DE10102712B4

DE10102712B4 - Verfahren zum Verbinden von zumindest teilweise überlappenden Bauteilen und Vorrichtung hierfür

Info

Publication number: DE10102712B4
Application number: DE2001102712
Authority: DE
Inventors: Reinhard Mauermann; Fred Jesche; Stephan Dietrich; Mario Heinrich
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-01-22
Filing date: 2001-01-22
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2021-01-23
Also published as: DE10102712A1

Abstract

Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden Bauteilen (2, 3), insbesondere Blechen, in einem mechanischen Fügeprozeß ohne Vorloch mit Hilfe eines Hilfsfügeteiles (1), wobei das Hilfsfügeteil (1) durch ein Ober- und Unterwerkzeug (4, 5, 6) mit einer axialen Vorschubbewegung, welcher eine Taumelbewegung des Oberwerkzeuges (6) überlagert ist, so in die zu verbindenden Bauteile (2, 3) eingeformt wird, daß im Verbindungsbereich dieser Bauteile (2, 3) eine unter plastischer Verformung gebildete form- und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfügeteil (1) zumindest im Verbindungsbereich auch nach Abschluß des Fügevorganges ausschließlich mit einer der beiden Bauteile (2, 3) in Kontakt steht, und während des Fügeprozesses im wesentlichen seine Form behält.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 9. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung, in dem/der zumindest zwei Bauteile durch plastische Verformung derselben mittels Hilfsfügeteilen, insbesondere Vollnieten, miteinander verbunden werden.
In der blechverarbeitenden Industrie werden Einzelteile durch die Fertigungsverfahren der mechanischen Fügetechnik verbunden. Die Erfindung bezieht sich auf den Bereich der mechanischen Fügetechnik, bei denen kein Vorloch benötigt wird. Vor allem in der Automobilindustrie werden diese preiswerten Verfahren in der Massenfertigung eingesetzt.
Aus dem Stand der Technik sind Verfahren und Vorrichtungen zum Verbinden von sich überlappenden, insbesondere plattenförmigen, Bauteilen ohne Ausbilden eines Vorlochs als Fügeschritt bekannt, wobei die Fügeverbindung zwischen den Bauteilen entweder mit Hilfe eines Hilfsfügeteiles, insbesondere Stanznieten mit Halbhohlniet oder Vollniet oder durch das sogenannte Clinchen oder Durchsetzfügen ohne ein entsprechendes Hilfsfügeteil erreicht wird.
Bei beiden Verfahren wird ein Überlappungsbereich der Bauteile zwischen einem Stempel und einer Matrize angeordnet. Dieser Stempel wird dann in den Fügebereich der beiden Bauteile mit hoher Kraft eingedrückt, wobei sich beide Bauteile plastisch verformen. Die Matrize ist dabei so ausgebildet, daß eine Verformung der beiden Bauteile im Fügebereich derart erfolgt, daß sich Hinterschneidungsbereiche zwischen den Bauteilen ausbilden. Diese Ausbildung der Hinterschneidungsbereiche wird durch eine Taumelbewegung des Stempels um seine Längsachse begünstigt.
Bei Verwendung eines Hilfsfügeteiles weist dieses bereits selbst Hinterschneidungsbereiche auf, und es wird durch die beiden Bauteile im Fügebereich umschlossen, wenn das Hilfsfügeteil durch den Stempel in die Bauteile hineingedrückt wird und diese sich plastisch verformen.
Bei diesen bekannten Verfahren wird durch den Stempel von einer Seite eine Fügekraft auf beide Bauteile aufgebracht und die Matrize auf der gegenüberliegenden Seite dient dazu, diese Fügekratt abzustützen.
Beim bekannten Stanznieten mit Vollniet wird das Hilfsfügeteil mit einer geradlinigen Bewegung ohne Vorloch in die zu verbindenden Bleche gefügt, wobei die Gegenseite von einer hohlen Matrize geformt wird und mehrere Lochbutzen als Abfall entstehen. Das Hilfsfügeteil ist gehärtet, übernimmt beim Schneiden die Funktion des Schneidstempels und wird im Fügeprozeß nicht verformt.

Beim bekannten taumelnden Stanznieten mit Halbhohlniet ( DE 199 27 103 A1 ) wird das Hilfsfügeteil mit einer geradlinigen und taumelnden Bewegung ohne Vorloch in die zu verbindenden Bleche gefügt, wobei die Gegenseite von einer Matrize geformt wird und kein Abfall entsteht. Das Hilfsfügeteil wird während der Fügung verformt und bildet dabei die Hinterschneidung aus.

Beim bekannten Taumelclinchen ( DE 199 45 743 A1 ) wird durch den Stempel mit einer geradlinigen und taumelnden Bewegung ohne Vorloch eine Hinterschneidung in die zu verbindenden Bleche geformt, wobei die Gegenseite von einer Matrize geformt wird und kein Abfall entsteht.

Beim bekannten Tox-Nietclinchen ( DE 199 13 695 A1 ) wird ein Hilfsfügeteil mit einer geradlinigen Bewegung ohne Vorloch in die zu verbindenden Bleche gefügt, wobei die Gegenseite von einer Matrize geformt wird und kein Abfall entsteht.

Diese Verfahren können verwendet werden, wenn beide Seiten der zu verbindenden Bauteile zugängig sind, um sowohl Stempel als auch Matrize entsprechend anzuordnen. Da der Stempel auf die Matrize ausgerichtet sein muß, werden sogenannte C-Bügel als Werkzeuggestelle verwendet, um Stempel und Matrize gegenseitig zu positionieren.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik das sogenannte 'Hydroforming' bekannt. Beim Hydroforming werden Bauteile, insbesondere Rohre oder dgl., in einem Formwerkzeug angeordnet, und die Innenfläche dieser Bauteile mit einem relativ hohen Druck beaufschlagt. Dadurch verformt sich das Bauteil plastisch und kommt in Anlage mit einer Formfläche des Formwerkzeuges. Als Druckmedium wird dabei beispielsweise ein Hochdruckfluid verwendet.

Beim beschriebenen Verfahren des Stanznietens mit Vollniet werden hohe Kräfte benötigt. Diese hohen Fügekräfte stellen große Anforderungen an die Führung der Werkzeuge. Aufgrund dieser hohen Werkzeug- und Werkzeuggestellbelastungen wird die Anwendung bei hochfesten Blechen eingeschränkt. Zudem wird für die überwiegend als Werkzeuggestell eingesetzten C-Bügel die Ausladung und damit die Anwendbarkeit des Verfahrens eingegrenzt.

Weiterhin ist beim Stanznieten mit Vollniet sehr nachteilig, daß erstens, Abfall in Form von mehreren Lochbutzen pro Verbindung entsteht, der die Prozeßsicherheit der nachfolgenden Fertigungsschritte beeinträchtigt, sowie zweitens, die matrizenseitigen Bleche oft an der Matrize klemmen mit der Folge von Matrizenverschleiß und -bruch; und drittens, das Hilfsfügeteil kompliziert und teuer in der Herstellung ist.

Beim Tox-Nietclinchen müssen ebenfalls hohe Kräfte aufgewendet werden.

Es bestehen sowohl beim Stanznieten mit Vollniet als auch beim Tox-Nietclinchen weiterhin die Nachteile, daß sowohl weitreichende Koaxialitätsforderungen zwischen Stempel und Matrize erfüllt werden müssen, als auch die Notwendigkeit zum Sortieren der Hilfsfügeteile bezüglich Ober- und Unterseite besteht, und somit eine aufwendige Hilfsfügeteilzuführung realisiert werden muß.

Weiterhin ist aus der DE 199 13 757 B4 ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung bekannt, bei dem ein von einem Stempel beaufschlagtes Niet flächig gegen aufeinanderliegende Bleche gedrückt wird, und das Blechmaterial in einen Formhohlraum einer Matrize drängt, wobei die Matrize im Verlaufe des Niet-Setzvorganges eine das Blechmaterial an eine Niet-Mantelfläche andrückende Querkraft ausübt, und wobei diese Querkraft über ein in die Matrize einleitbares und unter hohen Druck setzbares Fluid erzeugt wird. Der Stempel wird hierbei ausschließlich axial bewegt, um den Niet in die Bleche einzuformen, wobei hieran anschließend die Querkraft über die Matrize ausgeübt wird, um die Hinterschneidung in den Blechen auszubilden.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart zu verbessern, daß vor allem die beim Fügen aufzubringenden Kräfte gesenkt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Weiterhin wird diese Aufgabe gemäß dem Vorrichtungsaspekt erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 9.

Beim vorliegenden Verfahren wird Abfall aus dem Stanzvorgang vermieden.

Ferner werden komplizierte Gegenwerkzeuge vermieden, bei denen es zu Blechverklemmungen und damit verbundenem Matrizenverschleiß und -bruch kommen kann. Dadurch werden Anschaffungskosten und Betriebskosten wesentlich reduziert.

Weiterhin wird die Notwendigkeit der Sortierung der Hilfsfügeteile vor der Zuführung zur Bearbeitungsmaschine aufgrund der erfindungsgemäß vorgestellten Ausführungsform der Hilfsfügeteile, insbesondere Taumelvollnieten, vermieden.

Bevorzugte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile vor der Herstellung der Verbindung,

2 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile in einem Zwischenstadium während der Herstellung der Verbindung,

3 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile nach der Herstellung der Verbindung,

3a Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile nach der Herstellung der Verbindung bei spezieller Ausgestaltung des Niederhalters des Oberwerkzeuges,

4 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile nach der Herstellung der Verbindung bei spezieller Ausgestaltung des Unterwerkzeuges, und

5 eine mögliche Ausgestaltungsform des Hilfsfügeteils.

Mit Bezug auf 1 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert. In 1 ist ein Ausschnitt der Fügevorrichtung gezeigt. Diese Fügevorrichtung weist ein Oberwerkzeug bestehend aus einem Stempel 6 und einem Niederhalter 5 sowie ein Unterwerkzeug 4 als Gegenwerkzeug zum Oberwerkzeug auf. Beide Werkzeuge sind nur abschnittsweise, d.h. nicht vollständig dargestellt.
Zum Fügen (Verbinden) der beiden Bauteile 2, 3 ist in 1 ein Hilfsfügeteil 1, insbesondere ein Taumelvollniet, gezeigt. Ein mögliches Ausführungsbeispiel dieses Vollniet ist in 5 vorgestellt. Der gezeigte Taumelvollniet zeichnet sich dadurch aus, daß erfindungsgemäß nicht nur einfache Rotationssymmetrie bezüglich der Längsachse 16 vorliegt, sondern auch eine Spiegelsymmetrie an der mittleren Orthogonalebene zur Längsachse 16, was eine Vorsortierung der Nieten erübrigt.
Die Hinterschneidung an der Mantellinie des Nietes 14 durch den konkaven großen Radius ermöglicht die sichere Einbettung des Nietes in der Verbindung.
Die Übergänge 15 der Stirnseiten 13 zur Mantellinie des Nietes 14 werden durch zumindest zwei Fasen beschrieben. In einer weiteren Ausgestaltungsform des Nietes wird dieser Übergang 15 durch eine Schleppkurve beschrieben.
Diese Schleppkurve, auch trac-trix genannt, startet mit dem bekannten tangentialen Übergang an der Mantellinie des Nietes 14 mit dem Wert X; siehe 5. Sie läuft dann asymptotisch an der Nietstirnseite bis zum Mittelpunkt aus. Die Kurvenparameter sind von der Anwendung abhängig. Der Wert X kann in einem Anwendungsbeispiel 1 mm entsprechen.
In beiden Ausgestaltungsformen wird das plastische Fließen des verdrängten Werkstoffes der plattenförmigen Bauteile unterstützt.
Das Hilfsfügeteil 1 behält während des erfindungsgemäßen Fügevorganges im wesentlichen seine Form.
In 1 ist die Ausgangsstellung dargestellt, bei der das Hilfsfügeteil 1 in der Zeichnung oberhalb von zwei übereinanderliegenden plattenförmigen Bauteilen, insbesondere Blechen 2, 3 positioniert ist, welche wiederum an dem erfindungsgemäß bevorzugt flachen Gegenwerkzeug 4 anliegen.
Diese plattenförmigen Bauteile 2, 3 werden durch einen Niederhalter 5 geklemmt. Dieser Niederhalter 5 weist nach oben hin einen Öffnungswinkel 5a auf. In dieser Öffnung ist ein Fügestempel 6 angeordnet.
Dieser Fügestempel 6 ist um den Schnittpunkt zwischen Nietlängsachse 16 und Längsachse des Stempels 6 rotationsfrei in der Öffnung 5a schwenkbar, um die erfindungsgemäße Taumelbewegung des Stempels 6 zu ermöglichen.
Bei dem Verfahren wird der axialen Vorschubbewegung zum Fügen des Vollnietes eine taumelnde Bewegung des Stempels 6 überlagert.
Diese Taumelbewegung selbst kann erfindungsgemäß entweder während des ganzen Fügeprozesses oder ausschließlich während eines Teiles des Fügeprozesses der axialen Vorschubbewegung überlagert sein.
Während der Stempel 6 diese Taumelbewegung ausführt, wird der Prozeßkraft eine variable, von der Taumelbewegung abhängige Zusatzkraft überlagert.
Während der Wanderung der zwischen der Stirnseite des Stempels 6b und Stirnseite des Hilfsfügeteil 13 gebildeten Kontaktfläche vom Mittelpunkt des Nietes nach außen, wird diese Zusatzkraft zur Prozeßkraft addiert und während der Wanderung dieser Fläche von außen nach innen wird durch diese die Prozeßkraft verringert.
Durch die Taumelbewegung wird der Werkstoff der plattenförmigen Bauteile 2, 3 partiell umgeformt, so daß wie beschrieben die Prozeßkräfte deutlich sinken.
Zusätzlich wird durch diese variable Zusatzkraft der gewünschte Werkstoffluß radial von innen nach außen unterstützt.
Erfindungsgemäß ist vorzugsweise am Gegenwerkzeug 4 eine in Abhängigkeit von der Taumellage des Stempels 6 steuerbare Vorrichtung zur Beaufschlagung des Prozesses mit dieser variablen Zusatzkraft vorgesehen.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird die Vorrichtung zur Beaufschlagung des Prozesses mit dieser variablen Zusatzkraft auf der Seite des Oberwerkzeuges angebracht.
Bei allen genannten Ausführungsbeispielen eignen sich mechanische, elektromagnetische oder piezo-elektrische Vorrichtungen, die bezüglich der Erzeugung der zyklischen Zusatzkraft exakt steuerbar sind.
Das Gegenwerkzeug 4 ist an der Anlagefläche der plattenförmigen Bauteile vorzugsweise eben ausgebildet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine feste Matrize als Gegenwerkzeug eingesetzt. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in 4 gezeigt. 4 zeigt den Fall eines Gegenwerkzeuges 4 mit Ausnehmung und Aushebeschräge 11, die im Bereich von 0° bis 5° liegt.
Ebenfalls in einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine bewegliche Matrize als Gegenwerkzeug eingesetzt.
Durch die Ausnehmung der Matrize kann die durch den Werkstoffluß entstehende Wölbung 8 definiert geformt und ästhetisch aufgewertet werden. Ebenso können dadurch weitere Merkmale der Fügestelle, wie beispielsweise spezielle Anschlussstücke, ausgebildet werden.
Außerdem besteht die Möglichkeit, durch die Geometrie der Ausnehmung den Werkstoffluß zu beeinflussen und so gezielt die Festigkeit des Fügepunktes zu optimieren.
Bei Verwendung eines flachen Gegenwerkzeuges 4 kommt es in Abhängigkeit von der Größe der auf den Niederhalter 5 ausgeübten Kraft zur Herausbildung einer Wölbung mit dem unteren Wölbmaß 8 im unteren Blech. Soll die Werkstoffanhäufung auf der Stempelseite der Bleche 2 erfolgen, wird der Niederhalter 5 mit einer Aussparung 12 versehen und mit einer höheren Kraft beaufschlagt.
Wie in 3a abgebildet, kommt es dann zur Herausbildung einer Wölbung im oberen Bereich mit dem oberen Wölbmaß 8a. Sind die Niederhalterkräfte genügend hoch, kann bei Zulassung einer Wölbung 8a im oberen Blech die Wölbung im unteren Blech 8 völlig unterdrückt werden.
2 zeigt einen Zwischenzustand des Fügeprozesses, bei dem der Niet 1 bereits ein Stück weit in die Bleche 2, 3 eingedrungen ist. Der Niet 1 wird durch die beschriebene axiale Vorschubbewegung des Stempels 6, dem eine ebenfalls beschriebenen Taumelbewegung mit dem konstanten oder variablen Taumelwinkel 6a überlagert ist, in die Bleche eingedrückt. Dabei findet ein Verdrängen des Werkstoffes durch den Niet 1 statt. Eine Hinterschneidung 7 ist aber noch nicht herausgebildet worden.
In 3 ist der Endzustand des Fügevorganges abgebildet. Das Material in den Blechen 2, 3 wird durch den Niet 1 derart verdrängt, daß sich eine Hinterschneidung 7 zwischen dem oberen und unteren Blech 2, 3 herausbildet. Durch diese Hinterschneidung entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen den plattenförmigen Bauteilen 2, 3.
Das Hilfsfügeteil 1 behält während dieses Fügeprozesses im wesentlichen seine Form.
Aufgrund des beschriebenen Prozesses kann es in Abhängigkeit von den eingesetzten Materialien und der aufgewendeten Prozesskräfte und -temperaturen zusätzlich zur Ausbildung der beschriebenen formschlüssigen auch zu einer stoffschlüssigen Verbindung kommen.
Das Hilfsfügeteil durchdringt die in der Zeichnung oben angeordnete Platte 2 nicht. Es verbleibt eine Restschicht zwischen dem Hilfsfügeteil 1 und der in der Zeichnung unten angeordnete Platte 3. Das Hilfsfügeteil 1 steht daher zumindest im Verbindungsbereich auch nach Abschluß des Fügevorganges ausschließlich mit einer der beiden plattenförmigen Bauteile 2 in Kontakt.
Die durch diesen Fügeprozeß eingeformte Hinterschneidung 7 beeinflußt gemeinsam mit der Restbodendicke 9 und der Halsdicke 10 die Festigkeit des Fügepunktes. Durch das Zusammenspiel der beschriebenen Prozeßparameter, insbesondere Fügekraft, Art und Dauer der Taumelbewegung und den Geometrien von plattenförmigen Bauteilen 2, 3, Taumelniet 6 und Gegenwerkzeug 4, können diese Größen gezielt beeinflusst werden.
In den vorangestellten Ausführungen ist ein Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden plattenförmigen Bauteilen, insbesondere Blechen, in einem mechanischen Fügeprozeß ohne Vorloch mit Hilfe eines Hilfsfügeteiles, vorgestellt. Das Hilfsfügeteil wird durch ein Ober- und Unterwerkzeug in einer axialen Vorschubbewegung, welcher eine Taumelbewegung des Oberwerkzeuges überlagert ist, so in die zu verbindenden Teile eingeformt, daß im Verbindungsbereich dieser plattenförmigen Bauteile eine unter plastischer Verformung gebildete form- und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird. Der Verbindungsbereich der form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung weist zumindest eine Hinterschneidung aus dem Werkstoff dieser plattenförmigen Bauteilen auf.
Das Hilfsfügeteil steht zumindest im Verbindungsbereich auch nach Abschluß des Fügevorganges ausschließlich mit einer der beiden plattenförmigen Bauteile in Kontakt.
Das Hilfsfügeteil behält während des Fügeprozesses im wesentlichen seine Form. Die Taumelbewegung des beschriebenen Stempels im Oberwerkzeug wird entweder während des ganzen Fügeprozesses oder ausschließlich während eines Teiles des Fügeprozesses der Vorschubbewegung überlagert.
Eine variable, von der Taumelbewegung des Stempels im Oberwerkzeug abhängige Zusatzkraft wird der Prozesskraft überlagert, wobei diese variable Zusatzkraft bei steigen dem Taumelwinkel einen größeren Wert annehmen kann und bei abnehmendem Winkel auf einen kleineren Wert reduziert werden kann.
Diese Zusatzkraft kann entweder über das Oberwerkzeug oder durch das Unterwerkzeug aufgebracht werden.
Die vom Niederhalter, der die zu verbindenden Bauteile während des Fügevorganges fixiert, aufgebrachte Niederhaltekraft ist frei wählbar, wodurch eine Beeinflussung des Werkstoffflusses in Richtung des Ober- oder Unterwerkzeuges ermöglicht wird.
In den vorangestellten Ausführungen ist eine Vorrichtung vorgestellt, die insbesondere zur Durchführung der oben vorgestellten Verfahren gemäß Anspruch 1 und den entsprechenden Unteransprüchen dient, bestehend aus einem Oberwerkzeug, einem Unterwerkzeug und einem Hilfsfügeteil. Gekennzeichnet ist diese Vorrichtung durch einen eine Taumel- sowie axiale Vorschubbewegung ausführenden Stempel als Bestandteil des Oberwerkzeuges im Eingriff mit einem im wesentlichen unverformbaren Hilfsfügeteil und dem auf der gegenüberliegenden Seite der zu verbindenden Bleche angeordneten Unterwerkzeug.
Die Stirnfläche des Stempels weist einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der entsprechenden stirnseitige Fläche des Hilfsfügeteils auf.
Der Niederhalter, als Bestandteil des Oberwerkzeuges, kann eine Aussparung auf der den plattenförmigen Bauteilen zugewandten Stirnfläche aufweisen, die zur Aufnahme von prozessbedingt verdrängtem Werkstoff vorgesehen ist.
Das Hilfsfügeteil ist vorzugsweise als ein Vollniet ausgeführt.
Dieser Vollniet ist aus gehärtetem Stahl gebildet, im Mittelteil an der Mantelfläche konkav ausgebildet und weist zumindest an einer der Stirnseiten einen Übergang von der Stirnflächen zum Mantel in Form einer Schleppkurve oder mindestens zwei Fasen auf. Der Niet ist bezüglich einer mittigen Orthogonalebene zur Längsachse symmetrisch gestaltet ist und weist somit eine weitere, zweite Symmetrie neben der Rotationssymmetrie auf.
Das Gegenwerkzeug zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft ist entweder im wesentlichen starr mit einem Werkzeuggestell verbunden oder beweglich gelagert.
Das Gegenwerkzeug zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft ist entweder im wesentlichen eben, oder weist eine Vertiefung mit einer Aushebeschräge auf, welche der Form nach entweder einer konventionellen festen Matrize entspricht oder als geteilte und beweglich gelagerte Matrize ausgeführt ist.
Die variable von der Taumelbewegung abhängige Zusatzkraft in Abhängigkeit von der Taumellage wird durch eine mechanisch, elektromagnetisch oder piezoelektrisch angetriebene Vorrichtung gebildet.

1: Hilfsfügeteil
2: Stempelseitiges Blech
3: Gegenwerkzeugseitiges Blech
4: Gegenwerkzeug
5: Niederhalter
5a: Niederhalterschräge
6: Stempel
6a: Stempelschwenkwinkel
6b: Stirnseite des Stempels
7: Hinterschneidung
8: Unteres Wölbmaß
8a: Oberes Wölbmaß
9: Restbodendicke
10: Halsdicke
11: Aushebeschräge der Matrize
12: Aussparung des Niederhalters
13: Stirnseite des Nietes
14: Mantellinie des Nietes
15: Übergang von der Stirnseite zur Mantellinie des Nietes
16: Längsachse des Nietes

Claims

Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden Bauteilen (2, 3), insbesondere Blechen, in einem mechanischen Fügeprozeß ohne Vorloch mit Hilfe eines Hilfsfügeteiles (1), wobei das Hilfsfügeteil (1) durch ein Ober- und Unterwerkzeug (4, 5, 6) mit einer axialen Vorschubbewegung, welcher eine Taumelbewegung des Oberwerkzeuges (6) überlagert ist, so in die zu verbindenden Bauteile (2, 3) eingeformt wird, daß im Verbindungsbereich dieser Bauteile (2, 3) eine unter plastischer Verformung gebildete form- und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfügeteil (1) zumindest im Verbindungsbereich auch nach Abschluß des Fügevorganges ausschließlich mit einer der beiden Bauteile (2, 3) in Kontakt steht, und während des Fügeprozesses im wesentlichen seine Form behält.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsbereich der form- und/oder stoffschlüssigen Verbindung zumindest eine Hinterschneidung (7) aus Werkstoff dieser Bauteilen (2, 3) aufweist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelbewegung eines Stempels im Oberwerkzeug (6) während des ganzen Fügeprozesses der Vorschubbewegung überlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelbewegung des Stempels im Oberwerkzeug (6) nur während eines Teiles des Fügeprozesses der Vorschubbewegung überlagert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß einer Prozeßkraft eine variable von der Taumelbewegung des Stempels im Oberwerkzeug (6) abhängige Zusatzkraft überlagert wird, wobei die variable Zusatzkraft bei steigendem Taumelwinkel (6a) einen größeren Wert annehmen kann und bei abnehmenden Taumelwinkel (6a) auf einen kleineren Wert reduziert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die variable von der Taumelbewegung abhängige Kraft über das Oberwerkzeug (5, 6) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die variable von der Taumelbewegung abhängige Kraft über das Unterwerkzeug (4) aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Niederhaltekraft eines Niederhalters (5), der die zu verbindenden Bauteile (2, 3) während des Fügevorganges fixiert, frei wählbar ist, wodurch eine Beeinflussung des Werkstoffflusses in Richtung des Ober- oder Unterwerkzeuges (6, 4) ermöglicht wird.
Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem Oberwerkzeug (5, 6), einem Unterwerkzeug (4) und einem Hilfsfügeteil (1), gekennzeichnet durch einen eine Taumel- sowie axiale Vorschubbewegung ausführenden Stempel (6) als Bestandteil des Oberwerkzeuges im Eingriff mit einem im wesentlichen unverformbaren Hilfsfügeteil (1) und dem auf der gegenüberliegenden Seite der zu verbindenden Bauteile (2, 3) angeordneten Unterwerkzeug (4).
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Stempels (6b) einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der entsprechenden stirnseitige Fläche des Hilfsfügeteils (1) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Niederhalter (5), als Bestandteil des Oberwerkzeuges eine Aussparung (12) auf der den Bauteilen (2, 3) zugewandten Stirnfläche aufweist, die zur Aufnahme von prozessbedingt verdrängtem Werkstoff vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfügeteil (1) als ein Vollniet ausgeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (1) aus gehärtetem Stahl gebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollniet im Mittelteil (14) konkav ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollniet an zumindest einer der Stirnseiten (13) einen Übergang zum Mantel (15) aufweist, der durch eine Schleppkurve beschrieben werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollniet an zumindest einer der Stirnseiten (13) einen Übergang zum Mantel (15) aufweist, der durch mindestens zwei Fasen beschrieben werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Vollniet bezüglich einer mittigen Orthogonalebene zur Längsachse (16) symmetrisch gestaltet ist und somit eine weitere, zweite Symmetrie neben der Rotationssymmetrie aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug (4) zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft im wesentlichen starr mit einem Werkzeuggestell verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug (4) zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft beweglich gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug (4) zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft im wesentlichen eben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug (4) eine Vertiefung mit einer Aushebeschräge aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterwerkzeug (4) als geteilte und beweglich gelagerte Matrize ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die variable von der Taumelbewegung abhängige Zusatzkraft in Abhängigkeit von der Taumellage durch eine mechanisch, elektromagnetisch oder piezoelektrisch angetriebene Vorrichtung gebildet ist.