DE19726104A1 - Verfahren zum Entfernen von in ein Werkzeug gesetzten Stanznieten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Entfernen von in ein Werkzeug gesetzten Stanznieten mit einer den Stanzniet treibenden Stempel­ seite und einer gegenüberliegenden Matrizenseite. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf Vorrichtungen zur Durchführung dieses Verfahrens.

Ein der Erfindung zugrunde liegender Stanzniet ist in der DE OS 43 33 052 beschrieben und dargestellt, der auf seiner Stempelseite einen ebenen tellerartigen Kopf aufweist. Beim Nietvorgang wird der Rand des Kopfes, auf den das Werkzeug zum Eintreiben des Stanzniets drückt, in das betref­ fende Werkstück eingedrückt, während die mit einer Schneidkante versehene Matrizenseite das Werkstück durchstößt, wobei sich beim Eindringen der Matrizenseite in das Werkstück die Schneidkante radial nach außen aufweitet, womit die Vernietung abgeschlossen ist.

Es ist weiterhin in der deutschen Patentanmeldung 197 01 780.0 bereits ein Stanzniet vorgeschlagen worden, der in axial symmetrischer Ausführung beidseitig mit Schneidkanten versehen ist. Beim Nietvorgang durchdringt wie bei dem vorstehend beschriebenen Stanzniet die Matrizenseite mit ihrer Schneidkante das Werkstück, während sich die Stempelseite radial nach außen verformt, wodurch sich auf dieser Seite des Stanzniets die Vernietung ergibt.

Darüber hinaus sind noch weitere Formen von Stanznieten bekannt, z. Bsp. solche gemäß der DE PS 39 42 482 mit einem gewölbten Kopf auf der Stempelseite.

Die Herstellung von Nietverbindungen mit derartigen Stanznieten führt zu einer prinzipiell nichtlösbaren Verbindung z. Bsp. von zwei durch Nietung zu verbindenden Blechen, die im Sinne der vorstehenden Darlegungen das Werkstück bilden, in das der Stanzniet gesetzt wird. Um z. Bsp. im Falle einer notwendigen Reparatur die vernieteten Teile voneinander zu entfernen, muß die jeweilige Vernietung gelöst werden, was in üblicher Weise mittels eines meißelförmigen Werkzeuges oder dergleichen erfolgt, das zwischen die Blechplatten getrieben wird, wodurch ein die Blechplatten verbindender Niet gewaltsam aus seinem Sitz herausgerissen wird. Dabei entsteht neben der Zerstörung des Niets auch eine Verformung des Werkstücks, also insbeson­ dere der beiden Blechplatten, an der Stelle des herausgerissenen Niets, die unerwünscht ist und eine Nachbearbeitung der betreffenden Teile erforderlich macht, wenn eine Weiterverwendung mindestens eines Bauteils erforderlich ist. Abgesehen davon stellt diese Art der Lösung der Vernietung einen aufwendigen und unkontrollierbaren Arbeitsgang dar, der auch dadurch erschwert wird, daß Nietverbindungen sich häufig an unzugänglichen Stellen befinden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Entfernen von in ein Werk­ stück gesetzten Stanznieten zu erleichtern und insbesondere dabei das Werk­ stück beeinträchtigende Verformungen desselben weitgehend zu vermeiden. Erfindungsgemaß geschieht dies dadurch, daß auf die Stempelseite ein diese im wesentlichen abdeckender Stift mit seiner Stirnseite aufgesetzt wird, der unter Energiezuführung durch den Stift den Berührungsbereich von Stift und Stempelseite bis zu einer Verschmelzungstemperatur im Berührungsbereich erwärmt, woraufhin nach Abkühlung des Berührungsbereichs der Stift unter Mitnahme des dabei aus dem Werkstück herausgezogenen Stanzniets gegen den Druck eines sich auf dem Werkstück abstützenden Widerlagers zurück­ gezogen wird.

Aufgrund der Verschmelzung der betreffenden Materialien im Berührungs­ bereich von Stift und Stempelseite wird eine besonders feste Verbindung geschaffen, wobei die für die Verschmelzung erforderliche Energiezuführung über den Stift selbst erfolgt, so daß besondere Energiequellen, die von außen her auf den Berührungsbereich einwirken, nicht erforderlich sind. Aufgrund der sicheren und damit belastbaren Verbindung von Stift und Stempelseite kann durch Zurückziehen des Stiftes der an ihm hängende Stanzniet aus seiner Vernietung mit dem Werkstück herausgezogen werden, wobei die Abstützung mittels des Widerlagers dafür sorgt, daß sich das Werkstück aufgrund der auftretenden Zugkräfte nicht im größeren Bereich deformieren kann. Die vermeidbare, durch das Herausreißen des Niets aus seiner Vernietung entstehende Verformung im engen Bereich um die Ver­ nietung wird durch das Widerlager auf den Bereich der Vernietung konzen­ triert, wobei das Widerlager eine weitere Einwirkung auf das Werkstück verhindert.

Vorzugsweise erfolgt die Energiezuführung durch Stromleitung durch den Stift. Die Stromleitung läßt sich für eine Lichtbogenschweißung oder für eine Widerstandsschweißung im Berührungsbereich von Stift und Stempelsei­ te verwenden. Im Falle der Lichtbogenschweißung wird der Stift, wie beim Lichtbogenschweißen von Schweißbolzen üblich, an die Stempelseite ange­ drückt, von dieser zur Zündung eines Lichtbogens wegbewegt und danach wieder auf den Berührungsbereich zubewegt, in dem sich aufgrund des Lichtbogens eine Schmelze ausbildet, in die dann der Stift eintaucht, wobei sich die Materialien des Stiftes und der Stempelseite des Stanzniets mitein­ ander verschmelzen. Es ist auch möglich, die Energiezuführung zur Durch­ führung einer Widerstandsschweißung im Berührungsbereich von Stift und Stempelseite zu verwenden. In diesem Falle wird der unvermeidbare elek­ trische Widerstand im Berührungsbereich ausgenutzt, um an dieser Stelle durch einen starken Strom eine derartige Erwärmung herbeizuführen, daß schließlich der Berührungsbereich bis zu der Verschmelzungstemperatur erwärmt wird. Nach Abkühlen des so über die Schmelze verbundenen Stiftes mit der Stempelseite liegt dann eine feste belastbare Verbindung vor, über die ausreichende Zugkräfte vom Stift auf den Stanzniet übertragen werden können, so daß sich dieser aus dem Werkstück herauslöst.

Eine weitere Möglichkeit der Erwärmung im Beruhrungsbereich von Stift und Stempelseite besteht darin, den Stift durch Induktionsheizung zu erwär­ men, wobei der Stift wiederum die Energiezuführung zu dem Berührungs­ bereich von Stift und Stempelseite übernimmt. Die Induktionsheizung erfolgt zweckmäßig mittels einer den Stift umgebenden Spule, die mit einem ent­ sprechenden Wechselstrom versorgt wird. Aufgrund einer solchen Induktions­ heizung kann man im Berührungsbereich eine Verlötung herbeiführen, wozu natürlich das Lot entweder vor dem Aufsetzen des Stiftes oder nachträglich von der Seite her dem Berührungsbereich zuzuführen ist.

Eine weitere Möglichkeit der Energiezuführung durch den Stift besteht darin, diesen in Rotation unter Aufdrücken auf die Stempelseite so zu drücken, daß es zu einer Reibschweißung im Berührungsbereich kommt.

Häufig sind im Sinne der obigen Darlegungen vernietete Werkstücke mit einer Schutzschicht aus Lack oder dergleichen versehen, außerdem kann bei längerem Gebrauch auch eine Verschmutzung vorliegen, so daß es zweckmä­ ßig ist, vor der Energiezuführung durch den Stift die Stempelseite zu reinigen.

Dies erfolgt zweckmäßig durch Rotation des Stiftes unter Andrücken seiner Stirnseite an die Stempelseite, wobei durch die dabei entstehende Reibung insbesondere bei nicht zu starker Verschmutzung das Material des Stanzniets an der Stempelseite freigelegt wird und daraufhin z. Bsp. eine Lichtbogen­ schweißung oder eine Widerstandsschweißung ohne weiteres erfolgen kann. Im Falle besonderer Verschmutzung oder besonders widerstandsfähiger Lackierung kann man natürlich für die Reinigung auch ein spezielles rotie­ rendes Schabwerkzeug verwenden, beispielsweise eine entsprechend flach geschliffene Stirnseite eines Bohrers.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens unter Anwendung der Lichtbogenschweißung enthält zweckmäßig eine Bolzenschweißpistole, die den Stift als eine Elektrode hält und diesen mit ihrem Bewegungsantrieb unter Stromzuführung axial hin und her bewegt. Für diese Vorrichtung kann eine handelsübliche Bolzenschweißpistole verwendet werden, wie sie beispielsweise in der GBPS 636 343 offenbart ist.

Um das Verfahren unter Einbeziehung der Reibschweißung auszuführen, verwendet man zweckmäßig eine Vorrichtung, die ein Rotationswerkzeug enthält, das den Stift hält und diesen unter Andrücken an die Stempelseite dreht. Es handelt sich dabei also um ein Werkzeug ähnlich einer Bohr­ maschine, in die der Stift eingespannt wird und die mit dem Stift an die Stempelseite drückt, so daß dieser mit seiner Stirnseite auf der Stempelseite rotiert, wobei genügend Temperatur über den Stift zugeführt wird, daß es schließlich zu einer Rotationsschweißung kommt.

Handelt es sich um Stanznieten von der Art, die einen ebenen tellerartigen Kopf aufweisen, so gestaltet man den Kopf zweckmäßig so, daß er mit einer zentrischen Vertiefung zur Aufnahme eines entsprechend geformten Vorsprungs an der Stirnseite des Stiftes zu dessen zentrischen Aufsetzen auf die Stempelseite versehen ist. Aufgrund dieser Gestaltung wird zwangsläufig eine Zentrierung des Stiftes gegenüber dem Stanzniet herbeigeführt, so daß für den Vorgang des Verschweißens die notwendige definierte Lage von Stift zur Stempelseite gewährleistet ist. Dies erleichtert die Handhabung der betreffenden Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens, insbesondere wenn es sich dabei um Reibschweißen handelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich besonders vorteilhaft dann anwen­ den, wenn es sich um durch Stanzniete verbundene Karosserieteile von Automobilen handelt, die z. Bsp. in Folge eines Unfalls zu reparieren sind, wobei häufig einzelne Karosserieteile auszuwechseln sind. Um eine solche Auswechslung trotz der im Prinzip nichtlösbaren Verbindung mittels den Stanznieten zu ermöglichen, kann man das vorstehend geschilderte Verfahren verwenden, das es ermöglicht, Vernietungen, mit denen betroffene Karosse­ rieteile befestigt sind, auf einfache Weise und ohne größere Beschädigung der betreffenden Karosserieteile voneinander zu lösen, woraufhin dann das noch brauchbare Karosserieteil, das am Automobil verbleibt, nachträglich mit einem neuen Karosserieteil versehen wird, das das beschädigte Karosserieteil ersetzt. Das verbleibende Karosserieteil ist dabei ohne weiteres in der Lage, mit dem neuen Karosserieteil verbunden zu werden, weil ersteres durch den vorstehend geschilderten Trennvorgang nicht wesentlich verletzt worden ist. Es ist dabei natürlich erforderlich, daß die Verbindung zwischen diesen beiden Karosserieteilen mittels eines anderen Verfahrens erfolgt, beispiels­ weise durch Vernietung mit größeren Nieten, insbesondere Blindnieten, oder durch Verschrauben.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1a einen Stanzniet mit tellerartigem Kopf im Schnitt,

Fig. 1b den gleichen Stanzniet in perspektivischer Sicht,

Fig. 2a einen axial symmetrisch ausgebildeten Stanzniet im Schnitt,

Fig. 2b den gleichen Stanzniet in perspektivischer Sicht,

Fig. 3a eine Vernietung zweier Bleche mit einem Stanzniet gemäß Fig. 1,

Fig. 3b die gleiche Vernietung mit sich annäherndem Stift,

Fig. 3c die gleiche Vernietung mit angeschweißten Stift,

Fig. 3d die gleiche Vernietung mit angeschweißten Stift und Wi­ derlager,

Fig. 3e die gelöste Nietverbindung mit mittels des Stiftes heraus­ gezogenem Stanzniet,

Fig. 4a eine Nietverbindung zweier Bleche mit einem Stanzniet gemäß Fig. 2a,

Fig. 4b die gleiche Nietverbindung mit sich annäherndem Stift,

Fig. 4c die gleiche Nietverbindung mit angeschweißten Stift,

Fig. 4d die gleiche Nietverbindung mit angeschweißten Stift und Widerlager,

Fig. 4e die gelöste Nietverbindung und den mittels des Stiftes abgezogenen Stanzniet,

Fig. 5 die Nietverbindung gemäß Fig. 4d mit den Stift halten­ der Bolzenschweißpistole.

Fig. 1a zeigt einen Stanzniet 1 in einer Gestaltung, wie er in der DE OS 43 33 052 offenbart ist, allerdings mit der zusätzlichen zentrischen Ver­ tiefung 2. Der Stanzniet 1 besitzt auf seiner einen Seite, nämlich der Stempelseite 3, den tellerartigen Kopf 4. Die gegenüberliegende Seite wird durch die Matrizenseite 5 mit der Schneidkante 6 gebildet. Die Vertiefung (2) dient zur Führung des Stiftes, auf den weiter unten näher eingegangen wird. Fig. 1b zeigt eine perspektivische Darstellung des Stanzniets 1.

Fig. 2a zeigt eine andere Ausführungsform eines Stanzniets 7, der axial symmetrisch ausgebildet ist. In der Fig. 2b ist der gleiche Stanzniet in perspektivischer Sicht gezeigt. Der Stanzniet 7 besitzt auf seiner einen Seite die Stempelseite 8 und auf seiner gegenüberliegenden Seite die Matrizenseite 9. Sowohl die Stempelseite 8 als auch die Matrizenseite 9 ist mit einer jeweils umlaufenden Schneidkante 10 bzw. 11 versehen.

In Fig. 3 ist die Vernietung zweier Bleche 12 und 13 (die das Werkstück bilden) mittels des Stanzniets 14 dargestellt, dem der Stanzniet 1 gemäß Fig. 1a und 1b zugrunde liegt. Der Stanzniet 14 ist auf seiner Stempel­ seite 15 mit seinem tellerartigen Kopf in das Blech 12 eingedrückt, während auf der Matrizenseite 16 die Schneidkante 17 radial nach außen aufgeweitet ist, wodurch die Vernietung entsteht. Dabei handelt es sich um eine bekann­ te Gestaltung einer Vernietung.

Fig. 3b zeigt die Vernietung gemäß Fig. 3a, auf die sich der Stift 18 zu bewegt. Der Stift 18 besitzt an seiner Stirnseite 19 den Vorsprung 20, der in die Vertiefung 21 auf der Stempelseite 15 (siehe Bezugszeichen 2 in Fig. 1a) paßt.

In Fig. 3c ist die gleiche Vernietung mit auf die Stempelseite 15 aufge­ setztem Stift 18 dargestellt, wobei durch die verstärkt gezeichnete Linienfüh­ rung 21, die sich im Berührungsbereich von Stift 18 und Stempelseite 15 befindet, eine durch Lichtbogenschweißung erfolgte Verbindung zwischen Stift 18 und Niet 14 dargestellt ist. Diese im Berührungsbereich 21 von Stirnseite 19 und Stempelseite 15 befindliche Verschweißung ist dadurch entstanden, daß der Stift 18, wie beim Bolzenschweißen durch Lichtbogen­ schweißen üblich, bis zur Berührung an den Stanzniet 14 herangeführt worden ist, wodurch ein Lichtbogen gezündet wird, dem durch Zurückziehen des Stiftes 18 für einige Millisekunden die notwendige Brenndauer gegeben worden ist, um dabei die Stirnfläche 19 des Stiftes 18 und die Oberfläche der Stempelseite 15 des Stanznietes 14 zum Schmelzen zu bringen. Danach erfolgt dann in üblicher Weise das Absenken des Stiftes 18 in die so ausgebildete Schmelze mit nachfolgendem Abkühlungsvorgang, wodurch zwischen dem Stift 18 und dem Stanzniet 14 eine feste belastbare Ver­ bindung hergestellt ist.

In Fig. 3d ist der Beginn des Entfernens des Stanzniets 14 aus der Ver­ nietung dargestellt, bei dem nach Aufsetzen des Widerlagers 22 auf das obere Blech 12 ein Zug auf den Stift 18 in Richtung des eingezeichneten Pfeils ausgeübt wird, durch den der Stanzniet 14 aus seiner Vernietung herausgezogen wird. Dabei kann sich jedenfalls im direkten Bereich des Widerlagers 22 das Blech 12 und auch das darunterliegende Blech 13 praktisch nicht verformen, so daß also nur an der Sitzstelle des Nietes 14 eine gewisse Verletzung der beiden Bleche 12 und 13 zurückbleibt. Der sonstige Bereich der beiden Bleche 12 und 13 bleibt von diesem Vorgang unberührt. Die durch die Verschweißung herbeigeführte feste Verbindung zwischen Stift 18 und Stanzniet 14 verhindert ein Abreißen des Stiftes 18 vom Stanzniet 14, so daß schließlich der Stanzniet 14 vollständig aus der Vernietung herausgezogen wird.

Diese Entfernung des Stanzniets 14 ist in der Fig. 3e dargestellt, in der die beiden Bleche 12 und 13 getrennt voneinander und in einiger Entfernung davon der herausgezogene Stanzniet 14 dargestellt sind,ist, der noch an dem Stift 18 hängt. Damit ist die Verbindung der beiden Bleche 12 und 13 beseitigt, die daraufhin irgendeiner weiteren Behandlung zugeführt werden können, insbesondere auch einer Wiederverwendung, da sich außer der Verletzung durch den Stanzniet 14 an der betreffenden Stelle sonst keinerlei Veränderungen an den Blechen 12 und 13 ergeben haben.

In den Fig. 4a bis 4e sind die gleichen Vorgänge wie in den Fig. 3a bis 3e dargestellt wiedergegeben, wobei es sich allerdings um die Be­ handlung eines Stanzniets gemäß Fig. 2a und 2b handelt. Die Vorgänge des Aufsetzens des Stiftes 18 auf den Stanzniet 23, der Verschweißung von Stift 18 und Stanzniet 23 und das Abziehen des Stanzniets 23 aus der Vernietung entsprechen vollständig den in den Fig. 3a bis 3e dargestell­ ten Verfahrensschritten, so daß auf die Erläuterungen in den entsprechenden Fig. 3a bis 3e verwiesen werden kann.

Um die Verbindung zwischen Stift 18 und Stanzniet 14 bzw. 23 mittels Lichtbogenschweißung herbeizuführen, wird zweckmäßig eine Bolzenschweißpi­ stole 24 verwendet. Eine solche Bolzenschweißpistole ist beispielsweise in der GB PS 636 343 beschrieben. Die Bolzenschweißpistole 24 besitzt das Spannfutter 25, das den Stift 18 erfaßt und die bei der Lichtbogenschwei­ ßung erforderlichen Axialbewegungen ausführen läßt, was durch den im Inneren der Bolzenschweißpistole 24 untergebrachten bekannten Bewegungs­ mechanismus herbeigeführt wird. Der Stift 18 wird dabei, wie oben bereits erläutert, zunächst an den Stanzniet, hier der Stanzniet 23 herangeführt, um den Lichtbogen zu zünden, woraufhin dann nach ausreichend langem Bren­ nen des Lichtbogens der Stift 18 an den Stanzniet 23 herangeführt wird, wobei sich im Berührungsbereich von Stift 18 und der Stempelseite des Stanzniets 23 die erforderliche Verschweißung ergibt.

Ein Werkzeug der in Fig. 5 dargestellten Art kann auch dazu verwendet werden, um eine Widerstandsschweißung herbeizuführen, wobei lediglich das Werkzeug 24 mit einer entsprechenden Stromversorgung und einem ent­ sprechenden Bewegungsmechanismus auszustatten ist. Derartige Werkzeuge gehören ebenfalls zum Stand der Technik.

Es sei darüber hinaus darauf hingewiesen, daß ein Werkzeug ähnlich demje­ nigen, wie in Fig. 5 dargestellt, auch zum Reibschweißen verwendet werden kann. In diesem Falle ist das Werkzeug 24 mit einem Rotations­ mechanismus versehen, der den durch das Spannfutter 25 eingespannten Stift 18 in Rotation versetzt und gegen den Stanzniet 23 drückt, bis es zu einer solchen Erwärmung in dem betreffenden Berührungsbereich kommt, daß sich dort eine Verschweißung ergibt.

Claims (12)

1. Verfahren zum Entfernen von in ein Werkstück (12, 13) gesetzten Stanznieten (4, 14, 23) mit einer den Stanzniet (7, 14) treibenden Stempel­ seite (15) und einer gegenüberliegenden, in das Werkstück (12, 13) eindringende Matrizenseite (16), dadurch gekennzeichnet, daß auf die Stempelseite (15) ein diese im wesentlichen abdeckender Stift (18) mit seiner Stirnseite (19) aufgesetzt wird, der unter Energiezuführung durch den Stift (18) den Berührungsbereich von Stift (18) und Stempelseite (15) bis zu einer Verschmelzungstemperatur im Berührungsbereich erwärmt, woraufhin nach Abkühlung des Berührungsbereichs der Stift (18) unter Mitnahme des dabei aus dem Werkstück (12, 23) herausgezo­ genen Stanzniets (18) gegen den Druck eines sich auf dem Werkstück (12,23) abstützenden Widerlagers (22) zurückgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezu­ führung durch Stromleitung durch den Stift (18) und Lichtbogenschwei­ ßung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezu­ führung durch Stromleitung über den Stift (18) und Widerstandsschwei­ ßung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwär­ mung durch Induktionsheizung des Stiftes (18) mit Verlötung des Berüh­ rungsbereichs erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiezu­ führung durch Rotation des Stiftes (18) unter Aufdrücken auf die Stempelseite (15) mit Reibschweißung des Berührungsbereichs erfolgt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Energiezuführung durch den Stift (18) die Stempelseite (15) gereinigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung durch Rotation des Stiftes (18) unter Andrücken seiner Stirnseite (19) an die Stempelseite (15) erfolgt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigung durch ein rotierendes Schabwerkzeug erfolgt.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Licht­ bogenschweißung der Stift (18) von der Stempelseite (15) weg und wieder auf diese zubewegt wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch eine Bolzenschweißpistole (24), die den Stift (18) als eine Elektrode hält und diesen mit ihrem Bewe­ gungsantrieb unter Stromzuführung axial hin und her bewegt.

11. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 5, gekennzeichnet durch ein Rotationswerkzeug (24), das den Stift (18) hält und diesen unter Andrücken an die Stempelseite (15) dreht.

12. Stanzniet (14) mit tellerartigem Kopf zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kopf mit einer zentrischen Vertiefung (26) zur Aufnahme eines entsprechend geformten Vorsprungs (20) an der Stirnseite (19) des Stiftes (18) bei dessen Aufsetzen auf die Stempelseite (15) versehen ist.