DE102015213438A1

DE102015213438A1 - Punch riveting device and manufacturing device

Info

Publication number: DE102015213438A1
Application number: DE102015213438.5A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Engler; Rainer Heinrich Hoerlein; Andreas Scharfenberg; Christian Diessner; Ingo Kesel; Florian Woelke; Karl-Heinz Pfrommer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-01-19
Also published as: EP3117925B1; EP3117925A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung (10') zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12), mit einem Stempel (15), einem Gegenhalter (18), einem Niederhalter (16') und einem Schwingungserzeuger (30), wobei der Stempel (15) und der Gegenhalter (18) derart zueinander angeordnet sind, dass die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen dem Stempel (15) und dem Gegenhalter (18) anordenbar sind, wobei der Stempel (15) mittels des Schwingungserzeugers (30) in Schwingung versetzbar ist, wobei der Niederhalter (16') den Stempel (15) wenigstens teilweise umgibt und zum Andrücken der wenigstens zwei Bauteile (11, 12) an den Gegenhalter (18) eingerichtet ist, wobei einander zugewandte Oberflächen (42, 43) von Stempel (15) und Niederhalter (16') voneinander beabstandet sind, sodass die Oberflächen (42, 43) als eine Begrenzung eines Zwischenraums (45) ausgebildet, sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer Stanznietvorrichtung (10) The invention relates to a punch rivet device (10 ') for connecting at least two components (11, 12), with a punch (15), a counter-holder (18), a hold-down (16') and a vibration generator (30), wherein the punch ( 15) and the counter-holder (18) are arranged in such a way that the at least two components (11, 12) between the punch (15) and the counter-holder (18) can be arranged, wherein the punch (15) by means of the vibration generator (30). is oscillatable, wherein the hold-down (16 ') at least partially surrounds the punch (15) and is arranged for pressing the at least two components (11, 12) against the counter-holder (18), wherein mutually facing surfaces (42, 43) of stamp (15) and hold-down (16 ') are spaced apart, so that the surfaces (42, 43) formed as a boundary of a gap (45), and a manufacturing device with a punch rivet device (10)

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stanznietvorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile sowie eine Fertigungsvorrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung. The present invention relates to a punch riveting apparatus for connecting at least two components and to a production apparatus having such a punch riveting apparatus.

Stand der Technik State of the art

Verfahren und Vorrichtungen zum Stanznieten dienen zum Verbinden mindestens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet mittels eines Stempels oder eines Stempelwerkzeugs in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Stempelwerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt ist, dass der Niet sich in einer bestimmten Art und Weise innerhalb der miteinander zu verbindenden Bauteile verformt, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen und gleichzeitig ein Durchdringen des dem Niet abgewandten Bauteils zu vermeiden. Methods and devices for punch riveting serve for connecting at least two in a connection region in particular flat trained components (joint partners). A punch riveting method is characterized in that a pre-punching of the components to be joined together is not required. Rather, a rivet is pressed by means of a punch or a punch tool in the at least two components, being ensured by a correspondingly shaped counter-holder, for example. In the form of a die, which cooperates with the punch tool, that the rivet in a certain way deformed within the components to be joined together to produce a positive and positive connection between the components while avoiding penetration of the component facing away from the rivet.

Weiterhin sind bspw. aus der EP 2 318 161 B1 oder der DE 10 2014 203 357 A1 sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bzw. -vorrichtungen bekannt, bei denen ein Schwingungserzeuger, wie bspw. ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird bspw. die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert. Furthermore, for example, from the EP 2 318 161 B1 or the DE 10 2014 203 357 A1 so-called ultrasonic punch riveting methods or devices are known in which a vibration generator, such as. An ultrasonic generator is used to enable one or more components in the connection of the components in vibration. By this vibration, for example, the expended force is reduced to push the rivet.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Erfindungsgemäß werden eine Stanznietvorrichtung und eine Fertigungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. According to the invention, a punch riveting device and a production device with the features of the independent patent claims are proposed. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims and the following description.

Vorteile der Erfindung Advantages of the invention

Eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung dient zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile und weist einen Stempel, einen Gegenhalter, einen Niederhalter und einen Schwingungserzeuger auf. Dabei sind der Stempel und der Gegenhalter derart zueinander angeordnet, dass die wenigstens zwei Bauteile zwischen dem Stempel und dem Gegenhalter anordenbar sind und der Stempel ist mittels des Schwingungserzeugers in Schwingung versetzbar. Der Niederhalter umgibt den Stempel wenigstens teilweise und ist zum Andrücken der wenigstens zwei Bauteile an den Gegenhalter eingerichtet. Dabei sind einander zugewandte Oberflächen von Stempel und Niederhalter voneinander beabstandet, sodass die Oberflächen als eine Begrenzung eines Zwischenraums ausgebildet sind. Als Niet kann hierbei sowohl ein sog. Halbhohlniet als auch ein sog. Vollniet verwendet werden. A punch riveting device according to the invention serves for connecting at least two components and has a punch, a counter-holder, a holding-down device and a vibration generator. In this case, the punch and the counter-holder are arranged to each other such that the at least two components between the punch and the counter-holder can be arranged and the punch is set into vibration by means of the vibration generator. The hold-down surrounds the stamp at least partially and is adapted for pressing the at least two components to the counter-holder. In this case, mutually facing surfaces of the punch and hold-down are spaced apart, so that the surfaces are formed as a boundary of a gap. As a rivet, both a so-called semi-tubular rivet and a so-called solid rivet can be used.

Bei herkömmlichen Stanznietvorrichtungen ohne Schwingungserzeuger kann der Stempel mit seiner Außenseite mit der Innenseite des ihn umgebenen Niederhalters in Kontakt stehen. Bei einer Beaufschlagung des Stempels mit Kraft zum Einrücken eines Niets gleitet der Stempel dabei an der Innenseite des Niederhalters entlang. Auftretende Reibungskräfte sind hierbei vernachlässigbar oder zumindest hinnehmbar. Bei einer Stanznietvorrichtung mit Schwingungserzeuger hingegen wird der Stempel während des Eindrückens des Niets in Schwingung versetzt, was zu einer zusätzlichen, in der Regel hochfrequenten, Relativbewegung zwischen dem Stempel und dem Niederhalter führt. Die Reibung zwischen Stempel und Niederhalter kann dabei bspw. zu unerwünschten Verschleißerscheinungen und/oder Kaltverschweißungen führen. Daraus kann weiterhin eine verringerte Werkzeugstandzeit resultieren. Bei einer erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung mit einer Beabstandung zwischen den einander zugewandten Oberflächen von Stempel und Niederhalter hingegen wird eine Reibung deutlich verringert oder gar verhindert. Die erwähnten Nachteile wie Verschleißerscheinungen bzw. Kaltverschweißungen können damit verhindert werden, was somit zu einer erhöhten Werkzeugstandzeit, weniger Wartungsaufwand und geringeren Kosten führt. Ebenso wird damit ein sog. Stick-Slip-Effekt, d.h. ein Wechsel zwischen Haft- und Gleitreibung vermieden, was zu einer ungehinderten und somit effektiveren Oszillationsbewegung des Stempels führt. In conventional punch riveting without vibration generator, the punch can be in contact with the outside of it with the inside of the blank holder surrounding it. When the punch is pressed with force to engage a rivet, the punch slides along the inside of the hold-down. Occurring frictional forces are negligible or at least acceptable. In a punch riveter with oscillator, however, the punch is set during the depression of the rivet in vibration, resulting in an additional, usually high-frequency, relative movement between the punch and the hold-down. The friction between punch and hold-down can lead, for example, to undesired signs of wear and / or cold welding. This can further result in a reduced tool life. In a punch riveting device according to the invention with a spacing between the mutually facing surfaces of punch and hold-down, however, a friction is significantly reduced or even prevented. The mentioned disadvantages such as wear or cold welding can thus be prevented, which thus leads to increased tool life, less maintenance and lower costs. Likewise, so-called stick-slip effect, i. a change between static friction and sliding friction avoided, which leads to an unobstructed and thus more effective oscillatory movement of the punch.

Vorzugsweise ist der Zwischenraum wenigstens teilweise mit einem Hydraulikfluid gefüllt. Insbesondere kann der Stempel in dem Niederhalter hydrostatisch gelagert sein, und weiter insbesondere kann ein Kreislauf für das Hydraulikfluid vorgesehen sein. Für den Kreislauf kann bspw. eine entsprechende Pumpe vorgesehen sein. Es versteht sich, dass hierzu der Zwischenraum insbesondere an den weiteren Begrenzungsflächen, die nicht von den Oberflächen von Stempel und Niederhalter umfasst sind, begrenzt werden sollte. Dies ist bspw. möglich, indem der Niederhalter einen entsprechenden Vorsprung in Richtung Stempel aufweist. Eine dadurch entstehende, mögliche Reibung zwischen dem Vorsprung an dem Niederhalter und dem Stempel ist dabei in der Regel vernachlässigbar. Insbesondere kann der Vorsprung dabei aus Material mit geringer Reibung auf dem Stempel ausgebildet sein. Durch eine solche hydrostatische Lagerung wird eine besonders reibungsarme Relativbewegung zwischen Stempel und Niederhalter ermöglicht. Zudem bietet eine solche hydrostatische Lagerung auch Stabilität für den Stempel, d.h. der Stempel kann in dem Niederhalter geführt werden. Im Falle eines Kreislaufs kann zudem die Hydraulikflüssigkeit ausgetauscht und damit Wärme abgeführt werden. Somit kann gleichzeitig eine Kühlung des Stempels und des Niederhalters bereitgestellt werden. Preferably, the gap is at least partially filled with a hydraulic fluid. In particular, the stamp may be hydrostatically supported in the hold-down device, and more particularly, a circuit for the hydraulic fluid may be provided. For example, a corresponding pump may be provided for the circuit. It is understood that for this purpose, the gap should be limited especially at the other boundary surfaces that are not covered by the surfaces of stamp and hold-down. This is, for example, possible by the hold-down has a corresponding projection in the direction of the punch. A resulting, possible friction between the projection on the hold-down and the punch is usually negligible. In particular, the projection may be formed of low friction material on the stamp. By such a hydrostatic bearing a particularly low-friction relative movement between the punch and hold-down is possible. In addition, such offers Hydrostatic bearing also stability for the stamp, ie the punch can be performed in the hold-down. In the case of a circuit, in addition, the hydraulic fluid can be exchanged and thus heat dissipated. Thus, a cooling of the punch and the blank holder can be provided simultaneously.

Vorteilhafterweise ist der Zwischenraum wenigstens teilweise mit einem festen Material, insbesondere mit geringer Adhäsionsneigung, weitere insbesondere aufweisend Kunststoff, Keramik und/oder Kohlenstoff, gefüllt. Als Kunststoff kann hier bspw. Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet werden. Der Kohlenstoff kann bspw. als synthetische und/oder natürliche Diamant- oder diamantähnliche Schicht vorliegen. Durch das Material kann eine stabile Führung für den Stempel in dem Niederhalter ermöglicht werden. Durch geeignete Wahl des Materials kann zudem die Reibung gering gehalten werden, insbesondere geringer als dies zwischen Stempel und Niederhalter, die in der Regel aus Stahl bestehen, der Fall wäre. Advantageously, the intermediate space is at least partially filled with a solid material, in particular with a low adhesion tendency, further in particular having plastic, ceramic and / or carbon. As a plastic, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) can be used here. The carbon may, for example, be present as a synthetic and / or natural diamond or diamond-like layer. The material allows a stable guidance for the punch in the hold-down. By a suitable choice of material, the friction can also be kept low, in particular less than this would be the case between punch and hold-down, which are usually made of steel.

Vorzugsweise ist das feste Material an der dem Stempel zugewandten Oberfläche des Niederhalters oder an der dem Niederhalter zugewandten Oberfläche des Stempels befestigt und steht mit der jeweils anderen Oberfläche in Kontakt. Auf diese Weise wird ermöglicht, dass das Material während eines Nietvorgangs in Position bleibt, während zwischen der Oberfläche, an der das Material nicht befestigt ist und dem Material ein gewünschter, reibungsarmer Kontakt besteht. Preferably, the solid material is attached to the stamp facing surface of the blank or on the down-facing surface of the punch and is in contact with the respective other surface. In this way, the material is allowed to remain in position during a riveting operation, while between the surface where the material is not secured and the material has a desired, low-friction contact.

Alternativ ist bevorzugt, dass das feste Material als austauschbares Element, insbesondere als Hülse, ausgebildet ist, das den Stempel wenigstens teilweise umgibt und mit beiden Oberflächen in Kontakt steht. Es versteht sich, dass die Stanznietvorrichtung dann so ausgebildet sein sollte, dass das Element während eines Nietvorgangs in Position bleibt. Bspw. kann hier ein Vorsprung an dem Element ausgebildet sein, mit dem das Element an dem Niederhalter aufliegt. Ebenso kann auch an dem Niederhalter ein Vorsprung ausgebildet sein, an dem das Element aufliegt. Durch die Möglichkeit, das Element auszutauschen, kann ein teureres und aufwändigeres Austauschen des Stempels oder des Niederhalters vermieden werden, wenn das Material verschlissen sein sollte. Ein solches Element kann dabei als Ersatzteil bereitgestellt werden. Neben bspw. einer PTFE-Hülse kann bspw. auch eine Keramikhülse, bspw. aus Al₂O₃, ZrO₂, SiC oder TiN, verwendet werden. Ebenso ist es denkbar, ein anderes verschleißbeständiges, hartes Material zu verwenden, das auf geeignete Weise an der Oberfläche behandelt wurde, bspw. durch Schleifen und/oder mechanisches und/oder thermisches Polieren. Alternatively, it is preferred that the solid material is formed as an exchangeable element, in particular as a sleeve, which surrounds the stamp at least partially and is in contact with both surfaces. It is understood that the punch riveting apparatus should then be designed so that the element remains in position during a riveting operation. For example. Here, a projection may be formed on the element with which the element rests against the hold-down. Likewise, a projection may also be formed on the hold-down, on which the element rests. The ability to replace the element avoids a more expensive and costly replacement of the punch or blank if the material is worn. Such an element can be provided as a spare part. In addition to, for example, a PTFE sleeve can, for example, a ceramic sleeve, for example. Al ₂ O ₃ , ZrO ₂ , SiC or TiN, are used. It is also conceivable to use another wear-resistant, hard material which has been suitably treated on the surface, for example by grinding and / or mechanical and / or thermal polishing.

Es ist von Vorteil, wenn Einbringmittel vorgesehen sind, die dazu eingerichtet sind, ein Gleitmittel in den Zwischenraum einzubringen. Auf diese Weise kann bspw. ein Schmierfilm zwischen den einander zugewandten Oberflächen gebildet werden, was zu einer deutlichen Reduktion der Reibung führt. Es versteht sich, dass in diesem Falle der Abstand zwischen den einander zugewandten Oberflächen sehr gering sein sollte, jedoch größer als Null. Die Einbringmittel können dabei bspw. eine oder mehrere Einspritzdüsen an geeigneter Stelle aufweisen, die über eine entsprechende Zuführung für das Gleitmittel verfügen. It is advantageous if introduction means are provided which are adapted to introduce a lubricant into the intermediate space. In this way, for example, a lubricating film between the mutually facing surfaces are formed, which leads to a significant reduction in friction. It is understood that in this case, the distance between the facing surfaces should be very small, but greater than zero. In this case, the introduction means can, for example, have one or more injection nozzles at a suitable point, which have a corresponding feed for the lubricant.

Zweckmäßigerweise weist das Gleitmittel einen Schmierstoff, insbesondere auf Graphit-, Wachs- und/oder Ölbasis, oder ein Trennmittel, insbesondere auf keramischer- und/oder polymerer Basis, auf. Hierbei handelt es sich um Gleitmittel zur effektiven Reibungsreduktion, die zudem auf einfache Weise einbringbar sind. Expediently, the lubricant has a lubricant, in particular based on graphite, wax and / or oil, or a release agent, in particular on a ceramic and / or polymeric basis. These are lubricants for the effective reduction of friction, which are also easily introduced.

Vorzugsweise sind die Einbringmittel weiterhin dazu eingerichtet, das Gleitmittel kontinuierlich oder wiederholt, insbesondere in vorgegebenen zeitlichen Abständen, in den Zwischenraum einzubringen. Damit kann ein kontinuierlicher Gleit- bzw. Schmierfilm zwischen den einander zugewandten Oberflächen gebildet werden. Im Falle von bspw. zähflüssigen Gleitmitteln, wie bspw. solcher auf Wachsbasis, kann auch ein wiederholtes Einbringen ausreichend sein. Preferably, the introduction means are further adapted to introduce the lubricant continuously or repeatedly, in particular at predetermined time intervals, in the intermediate space. Thus, a continuous sliding or lubricating film can be formed between the facing surfaces. In the case of, for example, viscous lubricants, such as those based on wax, a repeated introduction may be sufficient.

Es ist von Vorteil, wenn der Stempel auswechselbar unmittelbar oder mittelbar an dem Schwingungserzeuger angebracht ist. Damit kann ein Stempel, wenn dieser bspw. Verschleißerscheinungen zeigt und/oder wenn dessen Funktionsfähigkeit gemindert ist, auf einfache Weise durch einen neuen Stempel ersetzt werden. Ein Stempel kann dabei bspw. mittels Verschrauben oder Einstecken an dem Schwingungserzeuger oder eine daran angekoppelte Sonotrode angebracht werden. It is advantageous if the punch is replaceable directly or indirectly attached to the vibrator. In order for a stamp when this example shows signs of wear and / or if its functionality is reduced, be easily replaced by a new stamp. A stamp can be attached, for example, by screwing or plugging to the vibrator or a sonotrode coupled thereto.

Vorzugsweise ist an einer Innenseite des Niederhalters eine Positioniereinrichtung für einen mit der Stanznietvorrichtung verwendbaren Niet vorgesehen. Damit kann ein Niet für und während eines Nietvorgangs sehr einfach in Position gehalten werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn der Niederhalter von dem Stempel beabstandet ist, da der Niederhalter dann, je nach Durchmesser des Niets, oftmals keine Führung für den Niet bieten kann. Es versteht sich, dass eine solche Positioniereinrichtung dann auf geeigneter Höhe angebracht werden sollte, um den Niet während möglichst langer Zeit während des Eindrückens des Niets in die Bauteile stützen zu können. Preferably, a positioning device for a rivet that can be used with the punch riveting device is provided on an inner side of the hold-down device. This makes it very easy to hold a rivet in place for and during a riveting operation. This is particularly useful when the hold-down is spaced from the punch, since the hold-down then, depending on the diameter of the rivet, often can provide no guidance for the rivet. It is understood that such a positioning device should then be mounted at an appropriate height in order to support the rivet for as long as possible during the depression of the rivet in the components can.

Vorteilhafterweise weist die Positioniereinrichtung eine, insbesondere mittels Federkraft arbeitende, Zentriereinrichtung auf. Auf diese Weise kann eine optimale Position des Niets erreicht werden, da bekannt ist, dass sich der Niet genau im Zentrum des Niederhalters befindet, während er von außen nicht zu sehen ist. Advantageously, the positioning device has a, in particular by means of spring force, centering device. In this way, an optimal position of the rivet can be achieved, since it is known that the rivet is exactly in the center of the hold-down, while it is not visible from the outside.

Es ist von Vorteil, wenn der Schwingungserzeuger als Schall-Generator, insbesondere als Ultraschall-Generator, ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich um eine einfache Methode zur Schwingungserzeugung. It is advantageous if the vibration generator is designed as a sound generator, in particular as an ultrasound generator. This is a simple method for vibration generation.

Eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung weist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung auf. A production device according to the invention has a punch riveting device according to the invention.

Zur Vermeidung von Wiederholungen sei bezüglich weiterer Vorteile einer erfindungsgemäßen Fertigungsvorrichtung auf die obigen Ausführungen zur erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung verwiesen. To avoid repetition, reference is made to the above statements on the punch riveting apparatus according to the invention with regard to further advantages of a production apparatus according to the invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. The invention is illustrated schematically by means of exemplary embodiments in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing.

Figurenbeschreibung figure description

1 zeigt vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform. 1 shows simplified and schematically a manufacturing device according to the invention in a preferred embodiment.

2a bis 2d zeigen eine Stanznietvorrichtung bei verschiedenen Phasen der Durchführung eines Stanznietverfahrens. 2a to 2d show a punch riveting apparatus at various stages of performing a punch riveting process.

3a bis 3d zeigen schematisch erfindungsgemäße Stanznietvorrichtungen in verschiedenen bevorzugten Ausführungsformen. 3a to 3d show schematically punch riveting according to the invention in various preferred embodiments.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung Detailed description of the drawing

In 1 ist vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung 100 in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Bei der Fertigungseinrichtung 100 kann es sich bspw. um einen Industrieroboter in einer Fertigungshalle, bspw. für einen automobilen Karosseriebau, handeln. In 1 is simplified and schematically a manufacturing device according to the invention 100 shown in a preferred embodiment. At the manufacturing facility 100 For example, it may be an industrial robot in a production hall, for example for an automobile body shop.

Die Fertigungseinrichtung 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und zwei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Arme 4 und 5 auf. Am Ende des Armes 5 ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10' angeordnet, welche in den 3a bis 3d detaillierter beschrieben wird. The manufacturing facility 100 in this case has a support structure arranged on a floor 3 and two arms connected and movable thereon 4 and 5 on. At the end of the arm 5 is a punch riveting device according to the invention 10 ' arranged, which in the 3a to 3d will be described in more detail.

Weiterhin ist eine Recheneinheit 80 gezeigt, bei der es sich bspw. um eine Steuereinheit für die Stanznietvorrichtung 10' handelt. Die Recheneinheit 80 kann zudem auch als Steuereinheit für die gesamte Fertigungseinrichtung, d.h. neben der Stanznietvorrichtung insbesondere auch für die Ansteuerung der beweglichen Arme vorgesehen sein. Weiterhin sind Anzeigemittel 90, bspw. ein Display, vorgesehen, auf denen bspw. aktuelle Betriebsparameter der Stanznietvorrichtung angezeigt werden können. Furthermore, a computing unit 80 shown, which is, for example, to a control unit for the punch riveting 10 ' is. The arithmetic unit 80 can also be provided as a control unit for the entire manufacturing facility, ie in addition to the punch riveting especially for the control of the movable arms. Furthermore, display means 90 , For example, a display, provided on which, for example, current operating parameters of the punch riveting can be displayed.

In den 2a bis 2d ist eine nicht erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10 bei verschiedenen Phasen eines Stanznietverfahrens dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Stempel 15 auf, der beispielhaft einen runden Querschnitt aufweist. In the 2a to 2d is a punch rivet device not according to the invention 10 represented at different stages of a punch riveting process. The punch riveting device 10 has a stamp 15 on, which has by way of example a round cross-section.

Der Stempel 15 ist von einem hülsenförmigen Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Insbesondere ist der Stempel 15 mit einem hier nicht dargestellten Antrieb, bspw. einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb, gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken eines Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen. The Stamp 15 is from a sleeve-shaped hold-down 16 radially surrounded and arranged movable relative to this in the longitudinal direction. In particular, the stamp 15 with a drive, not shown here, for example, a hydraulic or pneumatic drive, coupled, which serves to one for pressing a rivet 20 in the two components 11 . 12 required force F to apply.

Ebenfalls ist der Niederhalter 16 dazu eingerichtet, gegen die Oberfläche des dem Stempel 15 zugewandten Bauteils 11 mit einer Niederhaltekraft zu drücken. Hierzu kann bspw. ein eigener Antrieb vorgesehen sein. Jedoch kann der Niederhalter auch an den Antrieb des Stempels 15 gekoppelt sein, bspw. mittels einer Feder. Also is the hold down 16 set up against the surface of the stamp 15 facing component 11 with a hold down force. For this purpose, for example, a separate drive can be provided. However, the hold-down also on the drive of the punch 15 be coupled, for example by means of a spring.

Auf der dem Stempel 15 und dem Niederhalter 16 gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist eine als Gegenhalter wirkende Matrize 18 angeordnet. Die Matrize 18 ist ebenfalls in Richtung einer Längsachse 19, in deren Richtung auch der Stempel 15 und der Niederhalter 16 beweglich angeordnet sind, heb- und senkbar. Der Niederhalter 16 und die Matrize 18 dienen dazu, die beiden Bauteile 11, 12 zwischen dem Niederhalter 16 und der Matrize 18 während der Bearbeitung durch den Stempel 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken. Die Matrize 18 weist auf der dem Bauteil 12 zugewandten Seite eine ebene Oberseite 21 auf, von der beispielhaft eine mulden- bzw. kuhlenförmige Ausnehmung 22 ausgeht. On the stamp 15 and the hold-down 16 opposite side of the two components 11 . 12 is a counter-acting die 18 arranged. The matrix 18 is also in the direction of a longitudinal axis 19 , in the direction of which also the stamp 15 and the hold-down 16 are movably arranged, raised and lowered. The hold down 16 and the matrix 18 serve to the two components 11 . 12 between the hold down 16 and the matrix 18 during processing by the stamp 15 clamp or compress. The matrix 18 points to the component 12 facing side a flat top 21 on, from the by way of example, a trough-shaped or recess-shaped recess 22 emanates.

Der Niet 20, hier beispielhaft ein Halbhohlniet, besteht bevorzugt aus einem gegenüber den Werkstoffen der beiden Bauteile 11, 12 härteren Material, zumindest im Bereich des Nietschafts 24. Die dem Bauteil 11 abgewandte, ebene Oberseite 26 ist in Wirkverbindung mit dem Stempel 15 angeordnet, der an der Oberseite 26 des Niets 20 flächig anliegt. Somit stellt die Oberseite 26 des Niets eine Kontaktstelle 27 zwischen dem Niet und dem Stempel dar. The rivet 20 , here by way of example a Halbhohlniet, preferably consists of a relation to the materials of the two components 11 . 12 harder material, at least in the area of the rivet shaft 24 , The component 11 facing away, flat top 26 is in operative connection with the stamp 15 arranged at the top 26 of the rivet 20 lies flat. Thus, the top presents 26 the rivet a contact point 27 between the rivet and the stamp.

Der Stempel 15 ist mit einem Schwingungserzeuger 30 zur Erzeugung von Schwingungen bzw. Vibrationen wirkverbunden. Insbesondere werden mittels des Schwingungserzeugers 30 Ultraschallschwingungen mit einer Schwingweite (Abstand zwischen maximaler positiver und negativer Amplitude einer Schwingung) zwischen 10 µm und 110 µm (bzw. einer Amplitude zwischen 5 µm und 55 µm) und einer Frequenz zwischen 15kHz und 35 kHz erzeugt. The Stamp 15 is with a vibrator 30 operatively connected to the generation of vibrations. In particular, by means of the vibrator 30 Ultrasonic vibrations generated with a vibration amplitude (distance between the maximum positive and negative amplitude of a vibration) between 10 .mu.m and 110 .mu.m (or an amplitude between 5 .mu.m and 55 .mu.m) and a frequency between 15 kHz and 35 kHz.

Diese Schwingungen 15 werden von dem Schwingungserzeuger 30 über den Stempel 15 in den Niet 20 eingekoppelt. Die Einkopplungsrichtung der Vibrationen des Schwingungserzeugers 30 kann dabei bspw. parallel zur Längsachse 19, das heißt parallel zur Fügerichtung (longitudinal) des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 oder torsional (torsionales Schwingsystem) erfolgen. Der Schwingungserzeuger 30 ist an die Recheneinheit 80 angebunden, und kann von dieser angesteuert werden. These vibrations 15 be from the vibrator 30 over the stamp 15 in the rivet 20 coupled. The coupling direction of the vibration of the vibrator 30 can, for example, parallel to the longitudinal axis 19 that is, parallel to the joining direction (longitudinal) of the rivet 20 into the components 11 . 12 or torsional (torsional oscillatory system). The vibrator 30 is to the arithmetic unit 80 Tied, and can be controlled by this.

Die in 2a gezeigte Phase stellt einen Beginn des Stanznietverfahrens dar, bei dem der Nietschaft 24 in Wirkverbindung mit der Oberseite des Bauteils 11 gelangen. Dabei wird der Stempel 15 mit der Kraft F gegen das dem Stempel 15 zugewandte Bauteil 11 gedrückt. In the 2a shown phase represents a beginning of the punch riveting process in which the riveting 24 in operative connection with the top of the component 11 reach. This is the stamp 15 with the force F against the punch 15 facing component 11 pressed.

In einer in 2b gezeigten weiteren Phase, d.h. während des weiteren Verlaufs des Nietvorgangs und unter Unterstützung der in die Bauteile 11, 12 eingekoppelten Schwingungen schneidet bzw. stanzt der Nietschaft 24 sich zunächst in das Bauteil 11 ein. Dabei werden die beiden Bauteile 11, 12 plastisch verformt, wobei das der Ausnehmung 22 zugewandte Bauteil 12 in den entsprechenden Bereichen in die Ausnehmung 22 eingedrückt wird. In an in 2 B shown further phase, ie during the course of the riveting process and under support of the components 11 . 12 coupled vibrations cuts or punches the rivet shank 24 first into the component 11 one. Here are the two components 11 . 12 plastically deformed, wherein the recess 22 facing component 12 in the corresponding areas in the recess 22 is pressed.

Während des weiteren Bewegungswegs bzw. der weiteren Abwärtsbewegung des Niets 20 entsprechend der 2c wird der Nietschaft 24 im Bereich der Ausnehmung 22 nach außen gespreizt, wodurch die beiden Bauteile 11, 12 in Axialrichtung sicher form- und kraftschlüssig miteinander verbunden werden. During the further movement path or the further downward movement of the rivet 20 according to the 2c becomes the rivet stock 24 in the region of the recess 22 spread outwards, causing the two components 11 . 12 be positively connected positively and non-positively in the axial direction.

Wesentlich dabei ist, dass entsprechend der 2d, die die Endposition des Niets 20 zeigt, der Nietschaft 24 nicht aus dem Bauteil 12 herausragt bzw. dieses nicht vollständig durchdringt. It is essential that according to the 2d indicating the final position of the rivet 20 shows, the riveting 24 not from the component 12 protrudes or does not fully penetrate.

Nachdem der Niet 20 die in der 2d dargestellte Endposition erreicht hat, bei der die Oberseite 26 des Niets 20 zumindest in etwa bündig mit der Oberseite des Bauteils 11 abschließt, wird anschließend der Stempel 15 wieder von den Bauteilen 11, 12 in entgegengesetzter Richtung nach oben bewegt. After the rivet 20 the in the 2d has reached the illustrated end position, in which the top 26 of the rivet 20 at least approximately flush with the top of the component 11 concludes, then the stamp 15 again from the components 11 . 12 moved in the opposite direction upwards.

In 3a ist nun eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10' in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Die Stanznietvorrichtung 10' unterscheidet sich von der in den 2a bis 2d gezeigten Stanznietvorrichtung 10 darin, dass eine dem Stempel 15 zugewandte Oberfläche 42, hier die Innenseite, des Niederhalters 16' von einer dem Niederhalter 16' zugewandten Oberfläche 43, hier der Außenseite, des Stempels 15 beabstandet ist. Die beiden Oberflächen 42 und 43 bilden somit eine Begrenzung eines ein Volumen habenden Zwischenraums 45. Auf diese Weise wird eine Reibung zwischen dem Stempel 15 und dem Niederhalter 16' vermieden. In 3a is now a punch riveting device according to the invention 10 ' shown in a preferred embodiment. The punch riveting device 10 ' is different from the one in the 2a to 2d shown punch riveting 10 in that one the stamp 15 facing surface 42 , here the inside, the hold-down 16 ' from a downholder 16 ' facing surface 43 , here the outside, of the stamp 15 is spaced. The two surfaces 42 and 43 thus form a boundary of a volume having a volume 45 , In this way, a friction between the stamp 15 and the hold-down 16 ' avoided.

Weiterhin sind Federn 41 gezeigt, mittels welcher der Niederhalter 16' an einer Halterung 40 befestigt ist. Die Halterung 40 wiederum kann an dem Schwingungserzeuger 30 oder einer mit dem Schwingungserzeuger 30 verbundenen (und hier nicht dargestellten) Sonotrode befestigt sein. Über eine solche Sonotrode kann der Stempel 15 an den Schwingungserzeuger 30 gekoppelt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Halterung 40 direkt mit einer Halterung der gesamten Stanznietvorrichtung 10' verbunden ist. Durch die Federn 41 wird der Niederhalter 16' während eines Eindrückens des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 gegen die Bauteile gedrückt, wodurch die Bauteile in Position gehalten werden. Furthermore, there are springs 41 shown by means of which the hold-down 16 ' on a bracket 40 is attached. The holder 40 in turn, at the vibrator 30 or one with the vibrator 30 connected (and not shown) sonotrode be attached. About such a sonotrode can the stamp 15 to the vibrator 30 be coupled. However, it is also conceivable that the holder 40 directly with a holder of the entire punch riveting device 10 ' connected is. By the springs 41 becomes the hold-down 16 ' during an indentation of the rivet 20 into the components 11 . 12 pressed against the components, whereby the components are held in position.

Weiterhin ist eine Positioniereinrichtung 55 gezeigt, die an der Innenseite des Niederhalters 16' in etwa in Höhe der Mitte des Niets 20 angeordnet ist. Bei der Positioniereinrichtung 55 kann es sich bspw. um mehrere Federn handeln, die in gleichmäßigem Abstand kreisförmig an der Innenseite des Niederhalters 16' angeordnet sind. Insofern kann es sich bspw. um eine Zentriereinrichtung handeln. Die Federn können hierzu bspw. auch in Sacklöcher in dem Niederhalter eingebracht sein. Furthermore, a positioning device 55 shown on the inside of the hold-down 16 ' at about the middle of the rivet 20 is arranged. At the positioning device 55 For example, it may be a plurality of springs that are circular at an even distance on the inside of the hold-down 16 ' are arranged. In this respect, it may, for example, be a centering device. For this purpose, for example, the springs can also be introduced into blind holes in the hold-down device.

In 3b ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10' in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Gegenüber der in 3a gezeigten Ausführungsform ist der Zwischenraum 45 zwischen den Oberflächen 42 und 43 mit einem Hydraulikfluid 50 gefüllt. An der Oberseite und der Unterseite können hier geeignete Begrenzungen für das Hydraulikfluid 50 wie bspw. Vorsprünge an der Innenseite des Niederhalters 16' vorgesehen sein. Weiterhin sind Öffnungen 60, bspw. Bohrungen, in dem Niederhalter 16' vorgesehen, über welche der Zwischenraum 45 an einen Hydraulikkreislauf, bspw. mit einer entsprechenden Pumpe, angebunden sein kann und über welche somit das Hydraulikfluid 50 durch den Zwischenraum 45 gepumpt werden kann. In 3b is a punch riveting device according to the invention 10 ' shown in a further preferred embodiment. Opposite the in 3a the embodiment shown is the gap 45 between the surfaces 42 and 43 with a hydraulic fluid 50 filled. At the top and the bottom can here appropriate limits for the hydraulic fluid 50 such as projections on the inside of the blank holder 16 ' be provided. Furthermore, there are openings 60 , eg. Holes, in the hold-down 16 ' provided over which the gap 45 To a hydraulic circuit, eg. With a corresponding pump, can be connected and via which thus the hydraulic fluid 50 through the gap 45 can be pumped.

In 3c ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10' in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Gegenüber der in 3a gezeigten Ausführungsform ist in den Zwischenraum 45 zwischen den Oberflächen 42 und 43 ein festes Material 51 eingebracht. Bei diesem Material kann es sich bspw. um Kunststoff, bspw. PTFE handeln. Weiterhin kann das feste Material 51 als austauschbares Element, bspw. eine Hülse, ausgebildet sein, das, wie in 3c gezeigt, mittels eines Vorsprungs an der Oberseite an dem Niederhalter 16' aufliegt. In 3c is a punch riveting device according to the invention 10 ' shown in a further preferred embodiment. Opposite the in 3a shown embodiment is in the space 45 between the surfaces 42 and 43 a solid material 51 brought in. This material may, for example, be plastic, for example PTFE. Furthermore, the solid material 51 As a replaceable element, for example. A sleeve, be formed, which, as in 3c shown by means of a projection on the top of the hold-down 16 ' rests.

Es ist jedoch auch möglich, dass das feste Material nicht als austauschbares Element, sondern als Beschichtung auf der Oberfläche 42 des Niederhalters 16' oder auf der Oberfläche 43 des Stempels 15 ausgebildet ist. Ein Vorsprung, wie in 3c gezeigt, ist dann nicht nötig. Das Material kann dabei bspw. an die betreffende Oberfläche aufgeklebt, kraft- und/oder formschlüssig eingepresst oder mittels versenkter Schrauben angeschraubt sein. However, it is also possible that the solid material is not as an exchangeable element but as a coating on the surface 42 the hold-down 16 ' or on the surface 43 of the stamp 15 is trained. A lead, as in 3c shown is not necessary. The material may, for example, be glued to the relevant surface, pressed in a positive and / or positive fit or screwed by means of countersunk screws.

In 3d ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10' in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Gegenüber der in 3a gezeigten Ausführungsform sind Einbringmittel 61 am oberen Ende des Niederhalters 16' vorgesehen. Bei diesen Einbringmitteln 61 kann es sich bspw. um Düsen oder dergleichen handeln, die bspw. in eine Bohrung in den Niederhalter 16' eingebracht sind. Es ist jedoch auch denkbar, dass solche Düsen bspw. an der Oberseite des Niederhalters 16' angebracht sind. In 3d is a punch riveting device according to the invention 10 ' shown in a further preferred embodiment. Opposite the in 3a shown embodiment are Einbringmittel 61 at the top of the hold-down 16 ' intended. With these introduction means 61 may be, for example, to nozzles or the like, the example. In a hole in the hold-down 16 ' are introduced. However, it is also conceivable that such nozzles, for example. At the top of the blank holder 16 ' are attached.

Mittels der Einbringmittel 61 kann ein Gleitmittel in den Zwischenraum 45 zwischen den Oberflächen 42 und 43 eingebracht werden. Es versteht sich, dass die Einbringmittel 61 hierzu an eine geeignete Versorgung mit Gleitmittel, bspw. über entsprechende Schläuche, angebunden sind. Bei geeigneter Ausgestaltung kann so bspw. kontinuierlich oder in bestimmten zeitlichen Abständen Gleitmittel zwischen den Stempel 15 und den Niederhalter 16' eingebracht werden, wodurch ein Gleitmittelfilm in dem Zwischenraum 45 entsteht. By means of the introduction means 61 may be a lubricant in the gap 45 between the surfaces 42 and 43 be introduced. It is understood that the delivery means 61 For this purpose, a suitable supply of lubricant, eg. Via corresponding hoses, are connected. In a suitable embodiment, for example, continuously or at certain time intervals lubricant between the stamp 15 and the hold-down 16 ' are introduced, whereby a lubricant film in the space 45 arises.

Der Vollständigkeit halber sei noch angemerkt, dass die in 3a gezeigte Positioniervorrichtung 55 auch in den Ausführungsformen gemäß den 3b bis 3d verwendet werden bzw. vorhanden sein kann. Im Übrigen kann ein Nietvorgang mittels einer erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung 10' wie bspw. in verschiedenen Ausführungsformen in den 3a bis 3d gezeigt, so ablaufen, wie dies in den 2a bis 2d anhand einer herkömmlichen Stanznietvorrichtung 10 gezeigt und beschrieben ist. For completeness, it should be noted that the in 3a shown positioning device 55 also in the embodiments according to the 3b to 3d can be used or may be present. Incidentally, a riveting operation by means of a punch riveting device according to the invention 10 ' such as in various embodiments in the 3a to 3d shown to proceed as in the 2a to 2d using a conventional punch riveting device 10 shown and described.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2318161 B1 [0003]
DE 102014203357 A1 [0003]

Claims

Punch riveting device ( 10 ' ) for connecting at least two components ( 11 . 12 ), with a stamp ( 15 ), a counterpart ( 18 ), a hold-down ( 16 ' ) and a vibrator ( 30 ), the stamp ( 15 ) and the counterhold ( 18 ) are arranged to each other such that the at least two components ( 11 . 12 ) between the stamp ( 15 ) and the counterholder ( 18 ) are locatable, the stamp ( 15 ) by means of the vibrator ( 30 ) is oscillatable, wherein the hold-down ( 16 ' ) the stamp ( 15 ) at least partially surrounds and for pressing the at least two components ( 11 . 12 ) to the counter-holder ( 18 ), characterized in that mutually facing surfaces ( 42 . 43 ) of stamp ( 15 ) and hold-downs ( 16 ' ) are spaced apart so that the surfaces ( 42 . 43 ) as a boundary of a space ( 45 ) are formed.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to claim 1, wherein the gap ( 45 ) at least partially with a hydraulic fluid ( 50 ) is filled.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to claim 2, wherein the stamp ( 15 ) in the hold-down ( 16 ' ) is mounted hydrostatically, and in particular a circuit for the hydraulic fluid ( 50 ) is provided.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to one of the preceding claims, wherein the gap ( 45 ) at least partially with a solid material ( 51 ), in particular with a low adhesion tendency, further in particular having plastic, ceramic and / or carbon, is filled.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to claim 4, wherein the solid material ( 51 ) on the stamp ( 15 ) facing surface ( 52 ) of the hold-down ( 16 ' ) or at the hold-down ( 16 ' ) facing surface ( 43 ) of the stamp ( 15 ) and is in contact with the other surface.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to claim 4, wherein the solid material ( 51 ) is formed as an exchangeable element, in particular as a sleeve, which surrounds the stamp at least partially and is in contact with both surfaces.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to one of the preceding claims, wherein introduction means ( 61 ) are provided, which are adapted to a lubricant in the space ( 45 ).

Punch riveting device ( 10 ' ) according to claim 7, wherein the lubricant comprises a lubricant, in particular based on graphite, wax and / or oil, or a release agent, in particular on a ceramic and / or polymeric basis.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to claim 7 or 8, wherein the introduction means ( 61 ) are further adapted to the lubricant continuously or repeatedly, in particular at predetermined time intervals, in the intermediate space ( 45 ).

Punch riveting device ( 10 ' ) according to one of the preceding claims, wherein the stamp ( 15 ) interchangeable directly or indirectly with the vibrator ( 30 ) is attached.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to one of the preceding claims, wherein on an inner side of the hold-down ( 16 ' ) a positioning device ( 55 ) for one with the punch riveting device ( 10 ) usable rivet ( 20 ) is provided.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to claim 12, wherein the positioning device ( 55 ), in particular by means of spring force, has a centering device.

Punch riveting device ( 10 ' ) according to one of the preceding claims, wherein the vibration generator ( 30 ) is designed as a sound generator, in particular as an ultrasonic generator.

Manufacturing facility ( 100 ) with a punch riveting device ( 10 ' ) according to any one of the preceding claims.