DE19648231A1 - Stanzniete und Verfahren zum Stanznieten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Stanzniete in Form einer Halbhohlniete zum Verbinden von Fügeelementen im Überlappungsbereich, bestehend aus einem Nietkopf, einem Nietschaft und einem Nietfuß, sowie ein entsprechendes Stanznietverfahren. Die Stanznieten sowie das Stanznietverfahren werden beispielsweise in Produkten blechverarbeitender Betriebe zum dauerhaften Verbinden von Fügeteilen eingesetzt.

Aus dem Stand der Technik sind Stanznieten auch in Form der Halbhohlniete zur dauerhaften Verbindung von zumindest zwei Fügeteilen miteinander an sich bekannt. Im Prozeßverlauf eines Stanznietvorganges schneidet sich die Stanzniete aufgrund einer auf sie einwirkenden Kraft zunächst in das stempelseitige obenliegende Fügeteil ein und durchstößt mit dem unteren Teil des Nietfußes das stempelseitige Fügeteil. Das untenliegende Fügeteil wird im Prozeßverlauf von einer der auf die Stanzniete einwirkenden Kraft entgegenwirkenden Matrize gehalten. Beim weiteren Eindringen des Halbhohlnietes in die Fügeteile weitet und spreizt sich der hohl ausgeführte Nietschaft unterstützt durch die Wirkung eines in der Matrize ausgeführten, erhabenen Matrizendornes. Durch die Weitung und Spreizung des Nietschaftes soll ein Hinterschnitt des von der Stanzniete bereits durchdrungenen Fügeteil-Ma­ terials bewirkt werden, wodurch eine formschlüssige Verbindung der Stanzniete mit den Fügeteilen entsteht. Mit der Anlage des Nietkopfes an das stempelseitige obere Fügeteil ist der Fügeprozeß beendet. Versuche haben ergeben, daß das erreichte Maß des Hinterschnitts der Fügeteile durch die Stanzniete erheblichen Einfluß hat auf die Haltekraft der hergestellten Verbindung. Dabei hat sich auch herausgestellt, daß der Hinterschnitt erst nach erheblicher Nietspreizung eintritt. Der sich durch Nietspreizung einstellende Zuwachs des Nietfußdurch­ messers kann, da er nicht vollständig in Hinterschnitt umgesetzt wird, im Gegensatz zum Hinterschnitt nur bedingt zur Bestimmung des Maßes des erreichten Formschlusses her­ angezogen werden. Ebenfalls wichtig für die Qualität der Verbindung ist eine noch aus­ reichende Materialstärke des matrizenseitigen unteren Fügeteils im Bereich des Nietfußes und ein möglichst geringer Anteil an Spalt- und Hohlräumen in der Verbindung. Partielle oder vollständige Materialtrennungen sowie zu dünne Materialdicken fördern den Korrosions­ angriff, wodurch die Verbindungen frühzeitig geschädigt werden und unter Umständen eine Materialtrennung bewirkt wird, die zu einem Totalausfall der Verbindungen führen kann. Als nachteilig erweisen sich kraftschlüssig gehaltene Lochbutzen, die sich aufgrund von Last- oder Korrosionseinwirkungen auf die Verbindungen lösen können und als "lose Teile" in elektrischen Geräten erheblichen Schaden anrichten können. Eine solche Verbindung ist nicht mehr abgedeckt und es sind Einbußen in der Korrosionsbeständigkeit und der Festigkeit der Verbindungen zu kalkulieren. Die Verringerung der Materialstärke des unteren matrizenseiti­ gen Fügeteils wird verursacht durch die Matrize, die während des Stanznietprozesses die Fügeteiloberfläche beschädigt und das Material streckzieht, um eine Spreizung der Niete bewirken zu können. Da also immer eine ausreichende Restmaterialstärke des matrizenseiti­ gen unteren Fügeteils stehenbleiben muß, sind einer optimalen Aufweitung des Nietfuß­ durchmessers durch die Matrize Grenzen gesetzt. Um trotzdem größere Nietfußdurchmesser erreichen zu können, hat man das Aufweitungsverhalten des Nietfußes verbessert, indem man den Nietfuß angespitzt und mit einer aufweitungsfördernden Fußgeometrie versehen hat. Mit dieser Maßnahme wird jedoch noch immer nicht das volle Aufweitungspotential ausge­ schöpft, da auch diese Maßnahme nur eine Verbesserung in Teilbereichen der Niete, und zwar dem entsprechend ausgeformten Nietfuß, bringt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stanzniete sowie ein Verfahren zum Stanznieten vorzuschlagen, das ein frühes Aufweitungsverhalten des Nietenfußes fördert und dadurch das Potential des erzielbaren Hinterschnitts sowie die Sicherheit gegen Durchstoßen des matrizenseitigen Werkstoffes durch die Einwirkung von Nietfuß und Matrize erhöht.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst, indem der Hohlkörper der Stanzniete zum Teil oder vollständig mit einer während des Stanznietprozesses hydrostatisch wirkenden Substanz gefüllt ist. Der Nietschaft kann zusätzlich so ausgelegt sein, daß eine optimale Aufweitung unterstützt wird. Der Druck, der bei Kontakt der hydrostatisch wirkenden Substanz mit der Oberfläche des oberen stempelseitigen Fügeteils durch das weitere Einpressen der Stanzniete in die Fügeteile entsteht, wird aufgrund der hydrostatischen Wirkung der Substanz und der damit zusammenhängenden gleichmäßigen Innendruckverteilung direkt und gleichmäßig an die Wände des befüllten Hohlkörpers übertragen. Wenn der Nietschaft eine geringere Haltekraft gegen Verformung aufweist als der Nietkopf, wird der Nietschaft beginnend am Nietfuß durch den Druck aufgeweitet. Der Nietschaft kann bei gleichem einwirkendem Innendruck durch Material- oder Wanddickenunterschiede in Teilbereichen unterschiedlich stark verformbar sein, um den Aufweitungsprozeß in günstiger Weise zu unterstützen. So können andere als runde Stanznietgeometrien realisiert werden, beispielsweise eine sternför­ mige Geometrie, die die Fügeteile besser gegen Verdrehen sichert. Der Beginn des Aufwei­ tungsprozesses ist abhängig vom Füllgrad des Nietschaftes, er setzt aber, wenn eine Füllsub­ stanz im Hohlraum vorhanden ist, insbesondere im oberen Schaftbereich der Stanzniete früher ein als bei einer Aufweitung, die ausschließlich durch die Einwirkung einer Matrize oder zusätzlich durch eine angespitzte Nietfußgeometrie eingeleitet wird. Die neu vorgeschla­ gene Technik ist problemlos mit den beiden aus dem Stand der Technik bekannten Aufwei­ tungstechniken kombinierbar, wodurch höhere Hinterschnittwerte erzielbar sind. Da die Auf­ weitung des Nietschaftes früher beginnt, kann der Matrizendorn weniger aggressiv ausge­ formt sein oder vorteilhafterweise sogar ganz entfallen, was einerseits zu einem geringeren Verschleiß der Matrize und damit geringeren Kosten für den Austausch von verschlissenen Matrizen führt und andererseits das Material des unteren matrizenseitigen Fügeteils weniger stark streckzieht, was der verbleibenden Materialstärke und damit der Festigkeit der Stanz­ nietverbindung zugute kommt. Insgesamt kann damit eine Verbesserung des Formschlusses und der Korrosionsfestigkeit der Verbindung, eine höhere Prozeßsicherheit, bedingt durch die geringere Neigung, das Material des matrizenseitigen unteren Fügeteils zu durchstoßen, sowie eine höhere Reproduzierbarkeit des Fügeergebnisses erzielt werden.

Die hydrostatisch wirkende Substanz kann aus den unterschiedlichsten Materialien bestehen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich um Füll- oder Werkstoffe, deren Aggregatzustand bei üblichen Raum- und Transporttemperaturen fest, bei der Ver­ arbeitung jedoch schnell in einen flüssigen oder pastösen Aggregatzustand umgewandelt werden kann. Eine Füllung des Hohlraums mit solchen Substanzen weist den Vorteil auf, daß die Stanznieten mit ihrer Füllung ohne besondere Vorkehrungen gegen Auslaufen des Füllstoffes transportier-, lager- und handhabbar sind. Ein solches Verhalten des Aggregatzu­ standswechsels findet sich beispielsweise bei Schmelzklebstoffen, Wachs bzw. paraffinhaltigen Werkstoffen, Gelen, Ölen, Kunststoffen, weichen metallischen Werkstoffen, magnetisierten oder magnetisierbaren Füllstoffen oder sonstigen Füllstoffen oder Füllstoffmischungen. Die Energie zum Wechsel des Aggregatzustandes kann der aus dem Druck entstehenden Prozeß­ wärme entnommen, sie kann jedoch auch durch eine separate Heizung zugeführt werden. Bei Verwendung vernetzbarer Füllsubstanzen, z. B. Klebstoffe, wird eine Aussteifung des Fügeelementes sowie eine zusätzliche Klebverbindung der benetzten Flächen erreicht, was die Festigkeit der Verbindungen zusätzlich erhöht. Durch die Schmierwirkung der Füllsub­ stanz und die Vereinfachung der Matrize, zum Beispiel durch den Verzicht auf den Matrizen­ dorn, wird eine nennenswerte Reduzierung der Fügekraft erreicht. Die hydrostatisch wirken­ de Substanz kann während oder nach der Verarbeitung der Stanzniete chemisch reaktions­ fähig sein, sie kann sich nach dem Prozeßende verfestigen oder chemisch reagieren, und sie kann nach Prozeßende eine Verbindung mit den benetzten Flächen eingehen. Die Präsenz der Füllsubstanz sowie ihre aufspreizungsfördernde Wirkung kann im Fügeprozeß durch die Messung der Prozeßgrößen Fügekraft und Stempelweg nachgewiesen werden. Somit steht eine wirksame Methode zur Prozeßüberwachung der Fügeoperation anhand von Kraft- und Wegdaten zur Verfügung, die Teil des Fügesystems sein kann. In der Fügekraft-Stempelweg-Dar­ stellung wird der spezifische Umformprozeß transparent, so daß Abweichungen vom Normprozeß erkannt und durch die Analyse der Kurven Fehlerkategorien zugeordnet werden können. Die Füllung des Nietes kann durch Durchstoßen einer Folie oder eines Bandes eingebracht werden. Die Füllsubstanz könnte während des Fügeprozesses zum Beispiel auf dem Fügeteil liegen oder als zusätzliches Tape geführt und durchstoßen werden. Auch ist vorstellbar, eine Füllsubstanz vor den Nietprozeß auf die Fügeteile aufzuspritzen oder aufzutragen. Die Füllsubstanz kann bereits als Beschichtung des Blechwerkstoffes des stempelseitigen Fügeteils vorliegen. Denkbar wäre als Beschichtungswerkstoff eine Gummi­ auflage oder hydrostatisch wirkende Substanzen.

Die Füllstoffe können jedoch auch kurz vor der Verarbeitung der Stanzniete in den Hohlraum zudosiert werden, wenn die Stanzniete mit ihrer Öffnung im Bereich des Nietfußes nach oben verarbeitet wird. Auch ist es denkbar, die Stanzniete unter 0°C abzukühlen, den Hohlraum teilweise mit zu Eis gefrierendem Wasser zu befüllen, das Eis während des Verarbeitungsvor­ ganges der Stanzniete beispielsweise durch Mikrowellen aufzutauen, die Stanznietverbindung herzustellen und den Effekt der verzögerten Erwärmung der Stanzniete und der einhergehen­ den Wärmedehnung zur zusätzlichen Fixierung der Verbindung zu nutzen. Das Wasser oder auch andere benutzte Werk- oder Füllstoffe können mit Zusatzstoffen versehen sein, wie beispielsweise korrosionshemmenden Zusätzen oder magnetischen Zusätzen, die eine elek­ tronische und bedarfsweise automatisierte Nachkontrolle der erzielten Verbindungsqualität erlauben.

Der Füllstoff kann auch während des Prozeßablaufs des Stanznietens in den Hohlraum gefüllt werden, wenn die Stanzniete im Bereich des Nietkopfes eine Einfüllöffnung aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung der Stanzniete kann dann jedoch der sich im Prozeßverlauf des Stanznietens im Hohlraum aufbauende Prozeßdruck als Energiequelle des Aufweitungs­ prozesses des Nietschaftes nur noch genutzt werden, wenn nach dem Befüllen des Hohlraums die Zuführöffnung entsprechend druckfest abgedichtet ist, weil die hydrostatisch wirkende Substanz sonst den Hohlraum über die Zuführöffnung im Nietkopf wieder verlassen würde.

Bei einer solchen Ausgestaltung wäre es vorteilhafter, die hydrostatisch wirkende Substanz über eine Hochdruck-Einspritzanlage, die Teil des Preßstempels ist, in den Hohlraum einzubringen. Bei Aufrechterhaltung der druckdichten Zuführverbindung zwischen Hohlraum und Hochdruck-Einspritzanlage kann dann der Aufweitungsprozeß des Nietschaftes nach Bedarf durch zusätzlichen Druck der Hochdruck-Einspritzanlage gefördert werden, wobei dadurch der Druckwert nach Bedarf regelbar ist. Um eine ausreichende Druckdichtigkeit gewährleisten zu können, kann der Nietkopf auf seiner Oberseite eventuell für die Anlage von Dichtungen geeignete Ausformungen aufweisen.

Bei der Wahl des Füllgrades des Hohlraums mit einer hydrostatisch wirkenden Substanz sind verschiedene Parameter zu beachten. Um das Ziel, eine optimale Fügeelementausformung zu erzielen, realisieren zu können, müssen als Einflußgrößen gegebenenfalls die Energie für den Phasenwechsel der hydrostatisch wirkenden Substanz, die Abwärme, die Festigkeit des Nietschaftes sowie die für seine Aufweitung benötigte Energie sowie das Verformungs­ verhalten und die erforderliche Verformungsenergie der Fügeteile gegeneinander abgewogen werden. Auch die gewünschte Außenkontur der Stanznietverbindung oder die verbleibende Restmaterialstärke auf der Matrizenseite sowie die Kontur der Matrize sind in diesem Zusammenhang zu beachten. Unter Beachtung dieser Einflußgrößen kann ein Fachmann einen für die gewünschte Anwendung geeigneten Füllgrad festlegen.

Das erfindungsgemaße Verfahren besteht darin, den Hohlraum einer Stanzniete ganz oder teilweise mit einer während des Stanznietprozesses hydrostatisch wirkenden Substanz zu füllen, wobei dabei die vorgenannten und in den Unteransprüchen beschriebenen Techniken ausgenutzt werden können. Die Verarbeitung der Stanzniete kann mittels handelsüblicher Setzsysteme erfolgen. Als Beispiele hierzu seien hydraulisch oder pneumatisch angetriebene Setzsysteme oder auch mechanische beispielsweise über Exzenter arbeitende Systeme ange­ führt. Diese herkömmlichen Antriebsarten von Setzgeräten arbeiten mit nur geringen Setzge­ schwindigkeiten, die in der Größenordnung von 1 bis 20 mm/s liegen. Die mit einer hydro­ statisch wirkenden Substanz versehenen Stanzniete können demgegenüber vorteilhaft mit einer extrem hohen Setzgeschwindigkeit verarbeitet werden. Gegenüber handelsüblicher Stanzniete zeigen mit hydrostatisch wirkender Substanz gefüllte Stanzniete ein differenziertes Verhalten im Setzprozeß. Durch die Füllung bedingt, kann der Stanzniet bei schlagartiger Verarbeitung nicht das matrizenseitige Fügeteil durchschlagen, wie es bei der Verwendung herkömmlicher Stanzniete zu befürchten ist, sondern er verspreizt sich innerhalb des matri­ zenseitigen Fügeteils. Die hierzu notwendigen Anpassungen in der Formgebung der mit hydrostatisch wirkender Substanz gefüllten Stanzniete sowie der Matrizenausformung sind einem Fachmann mit seinem fachnotorischen Wissen möglich. Die Vorteile der Verarbeitung der Stanzniete mit Hoch- und Höchstgeschwindigkeit sind in einer massiven Reduzierung der Steifigkeit des notwendigen C-Rahmens mit der damit verbundenen hohen Gewichtsein­ sparung zu suchen, da die Aufnahme der üblicherweise hohen Fügekräfte von 30-50 kN über Massenbeschleunigungen kompensiert werden kann. Somit lassen sich Stanznietsysteme realisieren, die eine große Rachentiefe mit einem geringen Gewicht kombinieren. Die Verarbeitungsgeschwindigkeiten zum Setzen der Stanzniete mit hydrostatisch wirkender Substanz im Schaft des Halbhohlnietes liegen deutlich oberhalb üblicher Verarbeitungs­ geschwindigkeiten handelsüblicher Systeme.

Das erfindungsgemaße Verfahren ermöglicht auch eine Prozeß- und/oder Qualitätsüber­ wachung des Stanznietprozesses. So können während des Stanznietprozesses beispielsweise Kraft- und Wegdaten und/oder Körperschallsignale, die durch eine geeignete Sensorik ermittelbar und von einer Auswerteelektronik weiterverarbeitbar sind, als Prozeßdaten aufgezeichnet und/oder ausgewertet werden. Die Kraft-, Wegdaten und/oder Körperschall­ signale können dann als Prozeßdaten zur Prüfung des charakteristischen Umformprozesses bei der Herstellung der Stanznietverbindung und zur Beurteilung der Verbindung, beispiels­ weise durch einen Soll-Ist-Vergleich oder eine Grenzwertbetrachtung, herangezogen werden. Aus den Prozeßdaten können auch charakteristische Kennwerte zur Beurteilung des Hinter­ schnitts abgeleitet, eine Information über die Anwesenheit der Füllsubstanz in den Stanznie­ ten oder Informationen über den Zustand und die Menge der Füllsubstanz oder der ordnungs­ gemäßen Verarbeitung der mit Füllsubstanz versehenen Stanzniete gewonnen werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht neue Verarbeitungstechniken, wie beispielsweise schlagartige Verfahren. So kann eine schlagartige Verarbeitung der Stanzniete mit einer durch Explosivstoffe angetriebenen Stanznietsetzeinrichtung erfolgen, oder bekannte Ver­ arbeitungstechniken werden zu einer schlagartigen Verarbeitung weiterentwickelt. Die schlagartige Verarbeitung der Stanzniete erlaubt es, eine Fügeeinrichtung mit deutlich reduzierter Steifigkeit gegenüber den bekannten beispielsweise hydraulischen Systemen zu verwenden. Somit kann das erfindungsgemäße Stanznietverfahren aufgrund der geringeren Gewichte und der damit zusammenhängenden besseren Handhabbarkeit auch in automatisier­ ten oder handgeführten Werkzeugen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Stanzniete,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Stanznietverbindung bei einem teilweise durch­ geführten Prozeßverlaufstatus eines Stanznietvorgangs,

Fig. 3 einen Querschnitt durch eine Stanznietverbindung bei einem teilweise durch­ geführten Prozeßverlaufstatus eines Stanznietvorgangs, wobei die hydrostatisch wirkende Substanz während des Stanznietvorganges zugeführt wird,

Fig. 4a-4d einen Ablauf eines Stanznietvorgangs in vier Phasen,

Fig. 5 eine fertige Stanznietverbindung unter Verwendung des erfindungsgemäßen Stanzniets,

Fig. 6 eine Gegenüberstellung von Prozeßkurven von Stanznietprozessen unter Verwendung einer Stanzniete mit Füllsubstanz und einer Stanzniete ohne Füllsubstanz.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Stanzniete 2 in Form eines Halbhohlnietes zum Verbinden von Fügeelementen im Überlappungsbereich, bestehend aus einem Nietkopf 4 und einem Nietfuß 6 und einem Nietschaft 8. Der Nietschaft 8 umschließt seitlich einen nach unten offenen Hohlraum 10. Nach oben ist der Hohlraum 10 durch die Unterseite des Nietkopfes 4 begrenzt. In einem Teil des Hohlraumes 12 befindet sich eine während des Stanzprozesses hydrostatisch wirkende Substanz 12.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine Stanznietverbindung in einem teilweise durchgeführ­ ten Prozeßverlaufsstatus eines Stanznietvorganges zu sehen. Die Stanzniete 2 hat von der Prozeßkraft P, die über einen nicht näher dargestellten Preßstempel auf die Stanzniete 2 aufgebracht wird, das Material des stempelseitigen oberen Fügeteils 14 durchdrungen und ist mit dem Nietfuß 6 bereits leicht in das Material des matrizenseitigen unteren Fügeteils 16 eingedrungen. An dieser Stelle sei angemerkt, daß die erfindungsgemäße Stanzniete auch bei einer Verbindung von mehr als zwei Fügeteilen einsetzbar ist; die Erläuterung eines Aus­ führungsbeispiels mit nur zwei Fügeteilen ist also nicht als Einschränkung des Erfindungs­ gegenstandes zu verstehen. Während des Prozeßablaufs des Stanznietens werden die Fügeteile 14, 16 von einer unter der Verbindungsstelle positionierten Matrize 20 gegengehalten. Die Matrize 20 kann einen auf ihrer dem Fügeteil 16 zugewandten Oberfläche eine Formung aufweisen, die geeignet ist, den Prozeßablauf des Stanznietens so zu beeinflussen, daß die Bildung einer dauerhaften Verbindung und die Ausbildung des Hinterschnittes unterstützt wird. Vorzugsweise kann auf die Formung der Matrize im beschriebenen Sinn verzichtet werden. Zusätzlich können auf die Oberfläche des Fügeteils 14 nicht näher dargestellte Nie­ derhalter einwirken. In dem zuvor mit Luft gefüllten Teil des Hohlraums 10 befindet sich nun eine vom Nietfuß 6 ausgestanzte Materiallinse 18 des Fügeteils 14. Die evtl. vorhandene komprimierte Restluft des Hohlraums 10 ist in Fig. 2 aus Vereinfachungsgründen nicht gezeigt. Wird nun aus der in Fig. 2 dargestellten Situation heraus der Prozeßverlauf fortgesetzt und die Stanzniete 2 tiefer in die Fügeteile 14, 16 eingedrückt, wird bedingt durch den Abschluß des Hohlraumes durch die Fügeteile 14, 16 auf die Substanz 12 Druck ausgeübt, der aufgrund der in weiten Grenzen anzunehmenden Inkompressibilität der Sub­ stanz 12 auf den Nietschaft 8 übertragen wird. Je weiter die Stanzniete 2 in das Material der Fügeteile 14, 16 hineingetrieben wird, desto höher steigt der Druck H in der hydraulisch wirkenden Substanz 12 an. Unter der Voraussetzung, daß der Nietschaft 8 zumindest in Teilbereichen leichter mit geringeren Kräften umformbar ist als der Nietkopf 4, wird dann abhängig vom Material des Nietschafts 8 und seiner Wandstärke im Verlauf des Druck­ anstiegs ein Grenzdruck erreicht, ab dem das Material des Nietschafts 8 dem Druck der Substanz 12 nachgibt und sich im Kontaktbereich der hydrostatisch wirkenden Flüssigkeit aufweitend verformt. Da sich die hydrostatisch wirkende Substanz 12 im oberen Bereich des Nietschaftes 8 befindet, kann die unter Druck stehende Substanz 12 auch in diesem Bereich aufweitend wirken. Wird nach Erreichen des Grenzdruckes die Stanzniete 2 noch weiter in das Material der Fügeteile 14, 16 hineingetrieben, setzt die hydraulisch wirkende Substanz 12 das aus dem Eintauchweg der Stanzniete 2 resultierende verdrängte Volumen durch Druckeinwirkung der Substanz 12 auf den Nietschaft 8 in eine Aufweitungsbewegung des Nietschaftes 8 um.

In Fig. 3 ist ein Fig. 2 vergleichbarer Prozeßstatus gezeigt. Unterschiedlich ist der Einfüllkanal 22 für die hydrostatisch wirkende Substanz 12, welche über die im Preßstempel 24 integrierte Einspritzdüse 26 in den Hohlraum 10 eingespritzt wird. Am Ende der Ein­ spritzdüse 26 sind Dichtmittel 28 angebracht, die in einer Vertiefung 30 des Nietkopfes 4 aufliegen und gegen Spritzverluste abdichten sollen.

Fig. 4a zeigt den Beginn eines Stanznietprozesses. Die Stanzniete 2 befindet sich unterhalb des Preßstempels 30, der vom Niederhalter 32 umgriffen ist. Die Fügeteile 14, 16 werden von der Matrize 20 gegengehalten. Die hydrostatisch wirkende Substanz 12 befindet sich im Hohlraum 10. In Fig. 4b hat der Preßstempel seinen Arbeitshub begonnen, die Stanzniete 2 taucht in das Material des Fügeteils 14 ein. Die Fügeteile 14, 16 werden dabei gleichzeitig verformt. In Fig. 4c ist der Preßhub annähernd beendet. Man kann im Querschnitt gut erkennen, wie sehr der Nietschaft 8 aufgeweitet wurde. Die Aufweitung wurde insbesondere bewirkt durch die hydrostatisch wirkende Substanz 12 und die geometrische Formung des Nietfußes 6. Die Aufweitung kann durch eine geeignete Ausformung der Matrize unterstützt werden, worauf aber aufgrund der Einwirkung der hydrostatisch wirkenden Substanz 12 verzichtet werden kann. In Fig. 4d wird der Preßstempel von den Fügeteilen abgehoben, die Stanznietverbindung ist fertig hergestellt.

In Fig. 5 ist zur näheren Erläuterung ein Querschnitt durch eine fertige Stanznietverbindung gezeigt. Gut erkennbar ist der Hinterschnitt S, der den Formschluß der Verbindung quantifi­ ziert. Die Ausformung der Unterseite des Fügeteils 16 ist bedingt durch die Matrizenform; die Form der Matrize kann auch anders gestaltet sein. Allerdings läßt sich eine kleine Erhebung an der Stelle der Stanznietverbindung nicht vermeiden.

Fig. 6 zeigt in einem Fügekraft-Stempelweg-Diagramm eine Gegenüberstellung von Prozeßkurven zweier Stanznietprozesse, in denen Stanzniete mit und ohne Füllung mit einer hydrostatisch wirkenden Substanz verwendet wurden. Auf der Abszisse ist der Stempelweg x in mm, auf der Ordinate die Fügekraft y in kN dargestellt. Die gestrichelt gezeichnete Kurve 100 zeigt den Verlauf für einen Stanzniet mit hydrostatisch wirkenden Füllsubstanz, die durchgehend gezeichnete Kurve 102 den für einen Stanzniet ohne hydrostatisch wirkende Füllsubstanz. Mit dem Bereich I ist der Beginn der Aufweitung und Spreizung gekenn­ zeichnet. Es wird deutlich, daß der Stanzniet mit hydrostatisch wirkender Füllsubstanz wesentlich früher mit dem Spreizen beginnt. Die flache Matrizenform ohne Matrizendorn und die Schmierwirkung des Füllstoffes reduziert die maximale Fügekraft des Stanzniet­ prozesses über den gekennzeichneten Bereich II. Das Fügekraft-Stempelweg-Diagramm ist als nur beispielhaft zu verstehen; bei anders gewählten Stanznieten, Werkstoffen, Füllsub­ stanzen, Fügeteilen etc. kann der Kurvenverlauf variieren, ohne daß sich dadurch jedoch die Grundaussage des in Fig. 6 gezeigten Fügekraft-Stempelweg-Diagramms verändern würde.

Claims (20)

1. Stanzniete in Form einer Halbhohlniete, bestehend aus einem Nietkopf, einem Nietschaft und einem Nietfuß, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper 10 der Stanzniete 2 zum Teil oder vollständig mit einer während des Stanznietprozesses hydrostatisch wirkenden Substanz 12 gefüllt ist.

2. Stanzniete nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper 10 der Stanzniete 2 mit einer hydrostatisch wirkenden Substanz 12 gefüllt ist, die während der Verarbeitung der Stanzniete 2 einen flüssigen oder pastösen Zustand einnimmt.

3. Stanzniete nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatisch wirkende Substanz 12 während oder nach der Verarbeitung der Stanzniete 2 chemisch reaktionsfähig ist.

4. Stanzniete nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die hydrostatisch wirkende Substanz nach dem Prozeßende verfestigt.

5. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatisch wirkende Substanz nach Prozeßende chemisch reagiert.

6. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatisch wirkende Substanz nach Prozeßende eine Verbindung mit der benetzten Fläche eingeht.

7. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Teilbereiche des Nietschafts bei gleichem einwirkenden Innendruck unterschied­ lich stark verformbar sind.

8. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatisch wirkende Substanz über einen Füllkanal im Nietkopf zuführbar ist.

9. Stanzniete nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Nietkopf 4 an seiner Oberseite eine für die Anlage von Dichtungen geeignete Ausformungen aufweist.

10. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der obere, an den Nietkopf 4 angrenzende Bereich des Nietschaftes 8 mit der hydrostatisch wirkenden Substanz 12 gefüllt ist.

11. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatisch wirkende Substanz mit Zusatzstoffen versehen ist.

12. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllgrad des Hohlraums 10 mit der hydrostatisch wirkenden Substanz 12 in Abhängigkeit vom Wärmeverbrauch der hydrostatisch wirkenden Substanz 12, der Abwärme, vom Material und der Wandstärke des Nietschaftes 8, von der benötigten Verformungsenergie für den Nietschaft 8 und/oder des Materials der Fügeteile 14, 16, der gewünschten Außenkontur der Stanznietverbindung, der gewünschten Restma­ terialstärke des matrizenseitigen unteren Fügeteils im Bereich der Stanznietverbindung und/oder der Ausformung der Matrize gewählt ist.

13. Stanzniete nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Nietfuß eine die Aufweitung unterstützende geometrische Formung aufweist.

14. Verfahren zum Stanznieten, bestehend aus den Schritten Einpressen der Stanzniete in die Fügeteile, eines während des Eintauchens des Stanznietes in die Fügeteile auf­ tretenden Aufweiten und Spreizen des Nietfußes und -schaftes sowie dem Stauchen der Stanznietverbindung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum 10 einer Stanzniete 2 während des Stanznietvorganges teilweise mit einer hydrostatisch wirkenden Substanz 12 gefüllt ist.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die hydrostatisch wirkende Substanz 12 vor dem oder während des Stanzniet­ prozesses in den Hohlraum 10 eingebracht wird.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß während des Stanznietprozesses ein den Formschluß gewährleistender Hinter­ schnitt zwischen Stanzniet 2 und Fügeteilen 14, 16 erzielt wird.

17. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzniete 2 zu Beginn des Stanznietprozesses kälter ist als die Fügeteile 14, 16.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Prozeßwärme des Stanznietprozesses zumindest teilweise für den Wechsel des Aggregatzustandes der hydrostatisch wirkenden Substanz 12 genutzt wird.

19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß Prozeßdaten aufgezeichnet und/oder ausgewertet werden.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Stanzniete schlagartig verarbeitet werden.