DE19927103A1 - Verfahren, Vorrichtung sowie Hilfsfügeteil zum mechanischen Fügen - Google Patents

Verfahren, Vorrichtung sowie Hilfsfügeteil zum mechanischen Fügen

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Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten plattenförmigen Fügepartnern, insbesondere von Blechen (4, 5), mittels Stanznieten mit Halbhohl- oder Vollniet, unter Einsatz von oberhalb und unterhalb der Fügepartner vorgesehenen Werkzeugen, wobei Halbhohl- oder Vollniet geradlinig in die Fügepartner eindringen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stanznieten mit Halbhohlniet vor Erreichen des erhöhten Kraftanstieges im Kraft-Weg-Verlauf Ober- (7) und/oder das Teil (8) des Unterwerkzeuges mit einer taumelnden Zusatzbewgung in radialer und/oder tangentialer Richtung beaufschlagt werden, und beim Stanznieten mit Vollniet vor Erreichen des erhöhten Kraftanstieges im Kraft-Weg-Verlauf das Teil (8) des Unterwerkzeuges mit einer taumelnden Zusatzbewegung in radialer und/oder tangentailer Richtung baufschlagt wird. DOLLAR A Eine Vorrichtung und ein Hilfsfügeteil zur Durchführung des Verfahrens sind beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung sowie ein Hilfsfügeteil zum mechanischen Fügen mittels Stanznieten gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1, 4 und 8.
Beim bekannten Stanznieten mit Voll- oder Halbhohlnieten wird das Hilfsfügeteil (der Niet) mit einer geradlinigen Bewegung ohne Vorloch in die zu verbindenden Bleche gefügt.
Beim bekannten Clinchen, auch Durchsetzfügen genannt, dringt ein Stempel beim Arbeitshub in einer geradlinigen Bewegung in die zu verbindenden Bleche ein, wobei auf der Gegenseite eine feste oder geteilte Matrize die Form der sogenannten Matrizenseite des Clinchpunktes mit ausbildet. In der geteilten Matrize wird ein Gegenstempel positioniert.
Die bekannte Bewegung des Taumelns wird eingesetzt, wenn mit partieller Druckumformung auf der Stirnseite ein Nietkopf angeformt werden soll.
Auch beim Fügen ohne Hilfsfügeteil (DE 198 43 874.5) wird diese Bewegung genutzt.
Beim bekannten Stanznieten werden mit der geradlinigen Stempelbewegung hohe Kräfte benötigt. Deshalb sind die Werkzeugbelastungen hoch und schränken die Anwendung bei hochfesten Blechen ein.
Für die überwiegend als Werkzeuggestell eingesetzten C-Bügel wird mit hohen Kräften die Ausladung und damit die Anwendbarkeit des Verfahrens eingegrenzt.
Durch den Werkstofffluß von Blechmaterial und die zusätzlichen Verformung des Hilfsfügeteils ergibt sich bei der geradlinigen Stempelbewegung eine spezifische Ausformung der Verbindung.
Beim Vollniet ist die Ausfüllung der Schaftnut oftmals ein Problem. Beim Halbhohlnieten entsteht auf der Kopfseite des Nietes ein nachteiliger starker Einzug. Auf der Fußseite des Nietes ergibt sich durch Stauchen eine begrenzte Aufspreizung und damit eine begrenzte Festigkeit der Verbindung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die beim Stanznieten auftretenden Kräfte zu senken. Damit sollen die Anwendungsgebiete bezüglich hochfester Werkstoffe und die Zugänglichkeit bei großen Bauteilen mit C-Bügeln wesentlich erweiterbar sein. Außerdem sollen die Schwachstellen Kopfeinzug und geringe Aufspreizung beseitigt und damit bei der gleichen Fügeaufgabe bessere optische Eigenschaften und eine höhere Verbindungsfestigkeit erzielt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß beim Stanznieten mit Halbhohlniet vor Erreichen des erhöhten Kraftanstieges im Kraft-Weg-Verlauf Ober- und/oder der Gegenstempel des Unterwerkzeuges mit einer taumelnden Zusatzbewegung in radialer und/oder tangentialer Richtung beaufschlagt werden, und beim Stanznieten mit Vollniet vor Erreichen des erhöhten Kraftanstieges im Kraft-Weg-Verlauf der Gegenstempel des Unterwerkzeuges mit einer taumelnden Zusatzbewegung in radialer und/oder tangentialer Richtung beaufschlagt wird.
Diese Zusatzbewegung wird während des ganzen Fügeprozesses oder während eines Teiles des Fügeprozesses der axialen Vorschubbewegung überlagert. Das Taumeln kann tangential, z. B. auf einer Kreisbewegung, radial vom Mittelpunkt nach außen, z. B. auf einer Schwenkbewegung und in einer kombinierten Bewegung tangential/radial, z. B. in einer Rosettenkinematik erfolgen. Durch die Taumelbewegung wird der Werkstoff partiell umgeformt, so daß die Prozeßkräfte deutlich sinken.
Beim Vollstanznieten wird nach dem Durchstanzen der Bleche der Gegenstempel des Unterwerkzeug in eine taumelnde Bewegung gebracht. Damit wird die erforderliche Prägekraft kleiner und es kann die Schaftnut an dem Hilfsfügeteil vollständig gefüllt und damit eine hohe Verbindungsfestigkeit erzielt werden.
Vorteilhaft wird beim Stanznieten mit Halbhohlstanzniet ein Niet mit konvexer Erhebung am Nietkopf verwendet, die beim Nietvorgang flachgeformt wird und das Material zur Einebnung des Einzuges auf der Kopfseite genutzt wird.
Vorteilhaft ist es auch, bei gleichzeitiger aktiver Zusatzbewegung von Ober- und Unterwerkzeug, diese eine synchronisierte Bewegung ausführen zu lassen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe weiterhin durch eine Vorrichtung in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 4 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß das Ober- und/oder der Gegenstempel des Unterwerkzeuges in radialer und/oder tangentialer Richtung taumelbar gelagert ist.
Vorteilhaft kann als Ersatz für Gegenstempel und die Matrize ein feststehender Amboss als Unterwerkzeug verwendet werden.
Der Amboss besteht dabei aus einem festen Material wie gehärtetem Stahl oder aus einem elastischen Material wie Polyurethan.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird wenigstens eines der Werkzeuge (Oberwerkzeug, Gegenstempel des Unterwerkzeuges) zusätzlich zur bekannten axialen Bewegung taumelnd ausgelenkt. Beide gegenüberliegenden Werkzeuge können gleichzeitig und in einer besonderen Ausführung synchronisiert diese Taumelbewegung durchführen. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe außerdem durch ein Hilfsfügeteil in Verbindung mit den im Oberbegriff des Anspruchs 8 genannten Merkmalen dadurch gelöst, daß der Halbhohlniet in kritischen Gebieten jeweils eine Materialanhäufung aufweist.
Vorteilhaft weist der Halbhohlniet am Nietkopf eine Materialanhäufung in Form einer konvexen Erhebung auf.
Weiterhin vorteilhaft ist die Innen- und Außenkontur des Halbhohlnietes durch jeweils zwei Tractric-Kurven beschreibbar, wobei die Startpunkte der Kurven jeweils an Nietfuß und Nietkopf liegen, und der Übergang der Kurven in der Mitte tangential ausgeformt ist.
Beim Stanznieten mit Halbhohlniet kann der optisch störende Einzugsbereich wesentlich verringert werden. Das wird mit der partiellen Umformung wie beschrieben durch das Taumeln möglich und kann unterstützt werden durch eine Materialanhäufung im Kopfbereich des Nietes. Dieses zusätzliche Nietmaterial wird durch das Oberwerkzeug beim Taumeln eingeebnet und dabei auch radial verdrängt. Mit der sich ergebenden Durchmesservergrößerung des Nietkopfes wird er Einzugsbereich verkleinert.
Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an Hand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Darstellung zum Stanznieten nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Halbhohlniet,
Fig. 3 eine Darstellung zum Stanznieten mit überlagerter Taumelbewegung.
In Fig. 1 ist das bekannte Stanznieten mit Stempel 1 und fester Matrize 2 dargestellt. Der Halbhohlniet 3 dringt in einer axialen Bewegung in die zu verbindenden Bleche 4 und 5 ein. Dieser Niet besitzt üblicherweise eine flache Kopfform 3a, einen Radius 3b und eine Fase 3c.
In Fig. 2 ist ein der Taumelbewegung angepaßter Halbhohlniet 6 dargestellt. Er besitzt eine Materialanhäufung in Form einer konvexen Erhebung am Nietkopf 6a. Weiter werden die Konturen des Halbhohlnietes 6 durch jeweils zwei Tractric-Kurven (Schleppkurven) beschrieben. Die innenliegenden Kurven 6d und 6e und die außenliegenden Kurven 6b und 6c sind jeweils durch einen tangentialen Übergang miteinander verbunden. Die Tractrickurvenstartpunkte der Außenkontur liegen am Nietfuß (Kurve 6c) und am Nietkopf (Kurve 6b). Die Startpunkte der Innenkontur liegen ebenfalls am Nietfuß (Kurve 6e) und am oberen Punkt der Innenkontur (Kurve 6b).
Durch diese Gestaltung des Hilfsfügeteiles können die Belastungen während der partiellen Umformung besser aufgenommen und das unerwünschte Stauchen des Nietfußes verringert werden. Es ergibt sich eine bessere Aufspreizung und damit eine höhere Verbindungsfestigkeit.
In Fig. 3 ist der Nietvorgang mit überlagerter Taumelbewegung 11 in seiner Endstellung dargestellt. Als Taumelbewegung 11 ist hier eine Bewegung überlagert, die die Form einer Rosette beschreibt. Die taumelnden Werkzeuge, Oberwerkzeug 7 (Stempel) und Unterwerkzeug 8 (hier der Gegenstempel des Unterwerkzeuges) schwenken unter dem maximalen Taumelwinkel 10, wobei dieser Winkel auch für den Innenkonus der geteilten Matrize 9 gilt. In der Endphase des Nietvorganges wird der Nietkopf flachgeformt und das Material aus dem Kopfbereich des Nietes zur Einebnung des Einzuges 12 genutzt. Dabei vergrößert sich der Nietkopfdurchmesser. Der Stempeldurchmesser muß diesen entsprechend größeren Durchmesser besitzen.
Bezugszeichenliste
1
Stempel
2
feste Matrize
3
Halbhohlniet
3
a flacher Kopf
3
b Radius
3
c Fase
4
stempelseitiges Blech
5
matrizenseitiges Blech
6
Halbhohlniet
6
a konvexe Erhebung am Nietkopf
6
b obere kleinere Tractrixkurve an der Außenkontur
6
c untere größere Tractrixkurve an der Außenkontur
6
d obere kleinere Tractrixkurve an der Innenkontur
6
e untere größere Tractrixkurve an der Innenkontur
7
Oberwerkzeug
8
Teil des Unterwerkzeuges
9
geteilte Matrize mit Innenkonus
10
Taumelwinkel
11
Taumelbewegung
12
Einzug

Claims (10)

1. Verfahren zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten plattenförmigen Fügepartnern, insbesondere von Blechen (4, 5), mittels Stanznieten mit Halbhohl- oder Vollniet, unter Einsatz von oberhalb und unterhalb der Fügepartner vorgesehenen Werkzeugen, wobei Halbhohl- oder Vollniet geradlinig in die Fügepartner eindringen, dadurch gekennzeichnet, daß beim Stanznieten mit Halbhohlniet vor Erreichen des erhöhten Kraftanstieges im Kraft-Weg-Verlauf Ober- (7) und/oder das Teil (8) des Unterwerkzeuges mit einer taumelnden Zusatzbewegung in radialer und/oder tangentialer Richtung beaufschlagt werden, und beim Stanznieten mit Vollniet vor Erreichen des erhöhten Kraftanstieges im Kraft-Weg-Verlauf das Teil (8) des Unterwerkzeuges mit einer taumelnden Zusatzbewegung in radialer und/oder tangentialer Richtung beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beim Stanznieten mit Halbhohlniet ein Niet mit Materialanhäufungen in kritischen Gebieten (6a, 6b, 6e) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß bei gleichzeitiger taumelnder Zusatzbewegung von Ober- (7) und Teil (8) des Unterwerkzeug diese eine synchronisierte Bewegung ausführen.
4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bestehend aus einem Oberwerkzeug (7), einem Unterwerkzeug (8, 9), einer in axialer Richtung feststehenden Matrize (9) und einer Zuführung für das Hilfsfügeteil, dadurch gekennzeichnet, daß das Ober- (7) und/oder das Teil (8) des Unterwerkzeuges in radialer und/oder tangentialer Richtung taumelbar gelagert ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle von Teil (8) des Unterwerkzeuges und feststehender Matrize (9) ein feststehender Amboss als Unterwerkzeug (8, 9) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboss aus einem festen Material wie gehärtetem Stahl besteht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboss aus einem elastischen Material wie Polyurethan besteht.
8. Hilfsfügeteil zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ausgebildet als Halbhohlniet mit einer v-förmigen Aufweitung und Fase (3c) am Nietfuß und einem Radius (3b) am Nietkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbhohlniet in kritischen Gebieten (6a, 6b, 6e) eine Materialanhäufung aufweist.
9. Hilfsfügeteil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbhohlniet eine Materialanhäufung in Form einer konvexen Erhebung am Nietkopf (6a) aufweist.
10. Hilfsfügeteil nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur (6d, 6e) und Außenkontur (6b, 6c) des Halbhohlnietes durch jeweils zwei Tractric-Kurven beschreibbar sind, wobei die Startpunkte der Kurven jeweils an Nietfuß und Nietkopf liegen und der Übergang der Kurven in der Mitte tangential ausgeformt ist.
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