DE102007050069B3

DE102007050069B3 - Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung

Info

Publication number: DE102007050069B3
Application number: DE200710050069
Authority: DE
Inventors: Harald Kudliczka; Georg Schmid
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2007-10-19
Filing date: 2007-10-19
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2027-10-20

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung mit einem einen in zu verbindende Bauteile (2, 3) geradlinig eindringenden Niet (1) beaufschlagenden Stempel (8) und einem Gegenhalterwerkzeug (9), wobei zumindest das Gegenhalterwerkzeug (9) während des Fügeprozesses gegenüber der Niet-Eindringrichtung schräg gerichtet ist. Erfindungsgemäß ergibt sich die Schrägstellung des Gegenhalterwerkzeuges (9) aufgrund einer selbsttätigen Anpass-Schwenkbewegung desselben an den Verlauf einer dem Gegenhalterwerkzeug (9) zugewandten Bauteiloberfläche (5). Mit dieser Vorgehensweise ist auch bei nicht parallelem Verlauf der jeweils außen liegenden Oberflächen (4, 5) der zu verbindenden Bauteile (2, 3) eine hinsichtlich erforderlichem Hinterschnitt und damit erzielbarer Festigkeit den Anforderungen entsprechende Stanznietverbindung herstellbar.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung mit einem einen in zu verbindende Bauteile geradlinig eindringenden Niet beaufschlagenden Stempel und einem Gegenhalterwerkzeug, wobei zumindest das Gegenhalterwerkzeug während des Fügeprozesses gegenüber der Niet-Eindringrichtung schräg gerichtet ist.
Sogenannte Stanznietverbindungen weisen heutzutage vielfältige Anwendungsmöglichkeiten auf. Sie werden beispielsweise auch im Bereich der Fahrzeugtechnik verwendet, wo auf diese Weise Karosseriebleche miteinander verbunden werden.
Die Dokumente EP 0 129 358 A1 , EP 0 720 695 B1 und WO 94/14554 A1 beschreiben derartige Verbindungstechnologien, wobei die Ausrichtung von Stempel und Gegenhalterwerkzeug (Matrize) identisch ist und auch mit der Eindringrichtung des Nietes in die Fügepartner übereinstimmt.
Eine dahingehende Abweichung beim Stanznieten unter Verwendung von Halbhohl- oder Vollnieten zum mechanischen Fügen von übereinander angeordneten, plattenförmigen Fügepartnern, insbesondere von Blechen, beschreibt die gattungsgemäße DE 199 27 103 A1 . Dort wird das Ziel verfolgt, die beim Stanznieten auftretenden Kräfte zu senken, so dass die Anwendungsgebiete bezüglich hochfester Werkstoffe und die Zugänglichkeit von Nietsetzvorrichtungen bei großen Bauteilen wesentlich erweiterbar sind. Dazu wird während des Nietens vor Erreichen des erhöhten Kraftanstieges im Kraft-Weg-Verlauf das Ober- und/oder das Teil des Unterwerkzeuges mit einer taumelnden Zusatzbewegung in radialer und/oder tangentialer Richtung beaufschlagt.
Das Taumelnieten bzw. ein Durchsetzfügen, bei dem zumindest eines der beteiligten Werkzeugteile eine Taumelbewegung ausführt ist darüber hinaus durch DE 101 40 989 C2 , DE 199 29 778 B4 , DE 198 40 780 B4 bekannt. Mit der DE 20 005 013 569 U1 wird eine Nieteinrichtung zum Taumelnieten bzw. Punktnieten vorgeschlagen, die die Ausführung von Nietarbeiten bei räumlich komplexen Bauteilen vereinfacht. Dazu ist der Werkzeugkopf mittels eines sechs Antriebsstreben umfassenden Hexapods am Maschinengestell verstellbar geführt.
Beim Stanznieten von Bauteilen, bei denen mindestens ein Fügeteil einen oder mehrere Flansche mit veränderlicher Dicke aufweist, z. B. bei Ausformschrägen an Gussteilen, wird der Stanzniet beim Setzvorgang unsymmetrisch ausgeformt. Derartige Nietverbindungen weisen oft eine zu große Umformung am Nietschaft, sowie eine einseitige und teilweise zu geringe Hinterschneidung im matrizenseitigen Werkstoff auf (sh. 1) und sind so eigentlich nicht zu gebrauchen, denn es leidet auch die Festigkeit der Nietverbindung erheblich.
Von daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verfahrensweise zur Herstellung einer Stanznietverbindung aufzuzeigen, über die auch bei nicht parallelem Verlauf der jeweils außen liegenden Oberflächen von zu verbindenden Bauteilen eine hinsichtlich erforderlichem Hinterschnitt und damit erzielbarer Festigkeit den Anforderungen entsprechende Stanznietverbindung herstellbar ist.
Erfindungsgemäß gelingt dies durch eine Verfahrensweise gemäß Patentanspruch 1. Mit Patentanspruch 2 wird ein zur Durchführung des Verfahrens besonders geeignetes Werkzeug beansprucht. Die nachfolgenden Unteransprüche bilden dieses Werkzeug in vorteilhafter Weise weiter.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung im Einzelnen erläutert. Dabei zeigen
1 ein Schliffbild einer Stanznietverbindung bei nicht parallel verlaufenden Blechbauteiloberflächen gemäß Stand der Technik,
2 ein Schliffbild einer nach der Erfindung hergestellten Stanznietverbindung,
3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein solches Werkzeug.
Gemäß Schliffbild nach 1 ist über ein in bekannter Weise und mit bekannten Werkzeugen gesetzter Stanzniet 1 eine Verbindung zweier Bauteile 2, 3, insbesondere Blechbauteile, hergestellt worden. Dabei weist im Bereich der Stanznietverbindung das eine Bauteil 2 eine einheitliche Materialdicke d1 auf, während bezüglich des anderen Bauteiles 3 eine zunehmende Änderung der Materialdicke (d₂ < d₃) vorliegt, so dass jeweils nach außen gewandte Oberflächen 4, 5 beider Bauteile 2, 3 nicht parallel verlaufen. Bei Verwendung eines Werkzeuges mit gleichachsig gerichtetem Stempel bzw. Matrize bildet sich dann eine Stanznietverbindung gemäß 1 heraus, wobei insbesondere beim Eindringen und Spreizen des Nietschaftes 6 sich im linken Bereich höherer Materialdicke d₃ des zweiten Bauteiles 3 eine nur geringfügige, der Festigkeit abträgliche Hinterschneidung herausbildet. Im rechten Bereich kann es dagegen zu übermäßiger Verformung des Stanznietes kommen, was eine erhöhte Rissgefahr im Niet bedeutet.
Eine dahingehende wesentliche Verbesserung ist unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, wie dies in 2 gezeigt ist. Bezüglich der dort gezeigten Bauteile kann auf die vorstehenden Erläuterungen verwiesen werden. Eindeutig erkennbar wird jedenfalls, dass der Nietschaft 6 über seinen gesamten Umfang innerhalb des zweiten Bauteiles 3 eine ausreichende Hinterschneidung herausgebildet hat.
Ein zur Durchführung dieses vorteilhaften Verfahrens geeignetes Werkzeug zeigt 3. Dabei sind, wie an sich bekannt, mit gemeinsamer Längsachse 7 ein hier nur strichpunktiert angedeuteter Stempel 8 und ein als Matrize 9 ausgebildetes Gegenhalterwerkzeug einander zugewandt, wobei zum Setzen des Stanznietes 1 die zu verbindenden Bauteile gemeinsam zwischen Stempel 8 und Matrize 9 positioniert werden, wonach der sich abwärts bewegende (Pfeil 10) Stempel 8 den entsprechend positionierten Stanzniet 1 in bekannter Weise in die beiden Bauteile 2, 3 eindrückt.
Erfindungsgemäß ist die Matrize 9 nun zweigeteilt, bestehend aus einem stirnseitig eines Schaftes 11.1 angeordneten Matrizengrundkörper 11 und einem darauf aufsitzenden Matrizenkopf 12, wobei die Kontaktstelle kugelkalottenförmig (Kalotte 13) ausgebildet ist. Die Krümmung der Kalotte 13 ist dabei der Gestalt gewählt, dass der Kugelmittelpunkt M an der Stelle zu liegen kommt, wo die Längsachse 7 die Matrizenkopfoberfläche 14 schneidet. In diesem Bereich befindet sich auch eine in bekannter Weise ausgebildete matrizenseitige Ausformung 15 (vgl. z. B. EP 1 078 701 B1 ), aufgrund der sich eine entsprechende Auswölbung 16 im Bauteil 3 herausbildet, wie dies in den 1 und 2 gezeigt ist.
Die Verbindung von Matrizengrundkörper 11 und Matrizenkopf 12, die gleichzeitig auch die Schwenkbewegung (Doppelpfeil 17) des Matrizenkopfes 12 ermöglicht, geschieht über drei über den Umfang (z. B. 120° zueinander versetzt) angeordnete Federklammern 18, wobei für deren Aufnahme Matrizengrundkörper 11 und Matrizenkopf 12 miteinander korrespondierende Ausnehmungen 19, 20 aufweisen, wobei in jeder Ausnehmung 19, 20 ein Zapfen 21, 22 angeordnet ist, die beide von der Federklammer 18 umgriffen werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Matrize 23 ist in 4 gezeigt. Gegenüber dem Ausführungsbeispiel 3 gleiche Bauteile/Komponenten sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass dahingehende Erläuterungen entbehrlich sind. Die Abweichung gegenüber dem vorgenannten Ausführungsbeispiel besteht nun darin, dass die Verbindung zwischen Matrizengrundkörper 24 (mit Schaft 24.1) und Matrizenkopf 25 nicht über eine Federklammer 18, sondern über einen den Bereich der Kalotte 13 überdeckenden Elastomerring 26 erfolgt, der umfangsseitig sowohl den Matrizengrundkörper 24 als auch den Matrizenkopf 25 einhüllt und mit nach innen gerichteten oberen und unteren Fortsätzen 27, 28 in entsprechend ausgeformte Nuten 29, 30 im Matrizengrundkörper 24 bzw. Matrizenkopf 25 eingreift.
Somit kann sich bei beiden Ausführungsbeispielen der Matrizenkopf 12, 25 bei einsetzender Druckbelastung aufgrund des stempelseitig beaufschlagten Stanznietes 1 selbsttätig einer schräg verlaufenden, ihm zugewandten Oberfläche 5 des Bauteiles 3 anpassen. Hierdurch wird erreicht, dass der Stanzniet 1 gleichmäßiger umgeformt wird und ausreichend Hinterschnitt erhält. Die Rissgefahr im Niet, die bei einseitiger Ausformung durch die übermäßige Verformung im Nietfußbereich auftritt, wird ebenfalls deutlich reduziert.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung mit einem einen in zu verbindende Bauteile geradlinig eindringenden Niet beaufschlagenden Stempel und einem Gegenhalterwerkzeug, wobei zumindest das Gegenhalterwerkzeug während des Fügeprozesses gegenüber der Niet-Eindringrichtung schräg gerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Schrägstellung des Gegenhalterwerkzeuges (9) aufgrund einer selbsttätigen Anpass-Schwenkbewegung desselben an den Verlauf einer dem Gegenhalterwerkzeug (9) zugewandten Bauteiloberfläche (5) ergibt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einem einen Stanzniet in die Bauteile eindrückenden Stempel und einem als Matrize ausgebildeten Gegenhalterwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize (9) aus einem Matrizengrundkörper (11) und einem darauf aufsitzenden Matrizenkopf (12) besteht, wobei die Kontaktstelle kugelkalottenförmig ausgebildet ist und Matrizengrundkörper (11) und Matrizenkopf (12) über mindestens ein, eine relative Schwenkbewegung zwischen beiden zulassendes Verbindungselement (18, 26) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung der Kalotte (13) der Gestalt gewählt ist, dass der Kugelmittelpunkt (M) an der Stelle zu liegen kommt, wo eine gemeinsame Längsachse (7) von Stempel (8) und Matrize (9) eine Matrizenkopfoberfläche (14) schneidet.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung von Matrizengrundkörper (11) und Matrizenkopf (12) über drei über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnete Federklammern (18) erfolgt, wobei für deren Aufnahme der Matrizengrundkörper (11) und der Matrizenkopf (12) miteinander korrespondierende Ausnehmungen (19, 20) aufweisen, wobei in jeder Ausnehmung (19, 20) ein Zapfen (21, 22) angeordnet ist, die beide von der Federklammer (18) umgriffen werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Matrizengrundkörper (24) und Matrizenkopf (25) über einen den Bereich der Kalotte (13) überdeckenden Elastomerring (26) erfolgt, der umfangsseitig sowohl den Matrizengrundkörper (24) als auch den Matrizenkopf (25) einhüllt und mit nach innen gerichteten oberen und unteren Fortsätzen (27, 28) in entsprechend ausgeformte Nuten (29, 30) im Matrizengrundkörper (24) und im Matrizenkopf (25) eingreift.