DE10102712A1 - Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen und Vorrichtung hierfür - Google Patents

Verfahren zum Fügen von mindestens zwei Bauteilen und Vorrichtung hierfür

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen ohne Vorloch von sich zumindest teilweise überlappenden Bauteilen, insbesondere Bleche, unter Verwendung eines Hilfsfügeteiles, wobei dieses Hilfsfügeteil durch ein Ober- und Unterwerkzeug mit einer axialen Vorschubbewegung, welcher eine Taumelbewegung des Oberwerkzeuges überlagert ist, so in die zu verbindenden Teile eingeformt wird, daß im Verbindungsbereich dieser plattenförmigen Bauteile eine unter plastischer Verformung gebildete form- und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum mechanischen Fügen von zumin­ dest teilweise übereinander angeordneten plattenförmigen Bauteilen, insbesondere von Blechen, sowie eine Vorrichtung zum Fügen von zumindest zwei plattenförmigen Bau­ teilen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrich­ tung, 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 einge­ setzt.
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 Hilfsfü­ geteil erreicht wird.
Bei beiden Verfahren wird ein Überlappungsbereich der Bauteile zwischen einem Stem­ pel und einer Matrize angeordnet. Dieser Stempel wird dann in den Fügebereich der bei­ den Bauteile mit hoher Kraft eingedrückt, wobei sich beide Bauteile plastisch verformen. Die Matrize ist dabei so ausgebildet, daß eine Verformung der beiden Bauteile im Füge­ bereich derart erfolgt, daß sich Hinterschneidungsbereiche zwischen den Bauteilen aus­ bilden. Diese Ausbildung der Hinterschneidungsbereiche wird durch eine Taumelbewe­ gung des Stempels um seine Längsachse begünstigt.
Bei Verwendung eines Hilfsfügeteiles weist dieses bereits selbst Hinterschneidungsbe­ reiche 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 Fügekraft 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 Schneidstem­ pels und wird im Fügeprozeß nicht verformt.
Beim bekannten taumelnden Stanznieten mit Halbhohlniet (DE 199 27 103) 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) wird durch den Stempel mit einer ge­ radlinigen und taumelnden Bewegung ohne Vorloch eine Hinterschneidung in die zu ver­ bindenden Bleche geformt, wobei die Gegenseite von einer Matrize geformt wird und kein Abfall entsteht.
Beim bekannten Tox-Nietclinchen (DE 199 13 695) wird ein Hilfsfügeteil mit einer gerad­ linigen Bewegung ohne Vorloch in die zu verbindenden Bleche gefügt, wobei die Gegen­ seite 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 beauf­ schlagt. 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 benö­ tigt. Diese hohen Fügekräfte stellen große Anforderungen an die Führung der Werkzeu­ ge. Aufgrund dieser hohen Werkzeug- und Werkzeuggestellbelastungen wird die An­ wendung 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 nach­ folgenden Fertigungsschritte beeinträchtigt, sowie zweitens, die matrizenseitigen Bleche oft an der Matrize klemmen mit der Folge von Matrizenverschleiß und -bruch; und drit­ tens, 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 wei­ terhin die Nachteile, daß sowohl weitreichende Koaxialitätsforderungen zwischen Stem­ pel und Matrize erfüllt werden müssen, als auch die Notwendigkeit zum Sortieren der Hilfsfügeteile bezüglich Ober- und Unterseite besteht, und somit eine aufwendige Hilfs­ fügeteilzuführung realisiert werden muß.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verfahren zum Fügen von mindes­ tens zwei Bauteilen ohne Vorloch mittels Hilfsfügeteil, insbesondere einem Taumelvoll­ niet, sowie eine Vorrichtung zum Fügen von zwei Bauteilen der eingangs genannten Art anzugeben, wodurch vor allem die beim Fügen aufzubringenden Kräfte gesenkt werden können.
Des weiteren wird beim vorliegenden Verfahren Abfall aus dem Stanzvorgang vermie­ den.
Ferner werden komplizierte Gegenwerkzeuge vermieden, bei denen es zu Blechver­ klemmungen 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.
Gemäß einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe 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 11.
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:
Fig. 1 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile vor der Herstellung der Verbindung,
Fig. 2 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile in einem Zwischenstadium wäh­ rend der Herstellung der Verbindung,
Fig. 3 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile nach der Herstellung der Ver­ bindung,
Fig. 3a Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile nach der Herstellung der Ver­ bindung bei spezieller Ausgestaltung des Niederhalters des Oberwerkzeu­ ges,
Fig. 4 Vorrichtung sowie plattenförmige Bauteile nach der Herstellung der Ver­ bindung bei spezieller Ausgestaltung des Unterwerkzeuges, und
Fig. 5 eine mögliche Ausgestaltungsform des Hilfsfügeteils.
Mit Bezug auf Fig. 1 wird ein Ausführungsbeispiel erläutert. In Fig. 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 Gegen­ werkzeug zum Oberwerkzeug auf. Beide Werkzeuge sind nur abschnittsweise, d. h. nicht vollständig dargestellt.
Zum Fügen (Verbinden) der beiden Bauteile 2, 3 ist in Fig. 1 ein Hilfsfügeteil 1, insbeson­ dere ein Taumelvollniet, gezeigt. Ein mögliches Ausführungsbeispiel dieses Vollniet ist in Fig. 5 vorgestellt. Der gezeigte Taumelvollniet zeichnet sich dadurch aus, daß erfin­ dungsgemäß nicht nur einfache Rotationssymmetrie bezüglich der Längsachse 16 vor­ liegt, sondern auch eine Spiegelsymmetrie an der mittleren Orthogonalebene zur Längs­ achse 16, was eine Vorsortierung der Nieten erübrigt.
Die Hinterschneidung an der Mantellinie des Nietes 14 durch den konkaven großen Ra­ dius ermöglicht die sichere Einbettung des Nietes in der Verbindung.
Die Übergänge 15 der Stirnseiten 13 zur Mantellinie des Nietes 14 werden durch zumin­ dest zwei Fasen beschrieben. In einer weiteren Ausgestaltungsform des Nietes wird die­ ser Übergang 15 durch eine Schleppkurve beschrieben.
Diese Schleppkurve, auch trac-trix genannt, startet mit dem bekannten tangentialen Ü­ bergang an der Mantellinie des Nietes 14 mit dem Wert X; siehe Fig. 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 ent­ sprechen.
In beiden Ausgestaltungsformen wird das plastische Fließen des verdrängten Werkstof­ fes der plattenförmigen Bauteile unterstützt.
Das Hilfsfügeteil 1 behält während des erfindungsgemäßen Fügevorganges im wesentli­ chen seine Form.
In Fig. 1 ist die Ausgangsstellung dargestellt, bei der das Hilfsfügeteil 1 in der Zeichnung oberhalb von zwei übereinanderliegenden plattenförmigen Bauteilen, insbesondere Ble­ chen 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 Längs­ achse des Stempels 6 rotationsfrei in der Öffnung 5a schwenkbar, um die erfindungsge­ mäße 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 axia­ len Vorschubbewegung überlagert sein.
Während der Stempel 6 diese Taumelbewegung ausführt, wird der Prozeßkraft eine va­ riable, 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 Flä­ che 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 ange­ bracht.
Bei allen genannten Ausführungsbeispielen eignen sich mechanische, elektromagneti­ sche oder piezo-elektrische Vorrichtungen, die bezüglich der Erzeugung der zyklischen Zusatzkraft exakt steuerbar sind.
Das Gegenwerkzeug 4 ist an der Anlagefläche der plattenförmigen Bauteile vorzugswei­ se eben ausgebildet.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird eine feste Matrize als Gegenwerkzeug ein­ gesetzt. Ein solches Ausführungsbeispiel ist in Fig. 4 gezeigt. Fig. 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 Ge­ genwerkzeug eingesetzt.
Durch die Ausnehmung der Matrize kann die durch den Werkstoffluß entstehende Wöl­ bung 8 definiert geformt und ästhetisch aufgewertet werden. Ebenso können dadurch weitere Merkmale der Fügestelle, wie beispielsweise spezielle Anschlussstücke, ausge­ bildet werden.
Außerdem besteht die Möglichkeit, durch die Geometrie der Ausnehmung den Werkstoffluß zu beeinflussen und so gezielt die Festigkeit des Fügepunktes zu optimie­ ren.
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 Stem­ pelseite der Bleche 2 erfolgen, wird der Niederhalter 5 mit einer Aussparung 12 versehen und mit einer höheren Kraft beaufschlagt.
Wie in Fig. 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.
Fig. 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 Taumel­ bewegung mit dem konstanten oder variablen Taumelwinkel 6a überlagert ist, in die Ble­ che eingedrückt. Dabei findet ein Verdrängen des Werkstoffes durch den Niet 1 statt. Eine Hinterschneidung 7 ist aber noch nicht herausgebildet worden.
In Fig. 3 ist der Endzustand des Fügevorganges abgebildet. Das Material in den Ble­ chen 2, 3 wird durch den Niet 1 derart verdrängt, daß sich eine Hinterschneidung 7 zwi­ schen 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 Verbin­ dung 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 plattenför­ migen 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 zumin­ dest 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 Vorschubbewe­ gung, welcher eine Taumelbewegung des Oberwerkzeuges überlagert ist, so in die zu verbindenden Teile eingeformt, daß im Verbindungsbereich dieser plattenförmigen Bau­ teile eine unter plastischer Verformung gebildete form- und/oder stoffschlüssige Verbin­ dung ausgebildet wird. Der Verbindungsbereich der form- und/oder stoffschlüssigen Ver­ bindung weist zumindest eine Hinterschneidung aus dem Werkstoff dieser plattenförmi­ gen Bauteilen auf.
Das Hilfsfügeteil steht zumindest im Verbindungsbereich auch nach Abschluß des Füge­ vorganges 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 wäh­ rend des ganzen Fügeprozesses oder ausschließlich während eines Teiles des Fü­ geprozesses der Vorschubbewegung überlagert.
Eine variable, von der Taumelbewegung des Stempels im Oberwerkzeug abhängige Zu­ satzkraft wird der Prozesskraft überlagert, wobei diese variable Zusatzkraft bei steigendem 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 Unterwerk­ zeug 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 entspre­ chenden Unteransprüchen dient, bestehend aus einem Oberwerkzeug, einem Unter­ werkzeug und einem Hilfsfügeteil. Gekennzeichnet ist diese Vorrichtung durch einen ei­ ne 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 Un­ terwerkzeug.
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 Stirn­ flächen 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 we­ sentlichen starr mit einem Werkzeuggestell verbunden oder beweglich gelagert.
Das Gegenwerkzeug zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft ist entweder im we­ sentlichen 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 ange­ triebene Vorrichtung gebildet.
Bezugszeichenliste
1
Hilfsfügeteil
2
Stempelseitiges Blech
3
Gegenwerkzeugseitiges Blech
4
Gegenwerkzeug
5
Niederhalter
5
a Niederhalterschräge
6
Stempel
6
a Stempelschwenkwinkel
6
b Stirnseite des Stempels
7
Hinterschneidung
8
Unteres Wölbmaß
8
a 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 (25)

1. Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden Bauteilen (2, 3), insbesondere Blechen, in einem mechanischen Fügeprozeß ohne Vorloch mit Hilfe eines Hilfsfügeteiles (1), dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfügeteil (1) durch ein Ober- und Unterwerk­ zeug (4, 5, 6) mit einer axialen Vorschubbewegung, welcher eine Taumelbewegung des Oberwerkzeuges (6) überlagert ist, so in die zu verbindenden Teile (2, 3) einge­ formt wird, daß im Verbindungsbereich dieser Bauteile (2, 3) eine unter plastischer Verformung gebildete form- und/oder stoffschlüssige Verbindung ausgebildet wird.
2. 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.
3. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfügeteil (1) zumindest im Verbindungsbereich auch nach Abschluß des Fügevorganges ausschließlich mit einer der beiden Bauteile in Kontakt steht.
4. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsfügeteil (1) während des Fügeprozesses im wesentlichen seine Form behält.
5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelbewegung eines Stempels im Oberwerkzeug (6) während des ganzen Fügeprozesses der Vorschubbewegung überlagert wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelbewegung des Stempels im Oberwerkzeug (6) nur während eines Teiles des Fügeprozesses der Vorschubbewegung überlagert wird.
7. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß einer Prozeßkraft eine variable von der Taumelbewegung des Stempels im Oberwerkzeug (6) abhängige Zusatzkraft überlagert wird, wobei die variable Zusatz­ kraft bei steigendem Taumelwinkel (6a) einen größeren Wert annehmen kann und bei abnehmenden Winkel (6a) auf einen kleineren Wert reduziert werden kann.
8. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die variable von der Taumelbewegung abhängige Kraft über das Oberwerk­ zeug (5, 6) aufgebracht wird.
9. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich­ net, daß die variable von der Taumelbewegung abhängige Kraft über das Unterwerk­ zeug (4) aufgebracht wird.
10. Verfahren gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Niederhaltekraft eines Niederhalters (5), der die zu verbindenden Bau­ teile während des Fügevorganges fixiert, frei wählbar ist, wodurch eine Beeinflussung des Werkstoffflusses in Richtung des Ober- oder Unterwerkzeuges (4, 5) ermöglicht wird.
11. Vorrichtung insbesondere zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1 mit einem Oberwerkzeug (5, 6), einem Unterwerkzeug (4) und einem Hilfsfügeteil (1), ge­ kennzeichnet durch einen eine Taumel- sowie axiale Vorschubbewegung ausfüh­ renden Stempel (6) als Bestandteil des Oberwerkzeuges im Eingriff mit einem im we­ sentlichen unverformbaren Hilfsfügeteil (1) und dem auf der gegenüberliegenden Seite der zu verbindenden Bleche (2, 3) angeordneten Unterwerkzeug.
12. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnfläche des Stempels (6b) einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der entspre­ chenden stirnseitige Fläche des Hilfsfügeteils (13) aufweist.
13. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekenn­ zeichnet, 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.
14. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Hilfsfügeteil (1) als ein Vollniet ausgeführt ist.
15. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfü­ geteil (1) aus gehärtetem Stahl gebildet ist.
16. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Niet im Mittelteil (14) konkav ausgebildet ist.
17. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Niet an zumindest einer der Stirnseiten (13) einen Übergang zum Mantel (15) aufweist, der durch eine Schleppkurve beschrieben werden kann.
18. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Niet an zumindest einer der Stirnseiten (13) einen Übergang zum Mantel (15) aufweist, der durch mindestens zwei Fasen beschrieben werden kann.
19. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Niet bezüglich einer mittigen Orthogonalebene zur Längsachse (16) symmetrisch gestaltet ist und somit eine weitere, zweite Symmetrie neben der Rotationssymmetrie aufweist.
20. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gegenwerkzeug (4) zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft im wesentlichen starr mit einem Werkzeuggestell verbunden ist.
21. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gegenwerkzeug (4) zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft beweglich gelagert ist.
22. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gegenwerkzeug (4) zur Erzeugung der notwendigen Gegenkraft im wesentlichen eben ist.
23. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gegenwerkzeug (4) eine Vertiefung mit einer Aushebeschräge aufweist.
24. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Gegenwerkzeug (4) als geteilte und beweglich gelagerte Matrize ausgeführt ist.
25. Vorrichtung gemäß zumindest einem der Ansprüche 11 bis 24, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die variable von der Taumelbewegung abhängige Zusatzkraft in Ab­ hängigkeit von der Taumellage durch eine mechanisch, elektromagnetisch oder pie­ zoelektrisch angetriebene Vorrichtung gebildet ist.
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