DE19701252C2 - Verfahren und Verbindungsmittel zum Fügen von Blechen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung, bei der ein Fügedorn unmittelbar in zu verbindende Bleche eingepreßt wird, während diese auf der dem Fügedorn entgegengesetzten Seite mit einer zu diesem konzentrischen Matrize abgestützt werden, so daß die Bleche durch den Fügedorn sacklochartig vertieft eingedrückt werden und der so ausgebildete Sack des fügedornseitigen Bleches in einem Sackloch des matrizenseitigen Bleches kraft- und formschlüssig verankert steckt.

Ein derartiges sogenanntes Durchsetzfügeverfahren ist aus der DE 36 13 324 A1 bekannt. Dieses Verfahren ist auf gewöhnlichen Nietmaschinen nur für sehr dünne Bleche ausführbar.

Insbesondere ist dazu aus: Innovative Fügetechniken für Leichtbaukonstruktion, 1996, ISBN3-9805447-0-2, O. Hahn et al. S. 33-37 bekannt, daß das Stanznieten von 1 mm Blechen des Materials ZSTE 420 Kräfte von 74 kN erfordert, die mit gewöhnlichen Nietmaschinen nicht erreichbar sind. Weiterhin ist dort das nietlose zweiseitige Durchsetzfügen dargestellt, das ebenfalls relativ hohe Presskräfte am Durchsetzstempel unter weitgehender Vermeidung von Winkel- und Seitenversatz des Stempels beim Einbringen erfordert.

Die Erfindung bezieht sich auch auf das Stanznietverfahren, das gem. vorstehendem auch nur beschränkt einsetzbar ist. Es handelt sich dabei um ein Verfahren zum Herstellen einer Stanznietverbindung, bei der mit einem Fügedorn ein Stanzniet mit einem Sackloch ausgebildet wird, der mit seiner offenen Seite auf zu verbindende Bleche aufgesetzt in diese ringförmig divergierend und eines der Bleche durchsetzend eingepreßt wird, während diese auf der dem Fügedorn entgegengesetzten Seite mit einer zu diesem konzentrischen Matrize abgestützt werden, so daß die Bleche durch den Stanzniet und unmittelbar verbunden werden.

Ein derartiges Verfahren ist aus de DE 43 33 052 A1 bekannt.

Weiterhin ist aus der DE 23 34 385 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem mit einem Bolzenschußgerät eine Blindnietung ohne ein Vorbohren oder Vorstanzen vorgenommen wird, indem ein Nietbolzen, der einen gehärteten nagelartigen Spitzkopf trägt und dahinter eine Verjüngung aufweist, auf die ein Hohlniet aufgeschoben ist, mit der Schußenergie durch die zu verbindenden Bleche getrieben wird, bis der Hohlniet mit einem Setzkopf daran anschlägt, wonach, während der Setzkopf niedergehalten wird, der Nietbolzen mit einer Rückzugskraft beaufschlagt wird, wodurch dessen Kopfhinterseite den beim Durchstoßen aufgewölbten Blechwulst zusammenpreßt und ggf. den Hohlniet an seinem über den Blechwulst hindurchragenden Hülsenbereich zu einem Schließkopf aufspreizt, und bei anhaltender Rückzugskraft der Setzkopf als ein Schließring an dem Nietbolzen verstemmt wird, der dann gewöhnlich an einer Sollbruchstelle abgebrochen wird, so daß der Teil des Nietbolzens, der den Spitzkopf trägt, fest im Hohlniet als permanentes Zugelement stecken bleibt. Dieses Verfahren erfordert ein relativ aufwendiges Werkzeug, da eine Richtungsumkehr der auf den Nietbolzen einwirkenden Kräfte vorgenommen werden muß und bei anhaltender axialer Zugspannung ein radiales Verstemmen des Setzkopfes zu einem Schließring vorgenommen wird. Weiterhin geht ein Teil des Nietbolzens nach dem Abbruch verloren und muß entsorgt und aus dem Werkzeug entfernt werden. Besonders nachteilig ist, daß der Spitzkopf die Bleche am Einschuß und am Austritt durch die Materialverdrängung aufreißt und aufwölbt, weshalb nur bei relativ kleinem Kopfdurchmesser eine brauchbare Nietqualität erreicht werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, das eingangs bezeichnete Durchsetzfügeverfahren sowie das beschriebene Stanznietverfahren für dickere und zähere Bleche mit schwer zugänglicher Rückseite einsetzbar zu machen.

Die Lösung besteht darin, daß der Fügedorn mit dem Bolzen oder Stanzniet eines Bolzenschußgerätes in die Bleche vorgetrieben wird, wobei während des Stoßes des Schusses die Matrize mit einem Gegenhalter durch deren träge Masse einen Gegenhalt bieten ebenso wie die träge Masse des Bolzenschußgerätes währenddessen einen Rückhalt gewährt.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und der Verbindungsmittel sind in Unter- und Nebenansprüchen angegeben.

Es hat sich gezeigt, daß beim Eindringen einer stumpfen Kreis- oder Ringfläche eines Nietes oder eines Nietdorns in die Bleche mit der hohen Geschwindigkeit und dem hohen Impuls eines Schusses diese Bleche kreisförmig gelocht werden und einschußseitig praktisch kein Aufwölben und Einreißen des Bleches auftritt und je nach der Größe der Stoßenergie eine eng begrenzte Sacklochbildung erfolgt.

In einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens wird ganz auf einen Niet verzichtet und das Schußverfahren mit den Durchsetzfügen verknüpft, bei dem der stumpfe Stoßbolzen in beide Bleche Sacklöcher einbringt, wobei der innere Sack sich im äußeren Sackloch verankert.

In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird das Einschießen mit dem an sich bekannten Stanznietverfahren verknüpft. Hierbei treibt der Stoßbolzen den Niet selbst in die Bleche; auf einen Nietdorn wird verzichtet. Der außen etwa zylindrische Hohlnietschaft durchschneidet beim Einschießen mit seinem Ringrand, der vorzugsweise außenrandseitig angeschärft ist, die Bleche und wird dabei aufgespreizt. Der geschlossene Setzkopf dichtet die Nietstelle ab. Je nach der Länge der Niethülse im Verhältnis zu der Gesamtdicke der Bleche in Verbindung mit der Verformbarkeit der Bleche, werden beide Bleche durchstanzt oder wird nur ein Blech durchstoßen und an dem anderen ein hinterschnittenes Sackloch ausgebildet, in dem die Niethülse durch den Stoß des Schusses infolge seiner vorzugsweise leicht zur Frontseite hin divergierenden Geometrie sich erweitert und dabei darin verankert.

Bei den beiden zuletzt beschriebenen Verfahren, die mit konventionellen langsamen Stoßbolzen als zweiseitige Verfahren also in Verbindung mit einer Matrize bekannt sind, bringt die Anwendung des Schußverfahrens den großen Vorteil, daß das Schußwerkzeug in der kurzen Zeit des Schusses praktisch keinen Lateralversatz oder Winkelversatz bildet, die bei den üblichen C-Bügel-Nietmaschienen wegen der sehr hohen Kräfte, die konventionell notwendig sind, stets auftreten und zu Qualitätseinbußen an der Nietstelle führen.

Dieser Vorteil des Einschußverfahrens, daß keine Versetzungen des Nietwerkzeuges zur Nietstelle auftreten, ist so gravierend, daß die Verwendung des Schußverfahrens zum Eintreiben des Nietes oder zum Durchsetzfügeverfahren, also bei den zweiseitigen Fügeverfahren, die eine Gegenmatrize erfordern, vorteilhaft ausgenutzt wird. Das Schußgerät kann dann an einem C-Bügelhalter oder auch ohne starre Verbindung koaxial zur Matrize im Gegenhalter angeordnet werden, da die träge Masse des Schußgerätes während des Stoßes des Schusses für die Abstützung genügt ebenso wie die träge Masse der Matrize und des Gegenhalters, dabei den nötigen Halt bieten.

Ein weiterer Vorteil des Schußverfahrens ist die hohe Arbeitsgeschwindigkeit, die erreichbar ist, weil der Nietstößel praktisch reibungslos zurückzuziehen und in seine Ausgangsstellung zu bringen ist. Weiterhin lassen sich die Niete ohne großen apparativen Aufwand gegurtet zuführen.

Die Schußvorrichtung kann mit handelsüblichen Kartuschen beschickt werden oder vorzugsweise mit einem Luft-Gasgemisch gespeisten Linear-Explosionsmotor betrieben werden, was insbesondere die Automatisierung bei universellem Einsatz des Schußgerätes mit unterschiedlichen Nieten und Blechen stark vereinfacht, da der Gasmotor eine exakte Dosierung und fortlaufende Regelung der Schußstärke ermöglicht und äußerst kostengünstig im Betrieb ist.

Anhand der Fig. 1 bis 5 werden die Verfahrensschritte und Fügeelemente dargestellt.

Fig. 1 zeigt eine Stanznietung in Stahlblechen;

Fig. 2 zeigt eine Stanznietung in Leichtmetallblechen;

Fig. 3 Zeigt eine Durchsetzfügung;

Fig. 4 zeigt schematisch eine C-Bügel-Presse bei konventionellem Nieten;

Fig. 5 zeigt einen Nietdornfrontabschnitt.

Fig. 1 zeigt ein nach dem neuen Verfahren mit einem Schußgerät ausgeführte Stanznietung im Querschnitt, wobei mit einem Stanzniet H5 der Abmessungen 5,2 × 5 mm der Niethärte 480 HV zwei Stahlbleche BE, BA von der Stärke s = 1 mm und des Materials ZStE 420 im Schußverfahren vernietet worden sind. Man sieht daß die ringförmige Frontseite FR des mit einem Sackloch ausgebildeten Nietes H5 auseinandergespreizt ist und einen Rückhalt in den Blechen BE und BA bildet, von denen das einschußseitige Blech BE durchschossen ist und das andere Blech BA divergierend aufgeweitet ist.

Fig. 2 zeigt eine mit dem neuartigen Einschußverfahren ausgeführte Stanznietung mit einem Stanzniet H6 der Abmessungen 5,2 × 11 mm der Niethärte 480 HV in zwei Blechen BE, BA der Stärke s = 3 mm aus dem Material AlMgSi 0,5 im Schnitt. Es wurde ein Niet gewählt, der nur in seinem unteren Drittel bis in die untere Hälfte sacklochartig hohl ist. Die Schnitte Fig. 1 und 2 zeigen, daß die Nietverbindungen vollständig axial symmetrisch ausgebildet sind, was ein Merkmal ihrer Qualität darstellt.

Fig. 4 zeigt eine konventionelle C-Bügel-Presse schematisch dargestellt und in der Vergrößerung daneben den Winkelversatz a und den Seitenversatz x, der während der langen Krafteinwirkung eines konventionellen Antriebes auftreten kann und zu einer Unsymmetrie der Nietung führt.

Fig. 3 zeigt einen vergrößerten Querschnitt einer Fügeverbindung, die nach dem Einschußverfahren ausgeführt wurde indem sie durch einen eingeschossenen Fügedorn DF mit ebener Frontfläche FR in den Blechen BE, BA erzeugt worden ist. Das einschußseitige Blech BE ist als ein Sackloch SE vertieft und greift mit seiner Außenseite in das umhüllende Sackloch SA des weiteren Bleches BA.

Die gezeigten mit dem Einschußverfahren ausgeführten Stanznietungen und das mit dem Einschuß des Stempels ausgeführte nietfreie Fügeverfahren lassen sich auch bei größeren Nietquerschnitten vorteilhaft mit der rückseitigen Matrize M durchführen, die entweder in einem C-Bügelgerät C, gem. Fig. 4, oder anderweitig gegenüber dem Fügedorn DF oder dem Schußbolzen B und dem Niet H5 zentriert angeordnet ist.

Die Frontseite FK des Fügedorns DF ist entweder stumpf eben oder konkav oder konkav und mit einer Zentrierspitze Z, gemäß Fig. 5, ausgebildet. In dem C-Bügelhalter C Fig. 4 ist das Bolzenschußgerät SG angeordnet, um den Seitenversatz x und den Winkelversatz a zu vermeiden.

Claims (4)

1. Verfahren zum Herstellen einer Fügeverbindung, bei der ein Fügedorn (DF) unmittelbar in zu verbindende Bleche (BE, BA) eingepreßt wird, während diese auf der dem Füge­ dorn (DF) entgegengesetzten Seite mit einer zu diesem kon­ zentrischen Matrize (M) abgestützt werden, so daß die Ble­ che (BE, BA) durch den Fügedorn (DF) sacklochartig ver­ tieft eingedrückt werden und der so ausgebildete Sack (SE) des fügedornseitigen Bleches (BE) in einem Sackloch (SA) des matrizenseitigen Bleches (BA) kraft- und formschlüssig verankert steckt, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügedorn (DF) mit dem Bol­ zen (B) eines Bolzenschußgerätes (SG) in die Bleche (BE, BA) vorgetrieben wird, wobei während des Stoßes des Schus­ ses die Matrize (M) mit einem Gegenhalter durch deren trä­ ge Masse einen Gegenhalt bieten ebenso wie die träge Masse des Bolzenschußgerätes (SG) währenddessen einen Rückhalt gewährt.

2. Verfahren zum Herstellen einer Stanznietverbindung, bei der mit einem Fügedorn (DF) ein Stanzniet (H5, H6) mit einem Sackloch mit seiner offenen Seite auf zu verbindende Bleche (BE, BA) aufgesetzt in diese ringförmig divergierend und eines der Bleche (BE) durchsetzend eingepreßt wird, während diese auf der dem Fügedorn (DF) entgegengesetzten Seite mit einer zu diesem konzentrischen Matrize (M) abgestützt werden, so daß die Bleche (BE, BA) durch den Stanzniet (H5, H6) und unmittelbar verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Fügedorn (DF) zusammen mit dem Stanzniet (H5, H6) mit dem Bolzen (B) eines Bolzenschußgerätes (SG) in die Bleche (BE, BA) vorgetrieben wird, wobei während des Stoßes des Schusses die Matrize (M) mit einem Gegenhalter durch deren träge Masse einen Gegenhalt bieten ebenso wie die träge Masse des Bolzenschußgerätes (SG) währenddessen einen Rückhalt gewährt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bolzenschußgerät (SG) und die Matrize (M) an einem gewöhnlichen C-Bügelhalter (C) angeordnet sind.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß das Bolzenschußgerät (SG) mit einem gasgespeisten Linear-Explosionsmotor betrieben wird, der über eine Dosiervorrichtung mit einem Gasgemisch ge­ speist wird.