DE102012104982A1 - Verfahren zum mechanischen Fügen von mindestens einem unteren und einem oberen Formteil - Google Patents

Verfahren zum mechanischen Fügen von mindestens einem unteren und einem oberen Formteil Download PDF

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum mechanischen Fügen von mindestens einem unteren und einem oberen Formteil (9, 8) mittels eines Hilfsfügeteils (1), wobei in dem oder unter dem unteren Formteil (9) in einem Fügebereich ein Schließblech (11) angebracht ist, in dem mit dem Hilfsfügeteil (1) eine Verbindung erzeugt wird.

Description

  • Die Erfindung beschreibt ein Verfahren zum mechanischen Fügen von mindestens einem unteren und einem oberen Formteil mittels eines Hilfsfügeteils.
  • In der Massenproduktion von Produkten wie Autos werden lang bewährte Fügeverfahren wie Nieten oder Schrauben eingesetzt. Es kommen aber in zunehmenden Maße Materialien wie Faserwerkstoffe zum Einsatz, in denen sich Verbinder, wie Nieten oder Schrauben, allein nicht festsetzen können. Dann kommen Nieten mit einem Schließring oder Schrauben mit einer Schraubmutter zum Einsatz. Die Handhabung von Schließringen oder Schraubmuttern ist in einer Massenproduktion aber aufwendig und fehlerträchtig.
  • So ist in der Patentanmeldung DE 10 2009 044 888.8 ein Verfahren zum Stanznieten von Formteilen offenbart. Dieses Verfahren arbeitet mit Stanznieten, die eine Ringnut besitzen, in die Material der Formteile eingepresst wird. Wenn das Material der Formteile nicht zum Einpressen in die Ringnut geeignet ist, ist dieses Verfahren nicht einsetzbar.
  • In der Patentschrift DE 10 2010 000 500 B1 ist ein Verfahren zum Fügen von Formteilen aus verschiedenen Materialien mittels eines Stanzniets beschrieben, bei dem ein Schließring für das Festsetzen der Verbindung sorgt. Hier muss für jeden Fügevorgang ein Schließring in eine Matrize eingelegt werden.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zum Fügen von Formteilen anzugeben, bei dem die Fügeverbindung auch bei Materialien durchführbar ist, in denen sich ein Hilfsfügeteil nicht allein festsetzen kann.
  • Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Das Verfahren zum mechanischen Fügen ist zum Verbinden von mindestens einem unteren und einem oberen Formteil mittels eines Hilfsfügeteils vorgesehen. Das Hilfsfügeteil ist dabei ein Niet, eine Schraube, ein Bolzen, ein Schweißelement oder ein ähnliches Verbindungselement. Die Verbindung durch das Hilfsfügeteil wird mittels eines Schließblechs erzeugt, das in dem oder unter dem unteren Formteil in dem vorgesehenen Fügebereich angebracht ist. Das Hilfsfügeteil verbindet sich mit dem Schließblech, das wiederum mit dem unteren Formteil verbunden ist. Das Schließblech kommt bei diesem Verfahren mit dem unteren Formteil mit und muss nicht während des Fügens zusätzlich zugeführt werden, was bei herkömmlichen Verfahren zu zusätzlichem Aufwand und zu Fehlern in der Massenproduktion führt.
  • Bei einer auf diese Weise hergestellten Verbindung der Formteile kommt es nicht auf die Materialeigenschaften der Formteile an. Somit ist es auch bei Formteilen einsetzbar, die sich nicht direkt mit dem Hilfsfügeteil verbinden lassen oder bei denen eine Verbindung nicht langzeitstabil wäre. Solche Formteile können aus Metall, aus Faserverbundwerkstoffen, aus Kunststoffen oder aus Kombinationen dieser Werkstoffe bestehen.
  • In einer einfachen Ausführungsform des Verfahrens wird das Schließblech vor dem Fügen in dem Fügebereich auf das untere Formteil aufgeklebt. Dabei kann es auch durch zusätzliche Hilfsfügeteile, wie Schrauben oder Nieten, fixiert sein.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird das Schließblech schon beim Herstellungsprozess des unteren Formteils in dem Fügebereich mit diesem verbunden. So kann ein Schließblech auf einen Faserverbundwerkstoff aufgeschweißt sein. Das Schließblech kann auch in das Formteil eingearbeitet sein, etwa als Einlegeteil beim Spritzen oder Gießen eines Kunststoffformteils.
  • Das Schließblech ist vorteilhaft aus einem duktilen Metall oder aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt. Ein solches Material umfasst das Hilfsfügeteil ohne Probleme und lässt sich preiswert und einfach einsetzen.
  • Falls für das Fügen eine Schraube vorgesehen ist, wird diese vorteilhaft als selbstschneidende Schraube gewählt.
  • Falls für das Fügen ein Niet vorgesehen ist, wird dieser vorteilhaft als Stanzniet gewählt. Durch die Wahl solcher Hilfsfügeteile entfallen zusätzlich Arbeitsgänge. Im Falle anderer Hilfsfügeteile werden die Formteile in den Fügebereichen und/oder das Schließblech schon vorgelocht. Auch dann ist ein einfaches Fügen möglich.
  • Eine besonders feste Verbindung wird erreicht, wenn das Hilfsfügeteil mit einer Ringnut versehen ist, in die sich das Material des Schließblechs beim Fügen hineindrückt.
  • Die Festigkeit der Verbindung kann weiter erhöht werden, wenn das Schließblech in dem Fügebereich eine vergrößerte Materialdicke aufweist. Dann wirken größere Kräfte an dem Hilfsfügeteil, auch wenn nur wenig mehr Material eingesetzt wird. Das Material für das Schließblech kann weiter verringert werden, wenn mehrere Fügebereiche auf einem Schließblech zusammengefasst sind und zwischen den Fügebereichen Aussparungen vorgesehen sind.
  • Bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren zum mechanischen Fügen kann das Hilfsfügeteil quasistatisch, impulsartig oder oszillierend eingebracht werden. Einschränkungen bei den Einbringverfahren bestehen nicht.
  • In den Figuren ist das Verfahren mit seinen Komponenten beispielhaft dargestellt. Es zeigen:
  • 1 einen Schnitt durch Formteile die mittels eines Nagels verbunden sind;
  • 2 einen Schnitt durch Formteile vor dem Fügen mittels eines Niets;
  • 3 den Schnitt durch die Formteile nach dem Fügen;
  • 4 ein einfaches Schließblech in Draufsicht und im Schnitt;
  • 5 ein verbundenes Schließblech mit Verdickungen;
  • 6 einen Schnitt durch Formteile, die mittels einer Schraube verbunden sind.
  • 1 zeigt den Schnitt durch das obere Formteil 8 und das untere Formteil 9, die mittels eines Nagels 1 verbunden sind. An dem unteren Formteil 9 ist das Schließblech 11 mittels der Klebefläche 10 vor dem Verbinden befestigt worden.
  • Der Nagel 1 ist durch die Formteile 8,9 und durch das Schließblech 11 getrieben. Dabei entsteht eine Ausformung 14 aus dem Schließblech 11, die sich um den Nagel 1 presst und ihm dort einen Halt gibt.
  • In 2 und 3 sind die Schritte zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen einem oberen Formteil 8 und einem unteren Formteil 9 dargestellt. Die Formteile liegen zwischen der Matrize 7 und dem Pressstempel 6 mit seinem Niederhalter 2. Der Niet 1, hier als Stanzniet mit einem breiten Flachkopf dargestellt, ist in dem Niederhalter 2 geführt. Der Niet 1 weist an seinem Schaft eine Ringnut 5 auf. Unter dem unteren Formteil 9 ist das Schließblech 11 mittels der Klebeschicht 10 befestigt. Das Schließblech 11 weist eine Verdickung 3 auf, die in der Matrize 7 geführt ist. Im nächsten Schritt gemäß 3 wird der Pressstempel 6 mit dem Stanzniet 1 bis auf die Oberfläche des oberen Formteils 8 heruntergefahren und dann durch den Pressstempel 6 eine solche Kraft aufgebracht, dass der Stanzniet 1 die beiden Formteile 8, 9 sowie das Schließblech 11 durchdringt und ein Butzen 18 herausgedrückt wird. Die Fügekraft wird weiter erhöht, so dass sich das Schließblech 11 verformt und sein Material in die Ringnut 5 hineingedrückt wird. Dazu wird auch das Material des Schließblechs 11 im Abstandsbereich zwischen seinem Flansch und der Matrize 7 genutzt. Das Schließblech 11 sitzt jetzt fest auf dem Stanzniet 1 und die Formteile 8, 9 sind fest miteinander verbunden. Der flache Kopf des Stanzniets 1 und der Flansch des Schließblechs 11 bieten dabei eine große Pressfläche, die eine große Festigkeit der Nietverbindung bewirkt.
  • In 4 ist eine einfache Form des Schließblechs 11 dargestellt. Es genügt eine einfache flache Scheibe, die beim Fügevorgang von dem Hilfsfügeteil durchdungen und fest mit diesem verbunden wird. Ein Vorlochen ist bei vielen Fügeverfahren nicht notwendig.
  • 5 zeigt ein Schließblech 11 mit zwei Fügebereichen, in denen jeweils ein Loch 4 vorhanden ist. Das Zwischenstück zwischen den Fügebereichen mit den Aussparungen 12 Material sparend ausgeführt. Weiterhin sind auch hier Verdickungen 3 vorgesehen, die eine feste Verbindung unterstützen.
  • In 6 ist eine Verbindung zwischen dem oberen Formteil 8 und dem unteren Formteil 9 mit zwei Schrauben 1 mit angeformter Pressfläche als Hilfsfügeteile dargestellt. Ein Schließblech 11 gemäß 5, aber ohne Lochungen, ist mit seinen beiden Verdickungen 3 in ein zweilagiges unteres Formteil 9 eingearbeitet. Die Schrauben 1 sind als selbstschneidende Schrauben ausgewählt, damit sie sich direkt beim Eindrehen mit dem Schließblech 11 verbinden können, ohne dass weitere Arbeitsgänge erforderlich sind.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Hilfsfügeteil, Niet, Schraube
    2
    Niederhalter
    3
    Verdickung
    4
    Bohrung
    5
    Ringnut
    6
    Presstempel
    7
    Matrize
    8
    oberes Formteil
    9
    unteres Formteil
    10
    Klebeschicht
    11
    Schließblech
    12
    Aussparung
    13
    Butzen
    14
    Materialverformung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009044888 [0003]
    • DE 102010000500 B1 [0004]

Claims (15)

  1. Verfahren zum mechanischen Fügen von mindestens einem unteren und einem oberen Formteil (9, 8) mittels eines Hilfsfügeteils (1), dadurch gekennzeichnet, dass in dem oder unter dem unteren Formteil (9) in einem Fügebereich ein Schließblech (11) angebracht ist, in dem mit dem Hilfsfügeteil (1) eine Verbindung erzeugt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (1) ein Niet, eine Schraube, ein Bolzen oder ein Schweißelement ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (8, 9) aus Metall, aus Faserverbundwerkstoffen, aus Kunststoffen oder aus Kombinationen dieser Werkstoffe bestehen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (11) vor dem Fügen auf das untere Formteil (9) aufgeklebt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (11) zusätzlich durch Hilfsfügeteile fixiert ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (11) im Herstellungsprozess des unteren Formteils (9) mit diesem verbunden wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (11) vor dem Fügen in das untere Formteil (9) eingearbeitet wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (11) aus einem duktilen Metall oder einem thermoplastischen Kunststoff besteht.
  9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraube eine selbstschneidende Schraube ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Niet ein Stanzniet ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Formteile (8, 9) und/oder das Schließblech (11) in den Bereichen für die mechanischen Verbindungen vorgelocht sind.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (1) mit einer Ringnut (5) versehen ist, in die sich das Material des Schließblechs (11) beim Fügen hineindrückt.
  13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (11) in dem Fügebereich eine vergrößerte Materialdicke (3) aufweist.
  14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schließblech (11) zwischen mehreren Fügebereichen Aussparungen (12) aufweist.
  15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hilfsfügeteil (1) quasistatisch, impulsartig oder oszillierend eingebracht wird.
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