nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.
  • Weiterhin ist eine Recheneinheit 80 gezeigt, bei der es sich bspw. um eine Steuereinheit für die Stanznietvorrichtung 10’ handelt. Die Recheneinheit 80 kann zudem auch als Steuereinheit für die gesamte Fertigungseinrichtung, d.h. neben der Stanznietvorrichtung insbesondere auch für die Ansteuerung der beweglichen Arme vorgesehen sein. Weiterhin sind Anzeigemittel 90, bspw. ein Display, vorgesehen, auf denen bspw. aktuelle Betriebsparameter der Stanznietvorrichtung angezeigt werden können.
  • In den 2a bis 2d ist schematisch und vereinfacht eine Stanznietvorrichtung 10 bei verschiedenen Phasen eines Stanznietverfahrens dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Stempel bzw. eine Sonotrode 15 auf, die beispielhaft einen runden Querschnitt aufweist. Vorliegend ist lediglich ein einem Niet 20 zugewandtes Ende der Sonotrode dargestellt. Bei der Stanznietvorrichtung 10 kann es sich bspw. um eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung oder um eine nicht erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung handeln, jedoch ist dies für die Erläuterung des Stanznietverfahrens nicht von Bedeutung.
  • Die Sonotrode 15 ist von einem hülsenförmigen Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Insbesondere ist die Sonotrode 15 mit einem hier nicht dargestellten Antrieb, bspw. einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb, gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen.
  • Ebenfalls ist der Niederhalter 16 dazu eingerichtet, gegen die Oberfläche des der Sonotrode 15 zugewandten Bauteils 11 mit einer Niederhaltekraft zu drücken. Hierzu kann bspw. ein eigener Antrieb vorgesehen sein. Jedoch kann der Niederhalter auch an den Antrieb der Sonotrode 15 gekoppelt sein, bspw. mittels einer Feder.
  • Auf der der Sonotrode 15 und dem Niederhalter 16 gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist eine als Gegenhalter wirkende Matrize 18 angeordnet. Die Sonotrode 15 und die Matrize 18 sind in Richtung einer Längsachse 19, in deren Richtung auch der Niederhalter 16 beweglich angeordnet sind, relativ zueinander bewegbar. Der Niederhalter 16 und die Matrize 18 dienen dazu, die beiden Bauteile 11, 12 zwischen dem Niederhalter 16 und der Matrize 18 während der Bearbeitung durch die Sonotrode 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken. Die Matrize 18 weist auf der dem Bauteil 12 zugewandten Seite eine ebene Oberseite 21 auf, von der eine mulden- bzw. kuhlenförmige Ausnehmung 22, ausgeht. Die Matrizenausnehmung kann dabei flach, kegel- oder kugelförmig sein oder einen Dom oder einen Dorn in der Mitte der Ausnehmung besitzen.
  • Der Niet 20, hier beispielhaft ein Halbhohlniet, besteht bevorzugt aus einem gegenüber den Werkstoffen der beiden Bauteile 11, 12 härteren Material, zumindest im Bereich des Nietschafts 24. Die dem Bauteil 11 abgewandte, ebene Oberseite 26 ist in Wirkverbindung mit der Sonotrode 15 angeordnet, die an der Oberseite 26 des Niets 20 flächig anliegt.
  • Die Sonotrode 15 ist mit einem Schwingungserzeuger 30 zur Erzeugung von Schwingungen bzw. Vibrationen, z.B. Konverter bzw. Piezokonverter, wirkverbunden. Insbesondere werden mittels des Schwingungserzeugers 30 Ultraschallschwingungen mit einer Schwingweite (Abstand zwischen maximaler positiver und negativer Amplitude einer Schwingung) zwischen 10 μm und 110 μm (entspricht einer Amplitude von 5 μm bis 55 μm) und einer Frequenz zwischen 15 kHz und 35 kHz oder ggf. auch höher erzeugt.
  • Diese Schwingungen werden von dem Schwingungserzeuger 30 über die Sonotrode 15 in den Niet 20 eingekoppelt. Die Einkopplungsrichtung der Vibrationen des Schwingungserzeugers 30 kann dabei bspw. parallel zur Längsachse 19, das heißt parallel zur Fügerichtung des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 erfolgen. Der Schwingungserzeuger 30 ist an die Recheneinheit 80 angebunden, und kann von dieser angesteuert werden.
  • Die in 2a gezeigte Phase stellt einen Beginn des Stanznietverfahrens dar, bei dem der Nietschaft 24 in Wirkverbindung mit der Oberseite des Bauteils 11 gelangt. Dabei wird die Sonotrode 15 mit der Kraft F gegen das der Sonotrode 15 zugewandte Bauteil 11 gedrückt.
  • In einer in 2b gezeigten weiteren Phase, d.h. während des weiteren Verlaufs des Nietvorgangs und unter Unterstützung der in die Bauteile 11, 12 eingekoppelten Schwingungen schneidet bzw. stanzt der Nietschaft 24 sich zunächst in das Bauteil 11 ein. Dabei werden die beiden Bauteile 11, 12 plastisch verformt, wobei das der Ausnehmung 22 zugewandte Bauteil 12 in den entsprechenden Bereichen in die Ausnehmung 22 eingedrückt wird.
  • Während des weiteren Bewegungswegs bzw. der weiteren Abwärtsbewegung des Niets 20 entsprechend der 2c wird der Nietschaft 24 im Bereich der Ausnehmungen 22 nach außen gespreizt, wodurch die beiden Bauteile 11, 12 in Axialrichtung sicher form- und kraftschlüssig miteinander verbunden werden.
  • Wesentlich kann dabei sein, dass entsprechend der 2d, die die Endposition des Niets 20 zeigt, der Nietschaft 24 nicht aus dem Bauteil 12 herausragt bzw. dieses nicht vollständig durchdringt.
  • Nachdem der Niet 20 die in der 2d dargestellte Endposition erreicht hat, bei der die Oberseite 26 des Niets 20 zumindest in etwa bündig mit der Oberseite des Bauteils 11 abschließt, wird anschließend die Sonotrode 15 wieder von den Bauteilen 11, 12 in entgegengesetzter Richtung nach oben bewegt.
  • In 3 ist schematisch eine nicht erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Rahmen 60 auf, der vorzugsweise in Form eines C-Rahmens oder C-Bügels vorliegt, an welchem die einzelnen Komponenten bei einer Stanznietvorrichtung in der Regel angeordnet sind, um die gewünschte Position zueinander einnehmen zu können. Über den Rahmen 60 kann die Stanznietvorrichtung 10 bspw. an einem Arm wie in 1 gezeigt befestigt sein.
  • Weiterhin ist ein Antrieb 50 gezeigt, bei dem es sich bspw. um einen Spindelantrieb oder dergleichen handeln kann, der dazu geeignet ist, eine Kraft F zum Eindrücken des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 aufzubringen. An dem Antrieb 50 ist eine Haltevorrichtung 35, bspw. in Form eines Rahmens oder eines Gestells, angebracht. An der Haltevorrichtung 35 ist ein Schwingsystem 39, das vorliegend einen Schwingungserzeuger 30, bspw. einen Ultraschall-Generator, einen Booster 31 sowie eine Sonotrode 15 aufweist, angeordnet. Die Sonotrode 15 weist hier einen oberen und einen unteren Teil auf und dient gleichzeitig als Stempel.
  • Wie der Figur zu entnehmen ist, ist das Schwingsystem 39 in etwa in der Mitte des Boosters 31, der einen oberen, breiteren und einen unteren, schmäleren Teil aufweist, an der Haltevorrichtung 35 angeordnet bzw. befestigt. Der Booster 31 ist zwar mit der Haltevorrichtung 35 verbunden, jedoch weist der Booster 31 in dem Bereich, an dem er mit der Haltevorrichtung 35 verbunden ist, keine (d.h. Schwingungsknoten) oder nur eine kleine Schwingungsamplitude auf.
  • Ein Niederhalter, wie er in den 2a bis 2d gezeigt, ist hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass ein solcher vorhanden sein kann und dabei bspw. auf geeignete Weise an der Haltevorrichtung 35 angebracht sein kann.
  • Weiterhin ist auf der rechten Seite der Figur ein Diagramm gezeigt, in dem ein Verlauf einer Schwingungsamplitude A einer sich in dem Schwingsystem 39 ausbildenden Schwingung über der Position λ gezeigt. Dabei ist zu sehen, dass der Bereich, an der das Schwingsystem 39 an die Haltevorrichtung 35 gekoppelt ist, eine Stelle geringer Schwingungsamplitude ist.
  • In den 4a bis 4d sind schematisch erfindungsgemäße Stanznietvorrichtungen in verschiedenen, bevorzugten Ausführungsformen dargestellt. Die hier dargestellten Stanznietvorrichtungen unterscheiden sich von der in 3 dargestellten Stanznietvorrichtung im Wesentlichen im Schwingsystem, während die übrigen Komponenten auf die gleiche Art ausgeführt sind. Insofern sei hierzu auf die Ausführungen zu 3 verwiesen.
  • Allen Stanznietvorrichtungen in den 4a bis 4d ist gemeinsam, dass das Schwingungssystem 39 im Vergleich zu demjenigen gemäß 3 nur einen Schwingungserzeuger 30 und eine Sonotrode 15 (die auch hier als Stempel verwendet wird) aufweist, hingegen keinen Booster. Somit steht der Schwingungserzeuger 30 direkt mit der Sonotrode 15 in berührendem Kontakt.
  • In 4a ist das Schwingungssystem 39 über eine Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt, wobei insbesondere der Schwingungserzeuger 30 über die Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt ist. Auf diese Weise wird die Kraft F also über die Haltevorrichtung 35 vom Antrieb 50 in das Schwingungssystem 39 und dort in den Schwingungserzeuger in dessen oberem Ende eingeleitet.
  • Weiterhin ist der Antrieb 50 an einem dem Antrieb 50 zugewandten Ende des Schwingungserzeugers 30, hier also einem oberen Ende, an das Schwingungssystem 39 gekoppelt. Hierzu ist der Schwingungserzeuger 30 an seinem oberen Ende an der Haltevorrichtung 35 befestigt. Insbesondere ist dabei auch zu sehen, dass die Haltevorrichtung sehr kompakt ausgeführt sein kann, da nur eine Verbindung zwischen dem Antrieb 50 und dem oberen Ende des Schwingungserzeugers 30 hergestellt werden muss.
  • Es ist dabei auch denkbar, dass in diesem Fall auf die Haltevorrichtung 35 verzichtet wird und dass der Schwingungserzeuger 30 direkt mit seinem oberen Ende an dem Antrieb 50 befestigt wird.
  • Die Sonotrode 15 ist nun direkt an dem Schwingungserzeuger 30 angebracht und kann am hier unteren Ende mit dem Niet 20 in Kontakt gebracht werden. An dem Diagramm mit dem Verlauf der Schwingungsamplitude A ist zu sehen, dass mittels der Sonotrode 15 die Schwingungsamplitude A vergrößert wird, so dass im Kontaktbereich mit dem Niet 20 eine hinreichend große Schwingungsamplitude vorliegt.
  • Hierzu sei angemerkt, dass die hier gezeigten Amplitudenverhältnisse rein schematisch sind. Ein geeignetes Übersetzungsverhältnis der Amplituden liegt bspw., wie bereits eingangs erwähnt, im Bereich von 1:3 bis 1:5. Dabei kann je nach spezifischer Anwendung das Amplitudenverhältnis durch Konstruktion und Verwendung einer geeigneten Sonotrode entsprechend gewählt werden.
  • In 4b ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10’’ in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt, bei der das Schwingungssystem 39 wie gemäß 4a nur einen Schwingungserzeuger 30 und eine Sonotrode 15 aufweist.
  • Auch hier ist das Schwingungssystem 39 über eine Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt, wobei insbesondere der Schwingungserzeuger 30 über die Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt ist. Im Unterschied zu der Ausführungsform gemäß 4a ist hier jedoch das Schwingungssystem 39 derart an den Antrieb gekoppelt, dass der Antrieb 50 an einem zwischen 40% und 60% von dem dem Antrieb 50 zugewandten Ende des Schwingungserzeugers 30 in Richtung des der Sonotrode 15 zugewandten Endes des Schwingungserzeugers 30 entfernt gelegenen Bereich an das Schwingungssystem 39 gekoppelt ist.
  • Der Schwingungserzeuger 30 ist damit bspw. in etwa in seiner Mitte mit der Haltevorrichtung 35 verbunden, welche wiederum an den Antrieb 50 angebracht ist. Die Einleitung der vom Antrieb 50 erzeugten Kraft F erfolgt somit also über die Haltevorrichtung 35 in das Schwingungssystem 39 und dort in etwa in die Mitte des Schwingungserzeugers 30.
  • In 4c ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10’’’ in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt, bei der das Schwingungssystem 39 wie gemäß 4a und 4b nur einen Schwingungserzeuger 30 und eine Sonotrode 15 aufweist.
  • Auch hier ist das Schwingungssystem 39 über eine Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt, wobei insbesondere der Schwingungserzeuger 30 über die Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt ist. Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß 4a und 4b ist hier jedoch das Schwingungssystem 39 derart an den Antrieb gekoppelt, dass der Antrieb 50 an dem der Sonotrode 15 zugewandten Ende des Schwingungserzeugers an das Schwingungssystem 39 gekoppelt ist
  • Der Schwingungserzeuger 30 ist damit bspw. an der Kontakt- bzw. Verbindungsstelle mit der Sonotrode 15 mit der Haltevorrichtung 35 verbunden, welche wiederum an den Antrieb 50 angebracht ist. Die Einleitung der vom Antrieb 50 erzeugten Kraft F erfolgt somit also über die Haltevorrichtung 35 nicht in den Schwingungserzeuger 30 sondern direkt in die Sonotrode 15.
  • In 4d ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10’’’’ in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform dargestellt, bei der das Schwingungssystem 39 wie gemäß 4a, 4b und 4c nur einen Schwingungserzeuger 30 und eine Sonotrode 15 aufweist.
  • Hier ist das Schwingungssystem 39 über eine Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt, wobei die Sonotrode 15 über die Haltevorrichtung 35 an dem Antrieb 50 befestigt ist. Der Schwingungserzeuger 30 selbst ist damit nicht direkt an den Antrieb 50 angebunden.
  • Weiterhin ist die Sonotrode 15 insbesondere in einem Bereich, in welchem die Schwingungsamplitude A der Sonotrode 15 möglichst gering ist, mit dem der Haltevorrichtung 35 verbunden und darüber an den Antrieb 50 gekoppelt. Die Einleitung der vom Antrieb 50 erzeugten Kraft F erfolgt somit also über die Haltevorrichtung 35 direkt in die Sonotrode 15. Dabei werden aufgrund der Stelle der Anbindung Schwingungen von der Sonotrode 15 bzw. des Schwingungssystems 39 nicht oder zumindest kaum auf den Antrieb bzw. die übrigen Komponenten übertragen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2318161 B1 [0003]

Claims (11)

  1. Stanznietvorrichtung (10', 10’’, 10’’’, 10’’’’) zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12), mit einer Sonotrode (15), einem Gegenhalter (18) und einem Schwingungserzeuger (30), wobei die Sonotrode (15) und der Gegenhalter (18) derart zueinander angeordnet sind, dass die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen der Sonotrode (15) und dem Gegenhalter (18) anordenbar sind, wobei zwischen der Sonotrode (15) und einem der Sonotrode (15) zugewandten Bauteil (11) ein Niet (20) anordenbar ist, wobei der Schwingungserzeuger (30) und die Sonotrode (15) ein Schwingungssystem (39) bilden, und wobei ein Antrieb (50) vorgesehen ist, der an das Schwingungssystem (39) derart gekoppelt ist, dass mittels des Antriebs (50) eine Kraft (F) auf den Niet (20) ausübbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungserzeuger (30) direkt mit der Sonotrode (15) in berührendem Kontakt steht.
  2. Stanznietvorrichtung (10', 10’’, 10’’’, 10’’’’) nach Anspruch 1, wobei die Sonotrode (15) ein Übersetzungsverhältnis für Schwingungsamplituden (A) ausgehend von einem dem Schwingungserzeuger (30) zugewandten Ende hin zu einem den Bauteilen (11, 12) zugewandten Ende von Eins zu wenigstens Drei, insbesondere von Eins zu wenigstens Vier, aufweist.
  3. Stanznietvorrichtung (10', 10’’, 10’’’, 10’’’’) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Schwingungssystem (39) über eine Haltevorrichtung (35) an dem Antrieb (50) befestigt ist.
  4. Stanznietvorrichtung (10', 10’’, 10’’’) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Antrieb (50) derart an das Schwingungssystem (39) gekoppelt ist, dass die Kraft (F) von dem Antrieb (50) über den Schwingungserzeuger (30) in die Sonotrode (15) einleitbar ist.
  5. Stanznietvorrichtung (10') nach Anspruch 4, wobei der Antrieb (50) an einem dem Antrieb (50) zugewandten Ende des Schwingungserzeugers (30) an das Schwingungssystem (39) gekoppelt ist.
  6. Stanznietvorrichtung (10’’) nach Anspruch 4, wobei der Antrieb (50) an einem zwischen 40% und 60% von dem dem Antrieb (50) zugewandten Ende des Schwingungserzeugers (30) in Richtung des der Sonotrode (15) zugewandten Endes des Schwingungserzeugers (30) entfernt gelegenen Bereich an das Schwingungssystem (39) gekoppelt ist.
  7. Stanznietvorrichtung (10’’’) nach Anspruch 4, wobei der Antrieb (50) an einem der Sonotrode (15) zugewandten Ende des Schwingungserzeugers (30) an das Schwingungssystem (39) gekoppelt ist.
  8. Stanznietvorrichtung (10’’’’) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Antrieb (50) derart an das Schwingungssystem (39) gekoppelt ist, dass die Kraft (F) von dem Antrieb (50) in die Sonotrode (15) aber nicht in den Schwingungserzeuger (30) einleitbar ist.
  9. Stanznietvorrichtung (10’’’’) nach Anspruch 8, wobei der Antrieb (50) in einem Bereich der Sonotrode (15), in welchem eine Schwingungsamplitude (A) der Sonotrode (15) höchstens 10%, insbesondere höchstens 5%, der Schwingungsamplitude (A) der Sonotrode (15) in einem Kontaktbereich mit dem Niet (20) aufweist, an das Schwingungssystem (39) gekoppelt ist.
  10. Stanznietvorrichtung (10', 10’’, 10’’’, 10’’’’) nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiterhin mit einem Rahmen (60), der eine Schnittstelle für eine Anbringung der Stanznietvorrichtung (10', 10’’, 10’’’, 10’’’’) an einer Fertigungseinrichtung (100) aufweist.
  11. Fertigungseinrichtung (100) mit einer Stanznietvorrichtung (10', 10’’, 10’’’, 10’’’’) nach einem der vorstehenden Ansprüche.
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