DE102013217632A1

DE102013217632A1 - Stanzniet sowie Verfahren und Vorrichtungen zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander, von denen mindestens ein Bauteil durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist

Info

Publication number: DE102013217632A1
Application number: DE201310217632
Authority: DE
Inventors: Oliver Diehl; Dr. Humpert Richard; Andreas Lembach
Original assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Profil Verbindungstechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2013-09-04
Filing date: 2013-09-04
Publication date: 2015-03-05
Also published as: ES2614422T3; EP2845665B1; CA2862058A1; IN2014DE02481A; US9844810B2; US20150082607A1; CN104421287A; RU2014135997A; EP2845665A1; US20180036790A1

Abstract

Ein hohles selbststanzendes Stanzniet wird beschrieben mit einem Flansch und einem Nietabschnitt. Ferner wird ein Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander unter Anwendung eines Stanzniets beschrieben, wobei mindestens eines der Bauteile durch ein Werkstück (40) aus Verbundmaterial gebildet ist. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: a) Anordnung einer Matrize gegen eines der aneinander zu befestigenden Bauteile, die aneinander gelegt werden, wobei die Matrize eine Bohrung aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts bemessen ist, b) Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets mit dem freien Stirnende des Nietabschnitts voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile und in Richtung der Matrize, c) Durchstanzen der Bauteile mit dem freien Stirnende des Nietabschnitts und Einführung des Nietabschnitts in die Bohrung der Matrize bis die Bauteilanlagefläche an dem dem Flansch zugewandten Bauteil zur Anlage kommt, d) Benutzung eines Stempels um den Stanzniet zumindest lokal aufzuweiten und e) Bildung eines Nietbördels durch Umformung des freien Endbereichs des Nietabschnitts.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stanzniet sowie Verfahren und Vorrichtungen zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander unter Anwendung eines Stanzniets, von denen mindestens ein Bauteil durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist.
Stanznieten sind bekannt, sie werden üblicherweise benutzt, um zwei Bauteile in Form von Blechteilen aneinander zu befestigen. Zu diesem Zweck hat ein Stanzniet einen Flansch größeren Durchmessers, einen Nietabschnitt kleineren Durchmessers und weist auf der dem Nietabschnitt zugewandten Seite des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche auf, die sich um den Nietabschnitt herum erstreckt. Diese Fläche ist häufig eine Konusfläche und wird bei dem Einpressen des Stanzniets in den zwei Blechteilen in die Oberfläche des oberen Blechteils eingepresst, wodurch die dem Nietabschnitt abgewandte Seite des Flansches flächenbündig mit der oberen Seite des oberen Blechteils wird.
Das freie Stirnende des Nietabschnitts ist durch eine konusförmige, nach innen und in Richtung des Flansches konvergierende Fläche gebildet, und dies führt dazu, dass beim Einpressen des Stanzniets der Nietabschnitt aufgrund der an die Konusfläche wirkenden Kräfte trompetenartig gespreizt wird und das zweite Blechteil nicht durchdringt. Durch die Keilwirkung der trompetenartigen Form des Nietabschnitts, der mit Material der Bauteile gefüllt ist, werden die Bauteile aneinander gehalten
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen neuartigen Stanzniet vorzusehen, der für die Verbindung von mindestens zwei tafelartigen Bauteilen aneinander geeignet ist, von denen mindestens ein Bauteil aus einem faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff besteht, wobei eine hochwertige Vernietung erreichbar ist, die eine hochfeste Verbindung der Bauteile aneinander sicherstellt, ohne eine ausgeprägte Gefahr, dass die verwendeten Stanzniete aus einem Bauteil oder mehreren der Bauteilen herausgerissen wird oder im Laufe der Zeit zu unerwünschten Ermüdungserscheinungen führt.
Dabei geht es sich häufig darum, zwei oder drei Bauteile (oder eventuell noch mehrere Bauteile) aneinander zu befestigen, wobei mindestens ein Bauteil aus dem genannten faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff besteht. Es kann sich zum Beispiel um ein Bauteil aus einem solchen Verbundwerkstoff und ein Bauteil aus Metall, oder um zwei Bauteile aus einem solchen Verbundwerkstoff oder um zwei Bauteile aus einem solchen Verbundwerkstoff und einem Bauteil aus Metall oder um drei Bauteile aus dem genannten Verbundwerkstoff handeln.
Für die mechanische Verbindung von Bauteilen aus dem genannten Verbundwerkstoff sind bisher nur wenige Vorschläge gemacht worden. Die meisten befassen sich mit der Einbettung von Befestigungselementen oder Verstärkungsplatten in einzelnen Bauteilen, die dann mit herkömmlichen Befestigungselementen aneinander befestigt werden können. Dies ist jedoch relativ aufwändig und stört den Prozessablauf bei der Herstellung der einzelnen Bauteile.
Die US-B-7,160,047 beschreibt die Anbringung von Befestigungselementen in Form von Bolzenelementen oder Mutterelementen an einem Bauteil, das aus einem Verbundmaterial besteht, das dort als sprödes oder nachgiebiges Bauteil definiert wird, welches aus einem Material mit Hohlräumen oder Poren, wie zum Beispiel Kunststoffen, Holz, Metallschäumen, Metallen, die mit hohlen Körpern oder Kunststoffen oder einem anderen relativ weichen Material gefüllt ist, besteht, und wahlweise in Form einer Sandwichkonstruktion oder als Verbundmaterial, zum Beispiel in Form einer einlagigen oder mehrlagigen Struktur mit zum Beispiel zwei Blech- oder Kunststofflagen mit einem Kern aus einem der oben genannten Stoffe oder Materialien.
Die vorliegende Erfindung befasst sich dagegen insbesondere mit Werkstücken, die aus einem faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff bestehen, und insbesondere solche aus einem duroplastischen Matrixmaterial, wobei die Erfindung allerdings auch zur Anwendung mit Bauteilen in Form von Blechteilen geeignet ist. Im Gegensatz zu den in der US 7,160,047 definierten Materialien sind die vorliegenden Werkstücke durchaus relativ hart und dünn, so dass andere Überlegungen für die Verarbeitung der Materialien im Sinne von der Anbringung von Befestigungselementen anzustellen sind.
Zur Definition der Verbundwerkstoffe, die im Rahmen dieser Anmeldung zum Einsatz kommen, wird folgendes ausgeführt:
Unter der Bezeichnung faser- oder gewebeverstärkter Kunststoff versteht man Verbundwerkstoffe die hochfeste Fasern, wie zum Beispiel Aramidfasern, Kohlenfasern oder Glasfasern aufweisen, die entweder als relativ kurze Füllfasern oder als lange Filamente oder in Form eines aus Filamenten gefertigten Gewebes in einem Matrixmaterial aus Kunststoff eingebettet sind. Als Kunststoff können zwar thermoplastische Materialien verwendet werden, für Karosseriebauteile werden aber üblicherweise duroplastische Kunststoffe verwendet. Die entsprechenden Bauteile liegen vorwiegend in Tafelform vor, im Regelfall mit einer dreidimensionalen Formgebung.
Zur Lösung der oben genannten Aufgaben wird erfindungsgemäß ein Stanzniet zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander vorgesehen, von denen mindestens ein Bauteil durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet einen Flansch größeren Durchmessers, einen Nietabschnitt kleineren Durchmessers und auf der dem Nietabschnitt zugewandten Seite des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche aufweist, die den Nietabschnitt umgibt, wobei der Nietabschnitt an seiner freien Stirnseite zum Durchstanzen der beiden Werkstücke eine Ringfläche aufweist, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Längsachse des Stanzniets steht und gegebenenfalls eine innere konkave Ringfläche aufweist, die den Übergang von der Stirnseite des Stanzniets in den hohlen Innenraum des Nietabschnitts bildet, wobei der Stanzniet eine mittlere Passage aufweist, die sich über die gesamte Länge des Hohlniets erstreckt.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform des Stanzniets weist dieser im Bereich des Nietabschnitts eine nach innen ragende Ringschulter auf.
Mit einer derartigen Ausbildung ist man bestrebt, im Gegensatz zu herkömmlichen Stanznieten, die aneinander liegenden Bauteile vollständig durchzustanzen, so dass ein hochwertiger Nietbördel auf der dem Flansch abgewandten Seite des unteren Bauteils erzeugt werden kann. Zu diesem Zweck muss der erfindungsgemäße Stanzniet deutlich länger sein als die Gesamtdicke des Stapels von aneinander zu befestigenden Bauteilen, im Gegensatz zu den bekannten Stanznieten, die den Stapel nicht vollständig durchdringen.
Ferner beruht die vorliegende Erfindung auf der Erkenntnis, dass bei Bauteilen aus einem faser- oder gewebeverstärkten Kunststoff, insbesondere solche aus einem duroplastischen Matrixmaterial, diese Bauteile unter den einwirkenden Kräften am freien Ende des Stanzabschnitts zum Zerbröseln tendieren, was hier ausgenutzt wird in dem Sinne, dass dies die Handhabung des entstehenden Stanzbutzens erleichtert, da er eine Querabmessung aufweist, die in etwa dem Innendurchmesser des Nietabschnitts entspricht.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile aneinander unter Anwendung des oben genannten erfindungsgemäßen Stanzniets umfasst die folgenden Schritte:

a) Anordnung einer Matrize gegen eines der aneinander zu befestigenden Bauteile, die aneinander gelegt werden, wobei die Matrize eine Bohrung aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts bemessen ist,
b) Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets mit dem freien Stirnende des Nietabschnitts voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile und in Richtung der Matrize,
c) Durchstanzen der Bauteile mit dem freien Ende des Nietabschnitts und Einführung des Nietabschnitts in die Bohrung der Matrize bis die Bauteilanlagefläche an dem dem Flansch zugewandten Bauteil zur Anlage kommt,
d) Benutzung eines Stempels, um den Stanzniet zumindest lokal aufzuweiten und
e) Bildung eines Nietbördels durch Umformung des freien Endes des Nietabschnitts, um die Bauteile zwischen dem Flansch und dem Nietbördel zu klemmen.

Zunächst wird auf diese Weise eine hochwertige Verbindung der Bauteile aneinander bewerkstelligt. Mit dem Schritt der Benutzung eines Stempels, um den Stanzniet zumindest lokal aufzuweiten, wird ein ganz neuer Weg begangen, um einen Stanzniet einzubringen und mindestens die Umbördelung vorzubereiten. Das Aufweiten des Stanzniets kann durch die axiale Bewegung eines Stempels durch die Passage von der Flanschseite des Stanzniets kommend bewirkt werden, wobei der Stempel mit einer die Aufweitung herbeiführenden Ringschulter versehen ist, die sich in Richtung des freien, dem Stanzniet zugewandten Endes des Stempels verjüngt und einen maximalen Durchmesser aufweist, der größer ist als der kleinste Durchmesser der Passage.
Durch die Aufweitung des Stanzniets kann das teilwiese gelockerte Matrixmaterial der Bauteile um die Stanzlöcher herum zusammengedrückt werden, so dass der Stanzniet fest in den Stanzlöchern sitzt. Das unbeschädigte Material der Bauteile radial außerhalb der Stanzlöcher wird hiermit unter Druck gesetzt, und dies ist für die Ermüdungseigenschaften besonders günstig.
Die Ringschulter des Stempels, die sich in Richtung des freien, dem Stanzniet zugewandten Endes des Stempels verjüngt und einen maximalen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Passage, jedoch kleiner ist als der Außendurchmesser des Nietabschnitts, wird vorzugsweise in die Passage des Stanzniets hineingedrückt und bewirkt eine Aufweitung der Passage innerhalb der Bauteile. Hierdurch wird die oben erwähnte Wirkung verstärkt und die Festigkeit des metallischen Stanzniets steigt aufgrund der Verformung.
Das Verfahren kann weiter entwickelt werden, in dem die mittlere Passage im Bereich des Nietabschnitts einen nach innen ragenden Vorsprung aufweist, wobei die Ringschulter des Stempels in die Passage des Stanzniets hineingeführt wird, bis sie in Anlage mit dem nach innen ragenden Vorsprung des Nietabschnitts gelangt und diesen und das freie Ende des Nietabschnitts nach außen drückt, um einen Nietbördel zu bilden.
Hier wird somit nicht nur das erwünschte Ausweiten des Stanzniets über seine gesamten Länge bewirkt, sondern der Nietbördel wird mindestens teilweise durch die entsprechende Umformung bewerkstelligt, und zwar noch während die Bauteile in axiale Richtung des Stanzniets in der Presse oder des verwendeten Werkzeugs fest zusammengepresst sind. Dies führt ebenfalls zu einer hochwertigen Nietverbindung.
Besonders günstig bei der Anwendung eines Stempels, der einen Teil des verwendeten Werkzeugs bildet ist, dass der Stempel wiederverwendet wird. Er ist somit nicht mit einem Dorn zu vergleichen, der mit Blindnieten verwendet wird und welcher als Einmalteil bei jedem Blindniet vorhanden sein muss und jedes Mal gebrochen wird, um den Nietbördel zu setzen. Ferner gibt es mit dem Stempel keinen abgerissenen Kopf wie bei dem Dorn eines Blindniets, der verloren gehen und Unheil bewirken kann. Im Übrigen ist der erfindungsgemäße Stempel schon deshalb nicht mit dem Dorn eines Blindniets zu vergleichen, da er mit einer Druckkraft arbeitet und nicht mit einer Zugkraft wie bei dem Dorn eines Blindniets.
Die oben genannten Verfahren können verbessert werden, wenn der Stempel einen Führungsbereich am dem vorderen Ende aufweist, der in die Passage des hohlen Nietabschnitts geführt wird.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die mittlere Passage des Stanzniets im Bereich des Flansches im Vergleich zum hohlen Nietabschnitt einen vergrößerten Durchmesser aufweist, der zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser der Ringschulter entspricht, wodurch der Flansch des Stanzniets durch den Stempel im Wesentlichen nicht aufgeweitet wird. Gerade hier ist eine Aufweitung des Stanzniets nicht erforderlich, da der Übergang vom Nietabschnitt in den Flansch des Stanzniets meistens über eine Hohlkehle erfolgt, die selbst für die kompressive Spannung sorgt.
Der Stempel kann außerdem auf der dem Stanzniet abgewandten Seite der Ringschulter einen kleineren Durchmesser haben, um Reibungskräfte innerhalb der Passage und Verschleiß des Stempels zu minimieren.
Die in den Schritten b) und c) aus den Bauteilen entstandenen Stanzbutzen werden durch die vorzugsweise sich erweiternde Bohrung der ersten Matrize entsorgt, zusammen mit zerbröseltem Material, das durch die Wirkung des freien Endes des Nietabschnitts erzeugt wird.
Eine weitere besonders günstige Auslegung des Verfahrens ist im Anspruch 11 angegeben, bei dem die Matrize mit einer den Flansch des Stanznietes aufnehmenden stirnseitigen Vertiefung auf einer Seite der Bauteile, die aneinander gelegt werden, angeordnet wird, die Matrize einen Durchgang aufweist, der von der Mitte der Ringvertiefung ausgeht und zur Entsorgung von Stanzbutzen bemessen ist, und der Nietabschnitt des Stanzniets aus der Stirnseite der Matrize hinausragt. Das entsprechende Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Anwendung eines Niederhalters auf der anderen Seite der aneinandergelegten Bauteile,
– Durchstanzen der Bauteile mit dem freien Ende des Nietabschnitts durch eine Relativbewegung zwischen der Matrize und dem Niederhalter bis der Nietabschnitt in einer Passage des Niederhalters aufgenommen wird und die Bauteilanlagefläche an dem dem Flansch zugewandten Bauteil zur Anlage kommt und Stanzbutzen aus den Bauteilen erzeugt werden,
– Bewegung eines Stempels durch die Passage des Niederhalters und durch die Passage des Stanzniets hindurch, wobei der Stempel, der einen vorderen Endbereich und eine hinter dem Endbereich angeordnete Ringschulter aufweist, mit dem vorderen Endbereich die Stanzbutzen durch die Passage des Stanzniets hindurchdrückt und mit der Ringschulter das freie Ende des Nietabschnitts, der vor der dem Flansch abgewandten Seite der Bauteile vorsteht, zu einem Nietbördel umformt.

Auch hier wird eine Aufweitung des Stanzniets vorgenommen, und zwar im einfachsten Fall nur im Bereich des freien Endes des Nietabschnitts, der aus den Bauteilen herausragt. Auch dies ist sehr vorteilhaft, da die Bauteile bei dieser Ausbildung des Nietbördels aufgrund der verwendeten Werkzeuge (Presse, Roboter oder kraftbetätige Zange) zusammengepresst sind.
Bei dieser Ausführung kann aber auch die Passage des Stanzniets aufgeweitet werden, wie oben im Zusammenhang mit dem beweglichen Stempel erläutert wurde.
Darüber hinaus weist der vordere Endbereich des Stempels vorzugsweise einen kleineren Durchmesser auf als der Innendurchmesser des Nietabschnitts und ist vorzugsweise am freien Ende gerundet, um die Stanzbutzen hierdurch schalenartig zu verformen und im Durchmesser zu verkleinern, wodurch sie leichter durch die Passage des Stanzniets hindurch und in den Durchgang hineindrückbar sind.
Bei dem oben erwähntem Verfahren, das mit einem Niederhalter arbeitet, kann der Niederhalter, der Teil eines Setzkopfes sein kann, mit beweglichen Segmenten ausgestattet werden, die in einer geschlossenen Stellung das freie Ende des Nietabschnitts spielfrei oder mit wenig Spiel umfassen und auseinander bewegt werden, um die Ausbildung des Nietbördels zuzulassen.
Bei allen bislang hier beschriebenen Verfahren kann ein weiterer Verfahrensschritt so erfolgen, dass unter Anwendung einer zweiten Matrize mit einem mittleren Pfosten und einer den mittleren Pfosten umgebenden konkav gerundeten Ringfläche das dem Flansch abgewandte, aus den Bauteilen herausragende Ende des Nietabschnitts zu einem Nietbördel umgebördelt oder kalibriert wird, wobei der mittlere Pfosten der Matrize in der Richtung vom Flansch weg vorzugsweise divergierend gestaltet wird. Wenn man mit den mechanischen Eigenschaften des mittels des Stempels erzeugten Nietbördels oder seiner Formgebung nicht zufrieden ist oder verbessern möchte, so kann dies wie unmittelbar oben erläutert mit Hilfe der zweiten Matrize erfolgen, die den Nietbördel vollständig ausbildet oder in seiner Formgebung korrigiert beispielsweise in dem Sinne, dass der Nietbördel flächig am unmittelbar benachbarten Bauteil anliegt und nicht nur über eine kleine Fläche damit Kontakt hat.
Die Erfindung befasst sich ferner mit Vorrichtungen, die zur Durchführung der Verfahren ausgelegt sind. Solche vorteilhafte Vorrichtungen sind den Ansprüchen 16 bis 26 zu entnehmen.
Ausbildungen der Erfindung werden anhand von praktischen Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben, in der zeigen:
1A bis 1C einen erfindungsgemäßen Stanzniet, und zwar in einer Stirnansicht (1A) auf den Nietabschnitt des Stanzniets in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht (1B) und in einer perspektivischer Darstellung (1C),
2A bis 2C Darstellungen von drei Phasen der Anbringung des Stanzniets gemäß 1A bis 1C an zwei aneinander zu befestigenden Bauteile, wobei die 2A die Ausgangslage, 2B die Verarbeitung der Elemente gemäß 2A und 2C das resultierende erste Produkt zeigen,
3A bis 3C Darstellungen von weiteren Phasen der Bearbeitung des ersten Produkts gemäß 2C, hier erneut als 3A gezeigt, mittels der Vorrichtung der 3B, um ein zweites Produkt gemäß 3C zu erzeugen,
4A bis 4C einen weiteren erfindungsgemäßen Stanzniet, und zwar in einer Stirnansicht (1A) auf den Nietabschnitt des Stanzniets, in einer teilweise geschnittenen Seitenansicht (1B) und in einer perspektivischer Darstellung (1C),
5A bis 5G eine Zeichnungsreihe zur Erläuterung der Verarbeitung eines erfindungsgemäßen Stanzniets gemäß den 4A bis 4C, wobei 5A die Ausgangslage, 5B die Situation nach dem Schließen der verwendeten Werkzeuge und 5C das fertige Zusammenbauteil zeigen,
6A bis 6E eine Zeichnungsreihe zur Erläuterung einer alternativen Verarbeitung eines erfindungsgemäßen Stanzniets gemäß den 1A bis 1C, wobei 6A die Ausgangslage, 6B die Situation nach der Einführung der Bauteile in die verwendeten Werkzeuge, 6C die Situation nach dem Schließen der verwendeten Werkzeuge, 6D die Entfernung der Stanzbutzen und 6E das fertige Zusammenbauteil zeigen und
7 einen erfindungsgemäßen Niederhalter in einer perspektivischer Darstellung.
Bezugnehmend auf die 1A bis 1C ist dort ein Stanzniet 10 zur Befestigung einzelner Bauteile 40, 42 aneinander (2A) gezeigt, von denen mindestens ein Bauteil 40 durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist.
Der Stanzniet 10 weist einen Flansch 12 größeren Durchmessers D1, einen Nietabschnitt 14 kleineren Durchmessers D2 und auf der dem Nietabschnitt 14 zugewandten Seite 16 des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche 18 auf, die den Nietabschnitt 14 umgibt. Der Nietabschnitt 14 weist an seiner freien Stirnseite 20 zum Durchstanzen der beiden Bauteile 40, 42 eine Ringfläche 22 auf, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Längsachse 24 des Stanzniets 10 steht und eine innere konkave Ringfläche 26 auf, die den Übergang von der Stirnseite 20 des Stanzniets 10 in den hohlen Innenraum 28 des Nietabschnitts bildet. Diese konkave Ringfläche 26 ist nicht zwingend erforderlich, und es ist auch nicht zwingend erforderlich, dass die Ringfläche 22 streng senkrecht zur mittleren Längsachse 24 steht. Sie könnte ohne weiteres einen eingeschlossenen Winkel von 80 bis 100° mit der Längsachse bilden und könnte auch gerundet sein.
Die Bauteilanlagefläche 18 ist hier als eine Konusfläche gezeigt. Dies ist allerdings auch nicht zwingend erforderlich, diese Fläche könnte auch senkrecht zur Längsachse stehen. Auf der Bauteilanlagefläche befinden sich Vertiefungen 30 und Nasen 32, wie man sie als Verdrehsicherungsmerkmale von Bolzenelementen kennt. Solche Merkmale 30 und 32 sind bei einem Stanzniet 10 nicht zwingend erforderlich, da bei Stanznieten eine Verdrehsicherung nicht gefordert wird. Dennoch helfen Sie eine innige Verbindung mit dem benachbarten Bauteil zu erreichen.
Durch den Durchmesser des Flansches wird die Fläche der Bauteilanlagefläche definiert und diese sollte so groß gewählt werden, das die Flächenpressung materialgerecht gestaltet wird in Hinblick auf die Eigenschaften des ersten Bauteils und die Kräfte, die im Betrieb vom Stanzniet ausgehen bzw. übertragen werden. Der Nietabschnitt hat einen kreiszylindrischen hohlen Innenraum 28 und eine kreiszylindrische Mantelfläche. Die Länge des Nietabschnitts übersteigt die Gesamtdicke der aneinander zu befestigenden Bauteile um einen Betrag, der die Bildung eines Nietbördels zulässt.
In diesem Beispiel ist der Stanzniet 10 hohl ausgebildet, d. h. so, dass eine mittlere Passage entsprechend dem hohlen Innenraum 28 sich über die gesamte Länge des Hohlniets erstreckt.
Das Bezugszeichen 34 deutet auf eine Hohlkehle hin, welche den Übergang vom Nietabschnitt 14 in die Bauteilanlagefläche 18 bildet.
Das Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile 40, 42 aneinander unter Anwendung eines Stanzniets, um ein erstes Produkt zu bilden, wird nunmehr anhand der 2A bis 2C beschrieben. In diesem Beispiel ist mindestens das obere Bauteil 40 durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet. Das Bauteil 42 kann ein Blechteil sein oder es kann ein weiteres Werkstück aus Verbundmaterial sein. Es versteht sich, dass in dieser Anmeldung (einschließlich der Patentansprüche) die Bezeichnung ”Verbundmaterial” im Sinne der oben angegebenen Definition verwendet wird. Es ist auch anzumerken, dass der Stanzniet so angebracht werden kann, dass die Bauteilanlagefläche 18 wie hier gezeigt an das obere Bauteil 40 anzuliegen kommt oder umgekehrt, so dass es an das Blechteil 42 anliegt. Ferner ist das Verfahren nicht auf die Befestigung von zwei Bauteilen aneinander beschränkt.
In 2A ist der Stanzniet der 1A bis 1C oberhalb des ersten Bauteils 40 angeordnet, wobei das freie Stirnende 20 des Nietabschnitts 14 zum Durchstanzen der Bauteile 40, 42 ausgebildet ist, wobei der Stanzniet ferner eine mittlere Passage aufweist, die sich über die gesamte Länge des Hohlniets erstreckt und das Verfahren folgende Schritte umfasst:

a) Anordnung einer Matrize 50 gegen eines der aneinander zu befestigenden Bauteile, die aneinander gelegt werden, wobei die Matrize eine Bohrung 52 aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts 14 bemessen ist, d. h. einen Durchmesser hat, der dem des Nietabschnitts entspricht oder geringfügig größer als dieser ist.
b) Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets in Pfeilrichtung 54 mittels des Stanzkopfes 60 mit dem freien Stirnende 20 des Nietabschnitts 14 voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile 40, 42 und in Richtung der Matrize 50. Zu diesem Zweck weist der Stanzkopf in diesem Beispiel eine Vertiefung 62 auf, die den Flansch 12 des Stanzniets aufnimmt.
c) Durchstanzen der Bauteile 40, 42 mit dem freien Stirnende 20 des Nietabschnitts 14 und Einführung des Nietabschnitts in die Bohrung 52 der Matrize 50 bis die Bauteilanlagefläche 18 an den dem Flansch 12 zugewandten Bauteil 40 zur Anlage kommt. Gleichzeitig kommt die Unterseite 64 des Stanzkopfes in Anlage an das obere Bauteil 40. Bei dem Durchstanzen der Bauteile entsteht aus jedem Bauteil ein Stanzbutzen (hier nicht gezeigt), der durch die Bohrung 52 zusammen mit etwaigem zerbröselten Material der Bauteile 40, 42 hindurchfällt.
d) Benutzung eines Stempels 66, um den Stanzniet 10 zumindest lokal aufzuweiten. In diesem Zusammenhang ist aus der 2B ersichtlich, dass der Stempel 66 in einer Bohrung 68 des Stanzkopfe 60 für eine axiale Bewegung in der Pfeilrichtung 54 relativ zum Stanzkopf 60 entlang der mittleren Längsachse 24 des Stanzniets bzw. des Stanzkopfes geführt ist. Die Aufweitung ist mit dem Bezugszeichen 72 in der 2C ersichtlich, vor allem durch den Übergang 74 in den ursprünglichen Innendurchmesser 76 des Nietabschnitts 14, wobei dieser Übergang 74 hier durch die Ringschulter 78 des Stempels 66 gebildet ist, die in etwa in der Höhe der Unterseite des unteren Bauteils 42 in 2B zu liegen kommt. Die Ringschulter 78 ist durch eine Verjüngung des Stempels in Richtung auf das untere Ende zu gebildet, so dass das Aufweiten des Hohlraums 28 des Stanzniets 10 progressiv erfolgt. Die Ringschulter 78 weist einen maximalen Durchmesser auf, der größer ist als der kleinste Durchmesser der Passage 36, jedoch deutlich kleiner ist als der Außendurchmesser des Nietabschnitts 14 des Stanzniets 10.

Das Zusammenbauteil, das aus dem bisher beschriebenen Verfahren entstanden ist, ist in der 2C gezeigt. Es kann als erstes Produkt bezeichnet werden, da es im Rahmen eines zweizügigen oder zweistufigen Verfahrens aus der ersten Stufe hervorgeht. Die zweite Stufe ist in den 3A bis 3C gezeigt. dabei ist die Zeichnung gemäß der 3A identisch mit der Zeichnung gemäß 2C, sie wurde nur wiederholt, um die Darstellung zu vereinfachen.
In der zweiten Stufe der Herstellung wird das erste Produkt zu dem fertigen Produkt verarbeitet und zwar durch den weiteren Schritt:

e) Bildung eines Nietbördels 80 durch Umformung des freien Endbereichs 15 des Nietabschnitts 14, um die Bauteile zwischen dem Flansch 12 und dem Nietbördel 80 zu klemmen. Dies erfolgt mit der Matrize 90 der 3B. Diese Matrize 90 ist mit einem mittleren Pfosten 92 und einer den mittleren Pfosten 92 umgebenden konkav gerundeten Ringfläche 94 versehen, womit das dem Flansch 12 abgewandte, aus den Bauteilen 40, 42 herausragende Ende des Nietabschnitts 14 zu dem Nietbördel 80 umgebördelt wird. Das fertige Produkt ist jetzt der 3C zu entnehmen.

Die Anbringung des Stanzniets mittels des Stanzkopfes 60 und der Matrize 50 bzw. unter Anwendung der weiteren Matrize 90 ist oben nur zwecks Erläuterung der Prinzipien so dargestellt.
Für die Anbringung eines Stanzniets 10 wird er normalerweise in einem sogenannten Stanz- oder Setzkopf, der in einer Presse eingebaut ist, eingeführt, die Stanzniete oder Befestigungselemente eines nach dem anderen an eine Folge von Werkstücken 40, 42 liefert, Dabei wird üblicherweise auch ein gefederter Niederhalter (ebenfalls nicht gezeigt, jedoch auch für sich bestens bekannt verwendet), der den Stanzniet oder das Befestigungselement umfasst und welcher dazu dient, das Werkstück, hier die Bauteile 40, 42, an die Stirnseite der Matrize 50 zu drücken, damit das Werkstück 40, 42 in seiner vorgesehenen Position gehalten werden kann. Der Stanzniet 10 bzw. das Befestigungselement wird üblicherweise von einem Stempel (nicht gezeigt) des Stanzkopfes 60 in Richtung auf das Werkstück 40, 42 zu bewegt, wobei der Stanzkopf so ausgelegt ist, dass eine Reihenfolge von Stanznieten dem Stanzkopf zugeführt werden, jedoch nur ein Stanzniet für jeden Hub der Presse zu dem jeweiligen Werkstück, hier aus den zwei Bauteilen 40, 42 bestehend, in das Werkstück eingestanzt wird. Die Matrize 50 befindet sich bei der Anwendung einer Presse in einem Werkzeug der Presse.
Wie oben dargelegt befindet sich die Matrize 50 unterhalb des Werkstücks 40, 42 und hat üblicherweise eine zylindrische Form, die in einer entsprechenden Bohrung (nicht gezeigt) des aufnehmenden Werkzeugs (ebenfalls nicht gezeigt) eingelassen ist.
Es handelt sich hier, wie üblich bei der Anbringung von Befestigungselementen, um einen Stanzkopf 60, der am oberen Werkzeug einer Presse oder an einer Zwischenplatte der Presse angeordnet ist, während es sich beim die Matrize 50 aufnehmenden Werkzeug um die Zwischenplatte der Presse bzw. um das untere Werkzeug der Presse handelt. Auch wäre eine umgekehrte Anordnung möglich, bei der der Stanzkopf am unteren Werkzeug der Presse oder an einer Zwischenplatte der Presse angebracht ist, und das freie Ende 20 des Nietabschnitts 14 nach oben gerichtet ist, während sich die Matrize 50 dann nach unten weisend an der Zwischenplatte bzw. am oberen Werkzeug der Presse befindet, eine Anordnung, die später im Zusammenhang mit der 6B. näher erläutert wird.
Es ist keinesfalls zwingend erforderlich, eine Presse für die Anbringung des Stanzniets an das Werkstück zu verwenden. Es könnte beispielsweise in an sich bekannter Weise ein Roboter, beispielsweise nach dem europäischen Patent 0 691 900 zur Anwendung gelangen, wobei die Matrize 50 und der Setzkopf dann vom Roboter getragen werden. Es könnte aber auch ein Schlagwerkzeug oder andere Werkzeuge für die Anbringung des Stanznietes an die Bauteile verwendet werden, beispielsweise ein Werkzeug nach einem der nachfolgenden Schutzrechte DE-PS 197 47 267 , EP 0 890 397 oder DE-PS 197 01 088 .
Es ist zwar allgemein üblich, Befestigungselemente 10 mit der mittleren Längsachse 24 vertikal angeordnet an ein Werkstück anzubringen und eine solche Orientierung ist keinesfalls zwingend erforderlich. Stattdessen kann die mittlere Längsachse 24 eine beliebige Orientierung im Raum annehmen. Wenn daher geometrische Begriffe wie vertikal oder oben oder unten oder oberhalb oder unterhalb in dieser Anmeldung verwendet werden, so ist dies so zu verstehen, dass die Bezeichnungen sich lediglich auf die Orientierung der entsprechenden Figur zurückzuführen ist und keineswegs einschränkend auszulegen ist.
Je nach dem welchen Zweck die Bauteile in Form des fertigen Produkts gemäß 3C erfüllen sollen, kann die Herstellung in zwei Zügen gemäß 2A bis 2C einerseits und 3A bis 3C andererseits nach verschiedenen Mustern ablaufen. Die Herstellung des ersten Produkts und des fertigen Produkts können in verschiedenen Stufen einer Anlage hergestellt werden, beispielsweise in einem Folgeverbundwerkzeug, wenn kleinere Blechteile an Verbundwerkstoffbauteilen angebracht werden sollen, vor allem dann, wenn mehrere Operationen an den Blechteilen durchzuführen sind und in einer Presse realisiert werden können. Oder das erste Produkt kann in einer Anlage hergestellt werden und das fertige Produkt in einer zweiten Anlage in der gleichen Fabrik, dabei können die zwei Anlagen Teil einer Transferanlage sein; oder die zwei Anlagen können an unterschiedlichen Orten in der gleichen Fabrik oder in unterschiedlichen Fabriken stehen oder in unterschiedlichen Bereichen der gleichen Produktionshalle.
Ferner besteht die Möglichkeit, in der zweiten Herstellungsstufe nach 3A bis 3C ein weiteres vorgelochtes Bauteil über den hinausragenden Nietabschnitt und gegen die Unterseite des zweiten Bauteils anzuordnen und dieses weitere Bauteil (das auch aus mehreren Bauteilen bestehen kann) an die zwei erstgenannten Bauteile 40 und 42 mit dem nachträglich gebildeten Nietbördel 80 zu fixieren.
Das soeben erläuterte Verfahren kann so ablaufen, dass die entstandenen Stanzbutzen 56 wie angedeutet durch die vorzugsweise sich erweiternde Bohrung 52 der ersten Matrize 50 entsorgt werden.
Besonders günstig ist es, wenn die mittlere Passage 36 sich über die gesamte Länge des Hohlniets erstreckt, und im Bereich des Nietabschnitts einen nach innen ragenden Vorsprung aufweist, wie in den 4A bis 4C dargestellt ist Diese Figuren zeigen eine alternative Form eines Stanzniets 10, der mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den 1A bis 1C verwendet werden. Es versteht sich, dass Teile die mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, die gleiche Form oder Funktion haben wie die bisher beschriebenen Teile, es sei denn, etwas Gegenteiliges wird gesagt, so dass eine erneute Beschreibung dieser Teile oder ihrer Funktion nicht erforderlich ist, sondern es gilt noch die bisherige Beschreibung. Diese Konvention gilt für alle hierin beschriebenen Teile, und die weitere Beschreibung konzentriert sich jetzt nur auf die Unterschiede. Hier liegt der einzige Unterschied darin, dass die Passage 36 des Stanzniets im Bereich des freien Endes des Nietabschnitts 14 den nach innen ragenden Vorsprung 38 aufweist.
Mit dieser Auslegung des Stanzniets 10 läuft dann das Verfahren so ab, wie in den 5A bis 5C gezeigt ist.
Dort wird nach dem Durchstanzen der Bauteile 40, 42 durch das freie Stirnende 20 des Nietabschnitts 14 die Ringschulter 78 in die Passage 36 des Stanzniets 10 hineingeführt bis sie in Anlage mit dem nach innen ragenden Vorsprung 38 des Nietabschnitts 14 gelangt, und diesen und den freien Endbereich 15 des Nietabschnitts nach außen drückt, um einen Nietbördel 80 gemäß 5C zu bilden. Damit ist das erste Produkt fertig und kann auch als fertiges Produkt gelten, denn es handelt sich hier um einen qualitativ hochwertigen Nietbördel 80.
Falls man aber eine noch bessere Formgebung des Nietbördels 80 anstrebt, so kann dies durch Anwendung der Werkzeuge, vor allem der Matrize 90, erreicht werden, die in den 3A bis 3C gezeigt sind und im Zusammenhang mit diesen Figuren beschrieben wurde. Da dann keine große Umformung des Nietbördels erforderlich wäre, kann man hier von einer Kalibrierung des Nietbördels sprechen Ein alternatives Verfahren zur Anbringung des Stanzniets 10 gemäß den 1A bis 1C wird nunmehr anhand der 6A bis 6E erläutert. Die 6A zeigt zunächst die allgemeine geometrische Anordnung der Teile mit Stanzniet 19 unterhalb des Bauteils 40 mit dem Flansch unten und das freie Stirnende 20 des Nietabschnitts 14 unmittelbar unterhalb des ersten Bauteils 40. Das Bauteil 42 ist hier oberhalb des ersten Bauteils 40 angeordnet, was aber nicht zwangsweise erforderlich ist. Wie aus der 6B ersichtlich ist, wird bei dieser Ausführungsform eine Matrize 100 mit einer den Flansch 12 des Stanznietes aufnehmenden stirnseitigen Vertiefung 102 auf einer Seite der Bauteile 40, 42, die aneinander gelegt sind, angeordnet, in diesem Fall unterhalb der Bauteile 40, 42. Die Matrize 100 weist einen Durchgang 104 auf, der von der Mitte der Ringvertiefung 102 ausgeht und zur Entsorgung von Stanzbutzen 56 (6C) bemessen ist, und der Nietabschnitt 14 des Stanzniets 10 aus der Stirnseite 106 der Matrize 100 hinausragt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

– Anwendung eines Niederhalters 110 auf der anderen Seite der aneinandergelegten Bauteile 40, 42,
– Durchstanzen der Bauteile 40, 42 mit dem freien Ende 20 des Nietabschnitts 14 durch eine Relativbewegung in Pfeilrichtung zwischen der Matrize 100 und dem Niederhalter 110, bis der Nietabschnitt 14 in einer Passage 112 des Niederhalters 110 aufgenommen wird und die Bauteilanlagefläche 18 an dem dem Flansch 12 zugewandten Bauteil 40 zur Anlage kommt und Stanzbutzen 56 aus den Bauteilen 40, 42 erzeugt werden,
– Bewegung eines Stempels 114 durch die Passage 112 des Niederhalters 110 und durch die Passage 36 des Stanzniets 10 hindurch, wobei der Stempel 114, der einen vorderen Endbereich 116 und eine hinter dem Endbereich angeordnete Ringschulter 118 aufweist, mit dem vorderen Endbereich 114 die Stanzbutzen 56 durch die Passage 36 des Stanzniets hindurchdrückt und mit der Ringschulter 118 den freien Endbereich 15 des Nietabschnitts 14, der vor der dem Flansch 12 abgewandten Seite der Bauteile 40, 42 vorsteht, zu einem Nietbördel 120 umformt.

Es sind verschiedene Varianten des oben erläuterten Verfahrens möglich. Es ist z. B. nicht zwingend erforderlich, dass die Passage 36 des Stanzniets 10 im Bereich der Bauteile 40, 42 durch den Stempel 114 bzw. dessen Ringschulter 118 aufgeweitet wird, es würde reichen, wenn lediglich der freie Endbereich 20 des Nietabschnittes 14 der aus den Bauteilen 40, 42 hinausragt, durch die Ringschulter 118 zu dem Nietbördel 120 umgeformt wird.
Ferner besteht die Möglichkeit, den Nietbördel 120 mittels einer Matrize 90 gemäß 3B umzuformen bzw. zu kalibrieren.
Die Matrize 100 ist in der Darstellung gemäß 6B eigentlich nur für ein Einlegeverfahren geeignet, bei dem die Stanznieten 10 einer nach dem anderen in die Matrize 100 eingelegt werden. Bei einer automatischen Produktion kann die Matrize 100 durch einen Stanzkopf ersetzt werden, der die automatische Zufuhr von Stanznieten 10 zulässt.
Ferner ist in der 6B der Niederhalter 110 als festes Bauteil dargelegt, was auch grundsätzlich möglich ist. Besser ist allerdings eine Konstruktion des Niederhalters gemäß 7.
Der Niederhalter gemäß 7 ist mit beweglichen Segmenten 122 ausgestattet. Die Segmente 122 sind im Betrieb in der gezeigten geschlossenen Stellung, in der sie den freien Endbereich 15 des Nietabschnitts spielfrei oder mit wenig Spiel umfassen und auseinander bewegbar sind, um die Ausbildung des Nietbördels 120 zuzulassen. Beispiele für Matrizen mit beweglichen Segmenten sind für die Verarbeitung von Stanznieten, bei denen das Blechmaterial nicht durchstanzt wird, bekannt (siehe z. B. die WO00/16928 ) und können zum Zwecke der vorliegenden Erfindung modifiziert werden, um den erfindungsgemäßen Niederhalter 110 zu realisieren.
Ferner kann der Niederhalter 110 der 7 ein Teil eines Setzkopfes sein.
Bei allen Ausführungsformen können als Beispiel für den Werkstoff der Stanznieten alle Materialien genannt werden, die im Rahmen der Kaltverformung die Festigungswerte der Klasse 8 gemäß ISO-Standard oder höher erreichen, beispielsweise eine 35B2-Legierung gemäß DIN 1654. Auch können Aluminiumlegierungen, insbesondere solche mit hoher Festigkeit, für das die Stanznieten benutzt werden, z. B. AlMg5. Auch kommen Befestigungselemente aus höherfesten Magnesiumlegierungen wie beispielsweise AM50 in Frage.
Bezugszeichenliste

10: Stanzniet
12: Flansch
14: Nietabschnitt
15: freier Endbereich des Nietabschnitts
16: dem Nietabschnitt zugewandte Seite des Flansches
18: Bauteilanlagefläche
20: Stirnseite
22: Ringfläche
24: Längsachse
26: konkave Ringfläche
28: hohler Innenraum des Nietabschnitts
30: Vertiefungen
32: Nasen
34: Hohlkehle
36: Passage des Stanzniets
37: ringförmig vergrößerter Durchmesser der Passage
38: Vorsprung
40: Bauteil
42: Bauteil
50: Matrize
52: Bohrung
54: Pfeilrichtung
56: Stanzbutzen
60: Stanzkopf
62: Vertiefung des Stanzkopfes
64: Unterseite
66: Stempel
68: Bohrung
69: Führungsbereich
72: Aufweitung
74: Übergang
76: Innendurchmesser
78: Ringschulter
80: Nietbördel
90: Matrize
92: mittlerer Pfosten
94: konkav gerundete, halbtorusförmige Ringfläche
100: Matrize
102: Vertiefung
104: Durchgang
106: Stirnseite
110: Niederhalter
112: Passage
114: Stempel
116: Endbereich
118: Ringschulter
120: Nietbördel
122: Segmente

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

US 7160047 B [0007]
US 7160047 [0008]
EP 0691900 [0054]
DE 19747267 [0054]
EP 0890397 [0054]
DE 19701088 [0054]
WO 00/16928 [0067]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 1654 [0069]

Claims

Stanzniet (10) zur Befestigung einzelner Bauteile (40, 42) aneinander, von denen mindestens ein Bauteil (40) durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet (10) einen Flansch (12) größeren Durchmessers (D1), einen Nietabschnitt (14) kleineren Durchmessers (D2) und auf der dem Nietabschnitt (14) zugewandten Seite (16) des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche (18) aufweist, die den Nietabschnitt (14) umgibt, wobei der Nietabschnitt (14) an seiner freien Stirnseite (20) zum Durchstanzen der beiden Werkstücke eine Ringfläche (22) aufweist, die zumindest im Wesentlichen senkrecht zur mittleren Längsachse des Stanzniets steht und gegebenenfalls eine innere konkave Ringfläche (26) aufweist, die den Übergang von der Stirnseite (20) des Stanzniets (10) in den hohlen Innenraum (28) des Nietabschnitts bildet, wobei der Stanzniet eine mittlere Passage (36) aufweist, die sich über die gesamte Länge des Stanzniets erstreckt.
Stanzniet nach Anspruch 1, wobei der Stanzniet (10) im Bereich des Nietabschnitts (14) einen nach innen ragenden Vorsprung (38) aufweist.
Verfahren zur Befestigung einzelner Bauteile (40, 42) aneinander unter Anwendung eines Stanzniets (10), wobei mindestens eines der Bauteile durch ein Werkstück (40) aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet einen Flansch (12) größeren Durchmessers (D1), einen Nietabschnitt (14) kleineren Durchmessers (D2) und auf der dem Nietabschnitt (14) zugewandten Seite (16) des Flansches (12) eine ringförmige Bauteilanlagefläche (18) aufweist, die den Nietabschnitt (14) umgibt, wobei der Nietabschnitt (14) an seiner freien Stirnseite (20) zum Durchstanzen der Bauteile (40, 42) ausgebildet ist, wobei der Stanzniet (10) ferner eine mittlere Passage (36) aufweist, die sich über die gesamte Länge des Stanzniets (10) erstreckt und das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Anordnung einer Matrize (50) gegen eines der aneinander zu befestigenden Bauteile (40, 42), die aneinander gelegt werden, wobei die Matrize eine Bohrung (52) aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts (14) bemessen ist, b) Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets (10) mit dem freien Stirnende des Nietabschnitts (14) voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile (40, 42) und in Richtung der Matrize (50), c) Durchstanzen der Bauteile (40, 42) mit dem freien Stirnende (20) des Nietabschnitts (14) und Einführung des Nietabschnitts (14) in die Bohrung (52) der Matrize (50) bis die Bauteilanlagefläche (18) an dem dem Flansch (12) zugewandten Bauteil (40) zur Anlage kommt, d) Benutzung eines Stempels (66; 114) um den Stanzniet (10) zumindest lokal aufzuweiten und e) Bildung eines Nietbördels (80; 120) durch Umformung des freien Endbereichs (15) des Nietabschnitts um die Bauteile (40, 42) zwischen dem Flansch (12) und dem Nietbördel (80; 120) zu klemmen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Aufweiten des Stanzniets durch die axiale Bewegung eines Stempels (66) durch die Passage (36) von der Flanschseite des Stanzniets (10) kommend bewirkt wird, wobei der Stempel (66) mit einer die Aufweitung herbeiführende Ringschulter (78) versehen ist, die sich in Richtung des freien dem Stanzniet (10) zugewandten Endes des Stempels (66) verjüngt und einen maximalen Durchmesser aufweist, der größer ist als der kleinste Durchmesser der Passage (36).
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Ringschulter (78) des Stempels, (55) die sich in Richtung des freien dem Stanzniet (10) zugewandten Endes des Stempels (66) verjüngt und einen maximalen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Passage (36), jedoch kleiner ist als der Außendurchmesser des Nietabschnitts (14), in die Passage (36) des Stanzniets hineingedrückt wird und eine Aufweitung der Passage (36) innerhalb der Bauteile (40, 42) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei die mittlere Passage (36), sich über die gesamte Länge des Stanzniets (10) erstreckt und im Bereich des Nietabschnitts (14) einen nach innen ragenden Vorsprung (38) aufweist, wobei die Ringschulter (78) in die Passage (36) des Stanzniets hineingeführt wird bis sie in Anlage mit dem nach innen ragenden Vorsprung (38) des Nietabschnitts (14) gelangt und diesen und den freien Endbereich (15) des Nietabschnitts (14) nach außen drückt, um einen Nietbördel (80) zu bilden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der Stempel (66) einen Führungsbereich an dem vorderen Ende aufweist, der in der Passage (36) des hohlen Nietabschnitts (14) geführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die mittlere Passage (36) des Stanzniets (10) im Bereich des Flansches (12) im Vergleich zum hohlen Nietabschnitt (14) einen vergrößerten Durchmesser (37) aufweist, der zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser der Ringschulter (78) entspricht, wodurch der Flansch (12) des Stanzniets durch den Stempel (66) im Wesentlichen nicht aufgeweitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Stempel auf der dem Stanzniet abgewandten Seite der Ringschulter (78) einen kleineren Durchmesser hat, um Reibungskräfte innerhalb der Passage (36) zu minimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die in den Schritten b) und c) aus den Bauteilen entstandenen Stanzbutzen (56) durch die vorzugsweise sich erweiternde Bohrung (52) der ersten Matrize (59) entsorgt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Matrize (100) mit einer den Flansch (12) des Stanznietes (10) aufnehmenden stirnseitigen Vertiefung (102) auf einer Seite der Bauteile (40, 42), die aneinander gelegt werden, angeordnet wird, die Matrize (100) einen Durchgang (104) aufweist, der von der Mitte der Ringvertiefung (102) ausgeht und zur Entsorgung von Stanzbutzen (56) bemessen ist, und der Nietabschnitt (14) des Stanzniets aus der Stirnseite der Matrize (100) hinausragt, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Anwendung eines Niederhalters (110) auf der anderen Seite der aneinandergelegten Bauteile (40, 42), – Durchstanzen der Bauteile (40, 42) mit dem freien Stirnende (20) des Nietabschnitts (14) durch eine Relativbewegung zwischen der Matrize (100) und dem Niederhalter (110) bis der Nietabschnitt (14) in einer Passage (112) des Niederhalters (110) aufgenommen wird und die Bauteilanlagefläche (18) an den dem Flansch (12) zugewandten Bauteil (40) zur Anlage kommt und Stanzbutzen (56) aus den Bauteilen erzeugt werden, – Bewegung eines Stempels (114) durch die Passage (112) des Niederhalters (100) und durch die Passage (36) des Stanzniets (10) hindurch, wobei der Stempel (114), der einen vorderen Endbereich (116) und eine hinter dem Endbereich (116) angeordnete Ringschulter (118) aufweist, mit dem vorderen Endbereich (116) die Stanzbutzen durch die Passage (36) des Stanzniets hindurchdrückt und mit der Ringschulter (118) den freien Endbereich (15) des Nietabschnitts (14), der vor der dem Flansch (12) abgewandten Seite der Bauteile (40, 42) vorsteht, zu einem Nietbördel (120) umformt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der vordere Endbereich (116) des Stempels (114) einen kleineren Durchmesser hat als der Innendurchmesser des Nietabschnitts (14) und vorzugsweise am freien Ende gerundet ist, um die Stanzbutzen (56) hierdurch schalenartig zu verformen und im Durchmesser zu verkleinern, wodurch sie leichter durch die Passage (36) des Stanzniets (10) hindurch und in den Durchgang (104) hineindrückbar sind.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Ringschulter (118) des Stempels (114), die sich in Richtung des freien dem Stanzniet (10) zugewandten Endes (116) des Stempels (114) verjüngt und einen maximalen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Passage (36) des Stanzniets (10), jedoch kleiner ist als der Außendurchmesser des Nietabschnitts (14), in die Passage (36) des Stanzniets hineingedrückt wird und eine Aufweitung der Passage (36) bewirkt und der Stempel (114) vorzugsweise auf der dem Stanzniet (10) abgewandten Seite der Ringschulter (118) einen kleineren Durchmesser hat, um Reibungskräfte innerhalb der Passage (36) zu minimieren.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Niederhalter (110), der Teil eines Setzkopfes sein kann, mit beweglichen Segmenten (122) ausgestattet ist, die in einer geschlossenen Stellung den freien Endbereich (15) des Nietabschnitts (14) spielfrei oder mit wenig Spiel umfassen und auseinander bewegt werden, um die Ausbildung des Nietbördels zuzulassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 14 mit dem weiteren Verfahrensschritt, dass unter Anwendung einer zweiten Matrize (90) mit einem mittleren Pfosten (92) und einer den mittleren Pfosten umgebenden konkav gerundeten Ringfläche (94) der dem Flansch abgewandte, aus den Bauteilen herausragende freie Endbereich (15) des Nietabschnitts (18) zu einem Nietbördel (80; 120) umgebördelt oder kalibriert wird, wobei der mittlere Pfosten (92) der Matrize (90) in der Richtung vom Flansch (12) weg vorzugsweise divergierend gestaltet wird.
Vorrichtung zur Befestigung einzelner Bauteile (40, 42) aneinander unter Anwendung eines Stanzniets (10), wobei mindestens eines der Bauteile (40) durch ein Werkstück aus Verbundmaterial gebildet ist, wobei der Stanzniet (10) einen Flansch größeren Durchmessers (D1), einen Nietabschnitt (14) kleineren Durchmessers (D2) und auf der dem Nietabschnitt (14) zugewandten Seite (16) des Flansches eine ringförmige Bauteilanlagefläche (18) aufweist, die den Nietabschnitt (14) umgibt, wobei der Nietabschnitt (14) an seiner freien Stirnseite (20) zum Durchstanzen der Bauteilen (40, 42) ausgebildet ist, wobei der Stanzniet (10) ferner eine mittlere Passage (36) aufweist, die sich über die gesamte Länge des Stanzniets erstreckt und die Vorrichtung folgende Bauteile umfasst: a) eine Matrize (50; 100), die gegen eines der aneinander zu befestigenden Bauteile, die aneinander gelegt werden, anzuordnen ist, wobei die Matrize (50; 100) eine Bohrung (52; 102) aufweist, die zur Aufnahme des Nietabschnitts (14) bemessen ist, b) eine Einrichtung zur Durchführung einer Relativbewegung des Stanzniets (10) mit dem freien Stirnende (20) des Nietabschnitts (14) voran gegen die aneinander angeordneten Bauteile (40, 42), um die Bauteile (40, 42) mit dem freien Stirnende (20) des Nietabschnitts durchzustanzen und das freie Ende des Nietabschnitts (14) in die Bohrung (52) der Matrize (50) bzw. in einen Niederhalter (110) einzuführen bis die Bauteilanlagefläche (18) an dem dem Flansch (12) zugewandten Bauteil (40) zur Anlage kommt, und c) einen Stempel (66; 114) mit einer Ringschulter (78), die sich in Richtung des freien dem Stanzniet (10) zugewandten Endes des Stempels (66; 114) verjüngt, um den Nietabschnitt (14) aufzuweiten.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei der Stanzniet (10) ferner im Bereich des Nietabschnitts (14) einen nach innen ragenden Vorsprung (38) aufweist, wobei die Ringschulter (78) des Stempels (66) in Anlage mit dem nach innen ragenden Vorsprung (38) bringbar ist, um diesen und den freien Endbereich (15) des Nietabschnitts (14) nach außen zu drücken, um einen Nietbördel (80) zu bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Matrize (100) mit einer den Flansch (12) des Stanznietes aufnehmenden stirnseitigen Vertiefung (102) sowie einem Durchgang (104), der von der Mitte der Ringvertiefung (102) ausgeht und zur Entsorgung von Stanzbutzen (56) bemessen ist, versehen ist, wobei im Betrieb der Nietabschnitt (14) des Stanzniets 10) aus der Stirnseite der Matrize (100) hinausragt, wobei ferner ein Niederhalter (110) vorgesehen ist, der auf der anderen Seite der aneinandergelegten Bauteile (40, 42) anzuordnen ist, die Einrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Matrize (100) und dem Niederhalter (110) ausgelegt ist, um die Bauteile (40, 42) mit dem freien Ende des Nietabschnitts (14) durchzustanzen bis der Nietabschnitt (14) in einer Passage des Niederhalters (110) aufgenommen ist und die Bauteilanlagefläche (18) an dem dem Flansch zugewandten Bauteil (40) zur Anlage kommt und Stanzbutzen (56) aus den Bauteilen (40, 42) erzeugt werden, und der Stempel (114), der durch die Passage (112) des Niederhalters (110) und durch die Passage (36) des Stanzniets (10) hindurchführbar ist, ausgelegt ist, um mit der Ringschulter (118) den freien Endbereich (15) des Nietabschnitts (14), der vor der dem Flansch abgewandten Seite der Bauteile (40, 42) vorsteht, zu einem Nietbördel (120) umzuformen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 16 bis 18, bei dem der Stempel (66) einen Führungsbereich (69) am dem Stanzniet (10) zugewandten Ende aufweist, der in der Passage (36) des hohlen Nietabschnitts führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, wobei die mittlere Passage (36) des Stanzniets im Bereich des Flansches (12) im Vergleich zum hohlen Nietabschnitt einen vergrößerten Durchmesser (37) aufweist, der zumindest im Wesentlichen dem Durchmesser der Ringschulter (78) entspricht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei der Stempel auf der dem Stanzniet (10) abgewandten Seite der Ringschulter (78) einen kleineren Durchmesser hat, um Reibungskräfte innerhalb der Passage (36) zu minimieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 21 in Kombination mit einer zweiten Matrize (90) mit einem mittleren Pfosten (92) und einer den mittleren Pfosten (92) umgebenden konkav gerundeten Ringfläche (94), die ausgelegt ist, um den dem Flansch (12) abgewandten aus den Bauteilen (40, 42) herausragenden Endbereich (15) des Nietabschnitts (14) zu einem Nietbördel (80) umzubördeln oder zu kalibrieren, wobei der mittlere Pfosten (92) der Matrize (90) in der Richtung vom Flansch (12) weg divergiert, um den Nietabschnitt (14) bei der Umbördelung oder Kalibrierung aufzuweiten.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Ringschulter (78) des Stempels (66), die sich in Richtung des freien dem Stanzniet (10) zugewandten Endes des Stempels (66) verjüngt, und einen maximalen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Passage (36) des Stanzniets, jedoch kleiner ist als der Außendurchmesser des Nietabschnitts (14), in die Passage (36) des Stanzniets hineindrückbar ist, um eine Aufweitung der Passage (36) im Bereich vor dem nach innen ragenden Vorsprung (38) des Stanzniets zu bewirken.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei dem der Stempel (66) einen Führungsbereich (69) am dem Stanzniet (10) zugewandten Ende aufweist, der in der Passage (36) des hohlen Nietabschnitts (14) vor dem nach innen ragenden Vorsprung (38) des Stanzniets führbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der vordere Endbereich (116) des Stempels (114) einen kleineren Durchmesser hat als der Innendurchmesser des Nietabschnitts (14) und vorzugsweise am freien Ende gerundet ist, um die Stanzbutzen (56) hierdurch schalenartig zu verformen und im Durchmesser zu verkleinern, wodurch sie leichter durch die Passage (36) des Stanzniets (10) hindurch und in den Durchgang (102) hineindrückbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der Niederhalter (110), der Teil eines Setzkopfes sein kann, mit beweglichen Segmenten (122) ausgestattet ist, die im Betrieb in einer geschlossenen Stellung den freien Endbereich (15) des Nietabschnitts (14) spielfrei oder mit wenig Spiel umfassen und auseinander bewegbar sind, um die Ausbildung des Nietbördels 120 zuzulassen.