DE102007050069B3 - Punch rivet connection producing method, involves directing holding-up hammer tool i.e. punching tool, in inclined manner during joining process, where inclined position of tool results due to automatic adaptive-swivel movement of tool - Google Patents

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Abstract

The method involves directing a holding-up hammer tool i.e. punching tool, in an inclined manner opposite to a penetration direction of a punch rivet (1) during a joining process. The inclined position of the holding-up hammer tool is effected due to the automatic adaptive-swivel movement of the holding-up hammer tool in the course of a component surface (5) that faces the holding-up hammer tool. A punching tool base and a punching tool head are connected with each other by a connecting unit. An independent claim is also included for a device for executing a method for producing a punch rivet connection.

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.The The invention relates to a method of making a riveted joint with a straight into a components to be connected penetrating Riveting punch and a counter tool, wherein at least the anvil tool during the joining process against the Rivet penetration direction at an angle is directed.

Sogenannte Stanznietverbindungen weisen heutzutage vielfältige Anwendungsmöglichkeiten auf. Sie werden beispielsweise auch im Bereich der Fahrzeugtechnik verwendet, wo auf diese Weise Karosseriebleche miteinander verbunden werden.So-called Punch rivet joints today have a variety of applications. They are also used in the field of automotive engineering, for example. where in this way body panels are joined together.

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.The documents EP 0 129 358 A1 . EP 0 720 695 B1 and WO 94/14554 A1 describe such connection technologies, wherein the alignment of the punch and counter-tool (die) is identical and also coincides with the penetration direction of the rivet into the joining partners.

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.A pertinent deviation in punch riveting using semi-hollow or solid rivets for the mechanical joining of superimposed, plate-shaped joining partners, in particular sheets, describes the generic DE 199 27 103 A1 , There, the goal is pursued to reduce the forces occurring during punch riveting, so that the fields of application with respect to high-strength materials and the accessibility of Nietsetzvorrichtungen for large components are substantially expandable. For this purpose, the upper and / or the part of the lower tool is subjected to a tumbling additional movement in the radial and / or tangential direction during the riveting before reaching the increased force increase in the force-displacement curve.

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.The tumbling rivets or a clinching, in which at least one of the tool parts involved performs a wobbling motion is also by DE 101 40 989 C2 . DE 199 29 778 B4 . DE 198 40 780 B4 known. With the DE 20 005 013 569 U1 a riveting for riveting or point rivets is proposed, which simplifies the execution of riveting in spatially complex components. For this purpose, the tool head is guided adjustably on the machine frame by means of a hexapod comprising six drive struts.

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.When punching rivets of components in which at least one joining part has one or more flanges of variable thickness, for. B. at Ausformschrägen to castings, the punch rivet is formed asymmetrically during the setting process. Such rivet joints often have too great a deformation on the rivet shank, as well as a one-sided and partially too small undercut in the die-side material (see FIG. 1 ) and are therefore actually not useful, because it also suffers the strength of the riveted joint considerably.

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.From Therefore, the invention is based on the object, a procedure for producing a punched rivet connection, via which even with non-parallel course of the respective outer surfaces of to be connected components with regard to required undercut and thus achievable strength according to the requirements Punch rivet connection can be produced.

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.According to the invention succeeds this by a procedure according to claim 1. With claim 2 will be one to carry the method claimed particularly suitable tool. The following under claims form this tool in an advantageous manner on.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung im Einzelnen erläutert. Dabei zeigenThe Invention is described below with reference to the accompanying drawings explained in detail. Show

1 ein Schliffbild einer Stanznietverbindung bei nicht parallel verlaufenden Blechbauteiloberflächen gemäß Stand der Technik, 1 a microsection of a punched rivet connection in non-parallel sheet metal component surfaces according to the prior art,

2 ein Schliffbild einer nach der Erfindung hergestellten Stanznietverbindung, 2 a microsection of a punched rivet connection produced according to the invention,

3 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Werkzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und 3 a first embodiment of a tool for carrying out the method according to the invention and

4 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein solches Werkzeug. 4 another embodiment of such a tool.

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.According to microsection after 1 is about a set in a known manner and with known tools punch rivet 1 a connection between two components 2 . 3 , in particular sheet metal components, produced. In the area of the punched rivet connection, this has one component 2 a uniform material thickness d1, while respect to the other component 3 there is an increasing change in the material thickness (d 2 <d 3 ), so that each outwardly facing surfaces 4 . 5 both components 2 . 3 not parallel. When using a tool with coaxially directed punch or die then forms a punched rivet according to 1 out, in particular during penetration and spreading of the rivet shank 6 in the left region of higher material thickness d 3 of the second component 3 a minor, the strength-detrimental undercut forms. In the right area, however, excessive deformation of the punch rivet may occur, which means an increased risk of cracking in the rivet.

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.A significant improvement tion is possible using the method according to the invention, as in 2 is shown. With regard to the components shown there, reference may be made to the above explanations. At any rate, it is clearly recognizable that the rivet 6 over its entire circumference within the second component 3 has developed a sufficient undercut.

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.A suitable for performing this advantageous method tool shows 3 , In this case, as is known, with a common longitudinal axis 7 a here only dash-dotted lines indicated stamp 8th and one as a template 9 trained Gegenhalterwerkzeug facing each other, wherein for setting the punch rivet 1 the components to be connected together between stamp 8th and die 9 be positioned, after which the downwards moving (arrow 10 ) Stamp 8th the correspondingly positioned punch rivet 1 in a known manner in the two components 2 . 3 presses.

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.According to the invention, the die 9 now divided into two, consisting of a front side of a shaft 11.1 arranged Matrizengrundkörper 11 and a die top sitting thereon 12 , wherein the contact point spherical cap (calotte 13 ) is trained. The curvature of the calotte 13 is chosen the shape that the ball center M comes to rest at the point where the longitudinal axis 7 the die head surface 14 cuts. In this area is also formed in a known manner formed on the mold side molding 15 (see eg. EP 1 078 701 B1 ), due to a corresponding bulge 16 in the component 3 forms, as in the 1 and 2 is shown.

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.The connection of Matrizengrundkörper 11 and die head 12 , at the same time the pivoting movement (double arrow 17 ) of the die head 12 allows, via three over the circumference (for example, 120 ° offset from each other) arranged spring clips 18 , Wherein Matrizengrundkörper for their inclusion 11 and die head 12 mutually corresponding recesses 19 . 20 have, wherein in each recess 19 . 20 a cone 21 . 22 is arranged, both of the spring clip 18 be seized.

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.Another embodiment of a die according to the invention 23 is in 4 shown. Compared to the embodiment 3 the same components / components are provided with the same reference numerals, so that the explanations are unnecessary. The deviation from the aforementioned embodiment is now that the connection between Matrizengrundkörper 24 (with shank 24.1 ) and die head 25 not a spring clip 18 but over one the area of the dome 13 covering elastomeric ring 26 takes place, the circumference both the Matrizengrundkörper 24 as well as the die head 25 wrapped and with inwardly directed upper and lower processes 27 . 28 in correspondingly shaped grooves 29 . 30 in the matrix body 24 or die head 25 intervenes.

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.Thus, in both embodiments, the die head 12 . 25 at onset of pressure due to the punch rivet acted on the punch side 1 automatically a sloping, facing him surface 5 of the component 3 to adjust. This ensures that the punch rivet 1 is uniformly transformed and receives enough undercut. The risk of cracking in the rivet, which occurs in one-sided formation due to the excessive deformation in the Nietfußbereich is also significantly reduced.

Claims (5)

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.Method for producing a stamped rivet connection with a ram acting on a rivet to be connected in a straight line and a counter-holding tool, wherein at least the counter-holding tool is directed obliquely relative to the rivet penetration direction during the joining process, characterized in that the inclined position of the counter-holding tool ( 9 ) due to an automatic fitting pivoting movement of the same to the course of a counter-holding tool ( 9 ) facing component surface ( 5 ). 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.Device for carrying out the method according to claim 1, consisting of a ram punching into the components punch and formed as a die counter tool, characterized in that the die ( 9 ) from a Matrizengrundkörper ( 11 ) and a Matrizenenkopf ( 12 ), wherein the contact point is formed spherical cap-shaped and Matrizengrundkörper ( 11 ) and die head ( 12 ) via at least one, a relative pivotal movement between the two permitting connecting element ( 18 . 26 ) are interconnected. 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.Device according to claim 2, characterized in that the curvature of the calotte ( 13 ) the shape is chosen so that the ball center (M) comes to rest at the point where a common longitudinal axis ( 7 ) of stamp ( 8th ) and die ( 9 ) a die head surface ( 14 ) cuts. 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.Device according to Claim 2, characterized in that the connection of matrix base body ( 11 ) and die head ( 12 ) over three distributed over the circumference evenly distributed spring clips ( 18 ) takes place, wherein for the reception of the Matrizengrundkörper ( 11 ) and the matrices head ( 12 ) corresponding recesses ( 19 . 20 ), wherein in each recess ( 19 . 20 ) a pin ( 21 . 22 ), both from the spring clip ( 18 ) are embraced. 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.Device according to Claim 2, characterized in that the connection between the matrix base body ( 24 ) and die head ( 25 ) over a portion of the calotte ( 13 ) covering elastomer ring ( 26 ), the circumference of both the Matrizengrundkörper ( 24 ) as well as the die head ( 25 ) and with inwardly directed upper and lower appendages ( 27 . 28 ) in correspondingly shaped grooves ( 29 . 30 ) in the matrix base body ( 24 ) and in the die head ( 25 ) intervenes.
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