DE10060390A1 - Stanznietverfahren - Google Patents

Stanznietverfahren

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Stanznietverfahren, bei dem ein Stanzniet (1) mittels eines Stempels (2) durch ein erstes Material (3) hindurchgetrieben und mit einem zweiten, auf einer Matrize (4) aufliegenden Material (5) verbunden wird. Um dabei eine Verbesserung der Verbindung zu erreichen, wird der Stanzniet (1) und das auf der Matrize aufliegende Material (5) erwärmt, so daß die zur Verformung erforderliche Fügekraft erheblich vermindert werden kann. Daher können auch solche Materialien (3, 5) in einfacher Weise miteinander verbunden werden, deren Umformeigenschaften die Aufnahme hoher Fügekräfte nicht gestattet. Durch die Erwärmung kann gezielt auch eine Gefügeumwandlung und eine Schweißverbindung des Stanznietes (1) mit dem zweiten Material (5) erreicht werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Stanznietverfahren, bei dem ein Stanzniet mittels eines Stem­ pels durch ein erstes Material hindurchgetrieben und mit einem zweiten, auf einer Matrize aufliegenden Material verbunden wird.
Ein solches Verfahren ist in der Praxis durch offenkundige Vorbenutzung bekannt. Zur Verbindung der beiden Materialien wird dabei der Stanzniet durch die Materialien hin­ durchgetrieben, wozu auch entsprechende Ausnehmungen an den Materialien vorgese­ hen sein können. Die Matrize dient dabei als Widerlager des Stempels, wobei der Stanz­ niet durch die Matrize eine vorbestimmte Umformung erfährt und dadurch eine unlösbare form- und kraftschlüssige Verbindung ausbildet.
Als nachteilig bei dem genannten Verfahren hat es sich erwiesen, daß die Fügeelementausbildung im wesentlichen von den Verformungseigenschaften der Fügepartner abhängen. Die hierzu erforderliche Umformung ist daher durch die Materialeigenschaften wesentlich bestimmt, so daß die Auswahl der hierbei einsetzbaren Materialien bereits eingeschränkt ist. Weiterhin ist für eine einwandfreie Verbindung eine bestimmte Fügekraft erforderlich.
Es ist ferner durch die DE 197 26 104 A1 auch ein Verfahren zum Entfernen von Stanz­ nieten bekannt. Hierbei wird durch eine entsprechende Energiezufuhr der Berührungsbe­ reich des Stempels mit dem Stanzniet bis auf die Verschmelzungstemperatur erwärmt, wodurch der Stanzniet nach dem Abkühlen aus den Materialien schonend entfernt wer­ den kann, um so beispielsweise einzelne Karosserieteile eines Kraftfahrzeuges austau­ schen zu können.
Weiterhin sind Forschungsprojekte bekannt, die auf die Kombination verschiedener, an sich bekannter Fügeverfahren abzielt, um so zu einer weiteren Verbesserung der Eigen­ schaften zu kommen. So ist beispielsweise auf der Internetseite der Uni-Paderborn unter der Adresse: Fuegen/EinArbHy.htm eine Stanzniet-Klebeverbindung dargestellt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Möglichkeiten des Stanznietverfahrens zu erweitern.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentan­ spruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also ein Verfahren vorgesehen, bei dem der Stanzniet und die beiden Fügepartner erwärmt werden. Hierdurch gelingt es, die Materialeigenschaften auf die erforderliche Umformung derart abzustimmen, daß insbesondere auch unter Umgebungstemperatur nur eingeschränkt verformbare Materialien problemlos umgeformt werden können. Die Umformungseigenschaften des matrizenseitigen Materials werden dabei durch die Wärme verbessert, wobei beispielsweise auch eine Gefügeumwandlung erreicht werden kann. Beim Stanznietprozeß wird zugleich die hierzu erforderliche Fügekraft erheblich reduziert, so daß nahezu beliebige Materialien unabhängig von deren Formstabilität miteinander verbunden werden können, ohne daß dabei ein unerwünschter Einfluß auf die Beschaffenheit durch das Stanznieten zu befürchten ist. Zugleich können die eingesetzten Nieten vereinfacht und auf den Einsatz von komplizierten Matrizenformen kann verzichtet werden. Insbesondere können dadurch auch Materialien miteinander verbunden werden, deren Eigenschaften hinsichtlich der Stabilität wesentlich voneinander abweichen. Dabei können grundsätzliche alle Arten von Stanznieten, beispielsweise Hohl-, Halbhohl- oder Vollnieten, eingesetzt werden, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt und mit verschiedenen Beschichtungen versehen sein können.
Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auch dadurch erreicht, daß der Stanzniet zunächst durch das erste Material hindurchgetrieben und anschließend das matrizenseitige Material, beispielsweise durch Stromfluß über den Niet, erwärmt wird. Die Erwärmung dient dem Zweck der gewünschten Umformung, wobei die Erwärmung insbesondere kurzzeitig erfolgen kann, um so einen Wärmeeintrag in angrenzende Bereiche der Materialien zu minimieren.
Die Fügepartner könnten mittels eines hierfür vorgesehenen Heizelementes auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden. Eine besonders günstige Weiterbildung des Verfahrens wird auch dann erreicht, wenn der Stanzniet und die beiden Fügepartner durch einen elektrischen Stromfluß erwärmt werden. Hierdurch entfällt der Aufwand für eine zusätzliche, externe Wärmequelle, indem der Stanzniet und das matrizenseitige Material als Teil eines elektrischen Stromkreises durch den elektrischen Widerstand gezielt auf die gewünschte Temperatur erwärmt werden kann. Dabei wird zudem der großflächige Wärmeeintrag vermindert und so große Wärmeeinflüsse auf die Materialien vermieden.
Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Stromfluß von dem Stempel über den Niet in das zweite Material und die Matrize erfolgt. Hierbei erfolgt, die Zufuhr der Wärme durch eine punktuelle Widerstandserwärmung zwischen dem Stanzniet und dem matrizenseitigen Material durch den Stromfluß vom Stempel über den Stanzniet in das matrizenseitige Material in die Matrize. Dabei dienen der Stempel und die Matrize, ähnlich dem Widerstandspunktschweißen, als Elektroden. Die Erwärmung läßt sich dadurch mit vergleichsweise geringem Aufwand erreichen, wobei insbesondere auch eine Durchführung des Verfahrens auf vorhandene Serienanlagen mit Nachrüstungsaufwand realisiert werden kann.
Eine andere ebenfalls besonders vorteilhafte Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wird dadurch geschaffen, daß der Stanzniet mit einem der beiden Materialien ver­ schweißt wird. Hierdurch entsteht eine stoffschlüssige Verbindung des Stanznietes mit dem matrizenseitigen Material, wodurch in vielen Fällen die Eigenschaften der so geschaffenen Verbindung verbessert werden können. Insbesondere ist die Qualität der Verbindung dabei nicht entscheidend von der Fügekraft abhängig, sondern wird wesentlich durch den Stoffschluß zwischen dem Stanzniet und dem artgleichen Material des Fügepartners bestimmt. Daher eignet sich das Verfahren insbesondere auch für ein stempelseitiges Material, welches eine hohe Fixierkraft aufgrund seiner Materialeigenschaften nicht zuläßt.
Hierbei ist eine Abwandlung besonders praxisgerecht, wenn für das stempelseitige Material ein Kunststoff und für das matrizenseitige Material ein metallischer Werkstoff verwendet wird. Hierbei wird insbesondere die Verbindung eines Kunststoffmaterials mit einer großen Materialstärke mit einem vergleichsweise dünnen Aluminiummaterial, was nach dem Stand der Technik mit den bekannten Verfahren nicht möglich ist, aufgrund des Stoffschlusses ermöglicht. Dabei wird eine dem Punktschweißen vergleichbare Verbindung auch bei Verwendung eines nicht-leitenden Materials realisierbar. Hierbei wird der Kunststoff durch den Niet gehalten, der mit dem dünnen Aluminiumblech verschweißt ist.
Eine andere ebenfalls besonders einfache Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfah­ ren wird auch dadurch geschaffen, daß durch die Erwärmung des Stanznietes ein Ab­ schnitt des ersten Materials punktuell über seine Erweichungstemperatur erwärmt wird. Hierdurch kann der Stanzniet mit geringem Widerstand durch das erste Material hindurchgetrieben werden. Der Aufwand und die Auslegung der Anlagentechnik zur Durchführung des Verfahrens, hinsichtlich hoher Fügekräfte, kann dadurch erheblich verringert werden, wobei insbesondere eine flexiblere Positionierung ermöglicht wird.
Die Erfindung läßt zahlreiche Ausgestaltungen zu. Auch alle bekannten Nietformen und -materialien sowie Nietoberflächen können verwendet werden. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 eine der in Fig. 1 entsprechende Anordnung, bei der durch das Verfahren zu­ sätzlich eine Schweißverbindung erzeugt wird.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher ein Stanzniet 1 mittels eines Stempels 2 durch ein erstes Material 3 hindurchge­ trieben und mit einem zweiten, auf einer Matrize 4 aufliegenden Material 5 verbunden wird. Dabei werden alle beteiligten Fügepartner durch einen elektrischen Widerstand durch anlegen eines Stromflusses erwärmt, sobald der Stanzniet 1 durch das erste Material 3 hindurchgetrieben wird und auf dem zweiten Material 5 aufliegt. Durch die Erwärmung werden die Umformungseigenschaften des matrizenseitigen Materials 5 wesentlich verbessert, so daß auch solche Materialien 3, 5 eingesetzt werden können, die zur Aufnahme hoher Fügekräfte ungeeignet sind.
Fig. 2 zeigt eine der Fig. 1 entsprechende Anordnung, bei der zusätzlich eine Schweißverbindung 6 erzeugt. Dieser durch eine Schweißlinse 7 erreichte Stoffschluß ermöglicht so die Verbindung auch solcher Materialien 3, 5, die lediglich gegenüber einer geringen Fügekraft unempfindlich sind. So kann das Material 3 beispielsweise ein nicht­ leitender Werkstoff, wie beispielsweise ein weicher Kunststoff sein, welcher mit bekann­ ten Verfahren weder durch Punktschweißen, noch durch Stanznieten mit dem zweiten Material 5 verbunden werden kann. Der Stoffschluß stellt somit eine dauerhafte und hochbelastbare Fixierung dar, bei der insbesondere das erste Material 3 annähernd be­ liebige Eigenschaften aufweisen kann.
BEZUGSZEICHENLISTE
1
Stanzniet
2
Stempel
3
Material
4
Matrize
5
Material
6
Schweißverbindung
7
Schweißlinse

Claims (7)

1. Stanznietverfahren, bei dem ein Stanzniet mittels eines Stempels durch ein erstes Material hindurchgetrieben und mit einem zweiten, auf einer Matrize aufliegenden Material verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Stanzniet und die beiden Fügepartner erwärmt werden.
2. Stanznietverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stanzniet zunächst durch das erste Material hindurchgetrieben und anschließend das matrizenseitige Material punktuell erwärmt wird.
3. Stanznietverfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stanzniet und die beiden Fügepartner durch einen elektrischen Stromfluß erwärmt werden.
4. Stanznietverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromfluß von dem Stempel über den Niet in das zweite Material und die Matrize erfolgt.
5. Stanznietverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Stanzniet mit einem der beiden Materialien ver­ schweißt wird.
6. Stanznietverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß für das stempelseitige Material ein Kunststoff und für das matrizenseitige Material ein metallischer Werkstoff verwendet wird.
7. Stanznietverfahren nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß durch die Erwärmung des Stanznietes ein Abschnitt des ersten Materials über seine Erweichungstemperatur erwärmt wird.
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