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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung zwischen einen Werkstückstapel bildenden Werkstücken, bei dem ein Schaft eines Nietelements durch den Werkstückstapel geführt und dabei ein Durchgang durch den Werkstückstapel erzeugt wird und bei dem ein vorderer Abschnitt des Schafts nach dem Durchtritt durch den Werkstückstapel von einer Arbeitsfläche eines Druckstücks zu einem Schließkopf umgeformt wird.
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Zur Verbindung zweier aneinander anliegender Werkstücke ist es beispielsweise aus der
DE 10 2015 217 525 A1 bekannt, mit einem Nietelement einen Durchgang durch die Werkstücke zu erzeugen und den Schaft des Nietelements durch Reibung mit einem Druckstück zu einem Schließkopf umzuformen. Ein solches Verfahren wird nachfolgend auch als „Reibnieten“ bezeichnet. Durch die Reibung wird der vordere Abschnitt des Schafts stark erwärmt und dadurch in einen plastifizierten Zustand versetzt, in dem der Schaft auf einfache Weise in eine gewünschte Form gebracht werden kann. Der Schließkopf liegt nach der Umformung am unteren Werkstück an. Das Druckstück, welches üblicherweise aus einem härteren Material als das Nietelement besteht, geht dabei keine Verbindung mit dem Nietelement ein und wird nach der Umformung von den miteinander verbundenen Werkstücken entfernt.
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Die zur Umformung des Nietelements durch die Reibung erzeugte Wärme wird bei dem bekannten Verfahren zumindest teilweise auf die Werkstücke übertragen. Dies kann insbesondere bei temperaturempfindlichen Werkstücken zu einer Beschädigung der Werkstücke führen und ist daher häufig unerwünscht. Zudem führt die Wärme zu einem starken Verschleiß der Arbeitsfläche des Druckstücks, wodurch das Druckstück regelmäßig ersetzt oder erneuert werden muss.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Nietverbindung zwischen einen Stapel bildenden Werkstücken bereitzustellen, welches die oben genannten Nachteile zumindest teilweise vermeidet. Gelöst wird diese Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß führt das Druckstück während des Umformens eine Taumelbewegung aus.
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Zunächst werden einige im Rahmen der Erfindung verwendete Begriffe erläutert. Die Werkstücke liegen im Bereich der Nietverbindung übereinander und bilden dadurch einen Werkstückstapel. Der Werkstückstapel kann zwei oder mehr Werkstücke umfassen. Die Richtung, entlang derer das Nietelement durch den Werkstückstapel durchgeführt wird, stimmt üblicherweise mit einer Axialrichtung des Schafts des Nietelements überein. Das Nietelement wird von oben nach unten durch den Werkstückstapel durchgeführt. Das Werkstück, welches bei Durchführen des Nietelementschafts zuerst mit dem Schaft in Berührung kommt, ist also am oberen Ende des Werkstückstapels angeordnet. Das Nietelement umfasst üblicherweise einen am hinteren Ende des Schafts angeordneten Setzkopf, welcher nach dem Durchführen des Schafts oben auf dem Werkstückstapel aufliegt. Möglich ist auch, dass der hintere Abschnitt des Schafts in einem zusätzlichen Verfahrensschritt zum Setzkopf umgeformt wird.
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Wenn das Druckstück während des Umformens eine Taumelbewegung ausführt, bedeutet dies, dass die Ausrichtung einer Längsachse des Druckstücks relativ zur Axialrichtung des Nietelements im Zeitverlauf des Umformens verändert wird. Die Arbeitsfläche des Druckstücks verbleibt dabei üblicherweise in Kontakt mit dem Nietelement. Durch die Taumelbewegung kommt es dadurch zu einem Abrollen oder Abwälzen der Arbeitsfläche auf dem vorderen Abschnitt des Schafts, welcher dabei zum Schließkopf umgeformt wird.
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Die Arbeitsfläche kann beispielsweise plan ausgebildet und senkrecht zur Längsachse des Druckstücks ausgerichtet sein. Möglich sind aber auch andere Ausgestaltungen und Ausrichtungen der Arbeitsfläche. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Arbeitsfläche eine Zentrierhilfe zur Zentrierung des Nietelements aufweist. Beispielsweise kann die Arbeitsfläche eine Vertiefung aufweisen. Durch die Vertiefung wird der Schaft des Nietelements zentriert und so ein seitliches Verrutschen des Schafts verhindert. Ein seitliches Verrutschen ist unerwünscht, da das Nietelement dadurch außer Kontrolle geraten und dadurch untauglich werden kann. Die Arbeitsfläche kann auch eine zur Zentrierung dienende Ringwulst aufweisen.
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Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass die Taumelbewegung ein effektives Umformen des Nietelements ermöglicht, wobei die gleichzeitige Erwärmung der Werkstücke sowie des Druckstücks deutlich reduziert wird. Die Taumelbewegung erzeugt eine Abwälzbewegung der Arbeitsfläche auf dem vorderen Abschnitt des Schafts, wodurch auf den vorderen Abschnitt eine Knet-Umformenergie übertragen wird. Dadurch kann eine lokal gute Verformbarkeit am vorderen Abschnitt des Schafts erzielt werden. Zwar wird auch beim oben erwähnten Reibnieten Energie lokal begrenzt am Schaftende eingetragen, allerdings hat sich gezeigt, dass im Rahmen der Erfindung aufgrund der Taumelbewegung der Wärmeeintrag deutlich besser kontrolliert werden kann und dadurch ein gleichwertiges Umformergebnis bei geringerem Temperatureintrag erzielt werden kann. Weiterhin wird der Anteil der Wärmeenergie, welcher im Nietelement verbleibt und dort für eine gute Umformbarkeit des Schafts sorgt, durch das erfindungsgemäße Verfahren deutlich erhöht. Ein weiterer Vorteil der Taumelbewegung ist, dass die Formgebung des Schließkopfes deutlich besser kontrolliert und dadurch beispielsweise der gewünschte Andruck des Schließkopfes am unteren Werkstück besser gesteuert werden kann.
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Das Druckstück kann um seine Axialrichtung herum drehbar gelagert sein. Während der Taumelbewegung kann es dadurch zu einer Drehbewegung des Druckstücks kommen. Die eingebrachte Knet-Umformenergie umfasst in diesem Fall einen geringeren Reibanteil und einen höheren Wälzanteil. Alternativ kann das Druckstück auch bezüglich einer Rotation um seine Axialrichtung fixiert sein.
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In einigen Fällen reicht die durch das Taumeln in das Nietelement eingebrachte Knet-Umformenergie allein nicht aus, um eine ausreichende Verformbarkeit des Nietelements zu erzielen. In einer bevorzugten Ausführungsform wird daher während des Umformens durch eine Drehung des Nietelements relativ zur Arbeitsfläche Reibung erzeugt. Die Drehzahl liegt vorzugsweise zwischen 500 und 3000, weiter vorzugsweise zwischen 1000 und 2000 Umdrehungen pro Minute. Es kann dazu insbesondere vorgesehen sein, dass das Nietelement um seine Axialrichtung gedreht wird. Alternativ kann auch das Druckstück um seine Längsachse gedreht werden, während das Nietelement festgehalten wird. Möglich ist auch, dass sowohl das Nietelement, als auch das Druckstück um ihre jeweilige Längsachse gedreht werden. Durch die Reibung kann zusätzliche Wärmeenergie in das Nietelement eingebracht werden, wobei aufgrund der gleichzeitigen Taumelbewegung im Vergleich zum Stand der Technik deutlich geringere Wärmemengen erforderlich sind. Die genannten bevorzugten Drehzahlen sind daher deutlich geringer als beim Reibnieten, bei dem typischerweise 8000 Umdrehungen pro Minute oder mehr erforderlich sind.
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Es kann weiterhin ein hydraulischer Drehantrieb vorgesehen sein, welcher dazu ausgebildet ist, dass Druckstück in Rotation zu versetzen. Der Drehantrieb kann eine Pumpeinrichtung zur Bereitstellung eines Druckmediums aufweisen. Das Druckmedium kann durch das Druckstück geleitet werden, wodurch das Druckstück nach Art einer Turbine oder eines Hydromotors in Rotation versetzt wird. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Druckmedium auch eine hydraulische Kraft in Richtung der Druckstückachse ausübt. Dadurch kann die Schließkopfformung unterstützt werden. Das flüssige Druckmedium kann bei Bedarf so geleitet werden dass es zugleich als Wärmeabfuhrmittel dient. Die aktive Drehung des Druckstückes ist insbesondere dann vorteilhaft wenn einerseits die Schließkopfformung durch additive Reibungswärme unterstützt oder beschleunigt werden soll, andererseits eine Rotation des Nietelements problematisch ist weil beispielsweise der Schaft des Nietelements besonders lang ist und das Element zu verkippen droht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform wird während der Erzeugung des Durchgangs eine in Einführrichtung ausgerichtete Vorschubkraft auf das Nietelement ausgeübt. Dabei kann das Nietelement im Bereich des Durchgangs das Material des Werkstückstapels verdrängen. Zusätzlich oder alternativ kann das Nietelement während der Erzeugung des Durchgangs relativ zum Werkstück gedreht werden. Die dadurch erzeugte Reibungswärme kann zu einer Plastifizierung des Werkstückmaterials führen, wodurch die Verdrängung des Werkstückmaterials vereinfacht wird.
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Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung gegenüber dem Reibnieten ist es, dass ein im Durchmesser besonders großer Schließkopf geformt werden kann. Dadurch kann der vom Schließkopf auf den Werkstückstapel ausgeübte Druck reduziert werden, was insbesondere bei druckempfindlichen Werkstücken wünschenswert ist. Im Falle von besonders weichen oder temperaturempfindlichen unteren Werkstücklagen kann außerdem im Rahmen der Erfindung unterhalb des Werkstückstapels eine Unterlegscheibe platziert werden, wobei der Schaft des Nietelements durch die Unterlegscheibe geführt wird. Vorzugsweise wird der Schließkopf so geformt, dass sich die Unterlegscheibe zwischen dem Schließkopf und dem unteren Werkstück befindet. Die Scheibe verteilt zum einen die Klemmkraft über eine größere Fläche auf die untere Werkstücklage. Zum anderen bildet sie eine Barriere gegen zu schnellen Wärmeübertritt in die untere Werkstücklage.
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Das Nietelement kann ein Außengewinde aufweisen, wobei durch die Drehung des Nietelements im Bereich des Durchgangs ein Gegengewinde in den Werkstückstapel geschnitten wird, wobei durch die weitere Drehung des Nietelements eine Vorschub leistende Schraubkraft erzeugt wird. Diese Schraubkraft kann alternativ oder zusätzlich zu der oben genannten Vorschubkraft für ein Durchdringen des Werkstückstapels sorgen. Die Ausnutzung der Schraubkraft zum Durchführen des Nietelements durch den Werkstückstapel ist im Rahmen der Erfindung besonders vorteilhaft, da bei diesem Verfahren vergleichsweise wenig Wärme erzeugt wird und die Werkstücke diesbezüglich geschont werden.
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Es kann auch vorgesehen sein, dass das Nietelement während der Erzeugung des Durchgangs mechanisch Material des Werkstückstapels abträgt. Dazu kann das Nietelement Reib- und/oder Schneid- und/oder Stanzkanten aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist eines der Werkstücke aus faserverstärktem Kunststoff gebildet. Die erfindungsgemä-ßen Vorteile kommen in diesem Fall besonders zum Tragen, da faserverstärkter Kunststoff im Vergleich zu metallischen Werkstücken besonders temperaturempfindlich ist. Vorzugsweise ist das aus faserverstärktem Kunststoff gebildete Werkstück im Werkstückstapel unterhalb des oberen Werkstücks und weiter vorzugsweise am unteren Ende des Werkstückstapels angeordnet. Gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren, bei denen eine große Wärmemenge beim Umformen des Schließkopfes - also in direkter Nähe zum unteren Werkstück - erzeugt wird, wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren das untere Werkstück deutlich weniger stark durch Wärme belastet.
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Der Schaft des Nietelements kann eine gehärtete Oberfläche und einen darunterliegenden Kern aufweisen, welcher weicher ist als die gehärtete Oberfläche. Die gehärtete Oberfläche bietet Vorteile bei der Erzeugung des Durchgangs, während der weiche Kern nach der Durchführung des Schafts einfacher umgeformt werden kann. Möglich ist auch, dass das Nietelement zumindest teilweise hohl ausgebildet ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass während der Erzeugung des Durchgangs und/oder während des Umformens eine Flüssigkeit zum Kühlen und/oder Schmieren zugeleitet wird. Die Erwärmung des Nietelements, der Werkstücke und des Druckstücks kann dadurch weiter reduziert werden.
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Das Druckstück kann eine Längsachse aufweisen, welche einen Taumelwinkel mit der Axialrichtung des Schafts einschließt. Der Taumelwinkel ist während der Umformung bevorzugt kleiner als 6°, weiter bevorzugt kleiner als 4° und noch weiter bevorzugt kleiner als etwa 2°. Die zwischen dem Druckstück und dem Nietelement während der Umformung wirkenden Seitenkräfte werden auf diese Weise klein gehalten.
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In einer Ausführungsform ist der Taumelwinkel während der Umformung konstant. Die geneigte Längsachse des Druckstücks kann während der Taumelbewegung kreisförmig und insbesondere konzentrisch um die Axialrichtung des Nietelements herum bewegt werden. Die Längsachse des Druckstücks beschreibt in diesem Fall die Mantelfläche eines Kegels, dessen Spitze im Bereich eines Berührungspunktes zwischen Arbeitsfläche und Schaft angeordnet ist. Der Taumelwinkel kann sich auch im Zeitablauf der Umformung verändern. Der kreisförmigen Taumelbewegung kann beispielsweise eine weitere Taumelbewegung überlagert sein, durch die der Taumelwinkel verändert wird. Insbesondere kann sich die Längsachse des Druckstücks auf einer Rosettenbahn bewegen.
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Beim Herstellen der Nietverbindung kann ein Gegenhalter bereitgestellt werden, welcher während der Erzeugung des Durchgangs und/oder während der Umformung des Schafts eine Gegenkraft auf das untere Werkstück ausübt. Dadurch kann ein ordnungsgemäßes Anliegen der Werkstücke aneinander während der Herstellung der Nietverbindung sichergestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können zwei Gegenhalter bereitgestellt werden, welche die Werkstücke von oben bzw. unten gegeneinander drücken. Auf diese Weise können die Werkstücke während des Verfahrens in einer gewünschten Ausrichtung und Position gehalten werden. Insbesondere kann der erste Gegenhalter während der Erzeugung des Durchgangs eine Gegenkraft auf das untere Werkstück ausüben und der zweite Gegenhalter während der Umformung des Schafts eine Gegenkraft auf das obere Werkstück ausüben. Die Gegenhalter können jeweils auf die bei der Erzeugung des Durchgangs bzw. bei der Umformung benötigten Gegenkräfte ausgelegt sein.
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Gegenstand der Erfindung ist zudem eine Vorrichtung zum Herstellen einer Nietverbindung zwischen einen Werkstückstapel bildenden Werkstücken. Die Vorrichtung umfasst eine Vorschubeinheit zur Beaufschlagung eines Nietelements mit einer Antriebskraft, mit der das Nietelement zur Erzeugung eines Durchgangs durch den Werkstückstapel durchgeführt wird, ein Druckstück mit einer Arbeitsfläche zur Umformung eines durch den Werkstückstapel durchgeführten Abschnittes des Nietelements und eine Taumeleinheit, welche dazu ausgebildet ist, das Druckstück mit einer Taumelbewegung zu beaufschlagen.
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Die Vorrichtung kann durch weitere Merkmale fortgebildet werden, welche in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden. Insbesondere kann die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet sein.
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Gegenstand der Erfindung ist schließlich ein Werkstückstapel mit einer durch das Verfahren hergestellten Nietverbindung. Die Nietverbindung umfasst einen Schaft, welcher durch den Werkstückstapel durchgeführt ist, wobei beim Durchführen des Schafts ein Durchgang durch den Werkstückstapel erzeugt wurde. Am hinteren Ende des Schafts ein Setzkopf und am vorderen Ende des Schafts ein Schließkopf angeordnet. Erfindungsgemäß wurde ein vorderer Abschnitt des Schafts durch eine Arbeitsfläche eines Druckstücks zum Schließkopf umgeformt, wobei das Druckstück während des Umformens eine Taumelbewegung ausgeführt hat.
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Der erfindungsgemäße Werkstückstapel kann durch weitere Elemente, welche in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden, fortgebildet werden. Insbesondere kann der Werkstückstapel ein aus faserverstärktem Kunststoff hergestelltes Werkstück aufweisen, welches vorzugsweise unterhalb des oberen Werkstücks und weiter vorzugsweise am unteren Ende des Werkstückstapels angeordnet ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen:
- 1: eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach der Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkstückstapels;
- 2: eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes der 1 zur Darstellung eines erfindungsgemäßen Verfahrensschritts vor der Herstellung einer Nietverbindung;
- 3: eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes der 1 zur Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritts;
- 4: eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes der 1 zur Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritts;
- 5: eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnittes der 1 zur Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritts.
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1 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Herstellen einer Nietverbindung nach der Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkstückstapels.
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Die Vorrichtung umfasst einen Gegenhalter 13 mit einer Auflagefläche 14, auf die ein Werkstückstapel 15 aufgelegt ist. Der Werkstückstapel 15 umfasst zwei Werkstücke 16, 17, welche durch ein Nietelement 18 miteinander verbunden sind. Das Nietelement 18 umfasst einen durch die Werkstücke durchgeführten und entlang einer Axialrichtung 30 der Vorrichtung ausgerichteten Schaft 19, an dessen oberen Ende ein Setzkopf 20 und an dessen unteren Ende ein Schließkopf 21 angeordnet ist. Das Werkstück 16 ist aus einem Metall und das Werkstück 17 aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet.
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Der Gegenhalter 13 ist durch einen Hohlzylinder gebildet, welcher über seine Außenfläche durch ein nicht näher gezeigtes radiales Lager mit einer Hülse 22 verbunden ist. Im Innenraum des Hohlzylinders befindet sich der Kopf 23 eines Druckstücks 24, an dessen oberen Ende eine Arbeitsfläche 28 angeordnet ist. Die Arbeitsfläche 28 steht in 1 mit dem Schließkopf 21 in Kontakt und dient während des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Umformen des Nietelements 18 zur Erzeugung des Schließkopfes 21. Die Vorrichtung ist auf einem teilweise dargestellten Zangenarm 12 gelagert, welcher mit Hilfe einer nicht gezeigten Antriebsmechanik entlang der Axialrichtung 30 bewegt werden kann. Durch eine Bewegung entlang der Axialrichtung 30 kann während des Umformens des Nietelements 18 eine zusätzliche Axialkraft auf das Nietelement ausgeübt werden.
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Die Vorrichtung weist weiterhin eine Antriebswelle 25 auf, die um die Axialrichtung 30 zusammen mit der Hülse 22 im Zangenarm 12 drehbar gelagert ist. Die Antriebswelle 25 ist mit einem Motor 27 verbunden, über den sie in Rotation versetzt werden kann. Das Druckstück 24 ist in eine Aussparung 26 der Antriebswelle 25 eingeschoben und um seine Längsachse 31 drehbar gelagert. In einer alternativen Ausführungsform kann das Druckstück 24 auch gegenüber Drehungen um seine Längsachse 31 innerhalb der Aussparung 26 fixiert sein. Die Aussparung 26 ist so ausgerichtet, dass eine Längsachse 31 des Druckstücks 24 mit der Axialrichtung 30 einen Winkel von etwa 2° einschließt. Aufgrund dieses Winkels, welcher im Rahmen der Erfindung auch als Taumelwinkel bezeichnet wird, führt das Druckstück 24 eine Taumelbewegung aus, wenn die Antriebswelle 25 in Drehung versetzt wird.
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Während der Taumelwinkel in der gezeigten Ausführungsform konstant ist, kann in einer nicht gezeigten alternativen Ausführungsform beispielsweise am unteren Ende des Druckstücks 24 ein Stelltrieb zur Änderung der Radialposition angeordnet sein.
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Zwischen dem Boden der Aussparung 26 und dem Druckstück 24 befindet sich eine Kammer 11. In die Kammer 11 mündet ein Kanal 10, der in Verbindung mit einem Ringraum 9 steht. Der Ringraum 9 ist mittels zweier Manschettendichtringe 8 gegenüber der Antriebswelle 25 abgedichtet und steht in Verbindung mit einer Zuführleitung 7 für ein Druckmedium. Über die Zuführleitung 7 kann der Kammer 11 auf diese Weise ein Druckmedium zugeführt werden, mit dessen Hilfe in der Kammer 11 ein hydraulischer Druck aufgebaut werden kann, der auf das Druckstück 24 wirkt. Das Druckstück 24 übt in diesem Fall eine entlang seiner Axialrichtung 31 gerichtete Kraft auf das Nietelement 18 aus. Das Druckstück 24 ist am unteren Ende mit Hilfe eines O-Rings 6 gegenüber der Aussparung 26 abgedichtet.
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Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann somit auf zwei unabhängige Arten eine über das Druckstück 24 auf das Nietelement 18 wirkende Kraft entlang der Axialrichtung 30 der Vorrichtung bzw. entlang der Axialrichtung 31 des Druckstücks 24 ausgeübt werden. Die Vorrichtung kann dazu eingerichtet sein diese Arten der Kraftausübung wahlweise für unterschiedliche Phasen des erfindungsgemäßen Verfahrens während der Werkstück-Durchdringung und der Schließkopfformung anzuwenden, was der Vorrichtung eine besondere Flexibilität verleiht. Die während des Umformend von dem Druckstück ausgeübten Kräfte können beispielsweise im Bereich zwischen 2 kN und 8 kN, vorzugsweise im Bereich zwischen 4 kN und 6kN liegen.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines oberen Abschnitts der erfindungsgemäßen Vorrichtung vor der Herstellung der erfindungsgemäßen Nietverbindung. In dem gezeigten Zustand sind die beiden Werkstücke 16, 17 auf die Auflagefläche 14 der Hülse 13 aufgelegt. Im Unterschied zu der 1 ist das Druckstück 24 relativ zur Auflagefläche 14 zurückgezogen, so dass zwischen der Arbeitsfläche 19 und der Unterseite des unteren Werkstücks 17 ein Freiraum besteht.
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3 stellt einen weiteren, auf den in 2 gezeigten nachfolgenden Verfahrenszustand dar. Auf die Oberseite des oberen Werkstücks 16 wurde ein weiterer Gegenhalter 29 aufgesetzt, welcher ebenfalls als Hohlzylinder ausgebildet ist. Im Zylinderinnenraum des Gegenhalters 29 ist das Nietelement 18 angeordnet, dessen Schaft 19 entlang der Axialrichtung 30 ausgerichtet ist. Das Nietelement 18 steht mit einer Vorschubeinheit 33 in Verbindung, welche zur Ausübung einer nach unten entlang der Axialrichtung 30 ausgerichteten Vorschubkraft auf das Nietelement 18 ausgebildet ist. Die Vorschubeinheit 33 ist zudem relativ zum Gegenhalter 29 drehbar ausgebildet und kann das Nietelement 18 somit relativ zu den Werkstücken 16, 17 in Drehung versetzen. Durch die Drehung wird Wärme erzeugt, welche zu einer Plastifizierung der Werkstücke führen kann. In einer alternativen Ausführungsform kann der Schaft 19 des Nietelements 18 zumindest teilweise mit einem Gewinde versehen sein, welches, wie oben erläutert, bei einer Drehung des Nietelements zu einer zusätzlichen Vorschub leistenden Schraubkraft führt.
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In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird der Schaft 19 des Nietelements 18 durch den Werkstückstapel 15 hindurchgeführt. Dabei verdrängtes Material kann in den zwischen der Arbeitsfläche 28 und der Unterseite des Werkstückstapels 15 bestehenden Freiraum ausweichen, welches anschließend beispielsweise über Druckluft oder Absaugung aus dem Freiraum entfernt werden kann. Alternativ kann das verdrängte Material, sofern es plastifizierbar ist, in den Schließkopf mit eingeformt werden.
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4 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung der vorherigen Figuren zur Darstellung eines weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes. Es ist erkennbar, dass das Nietelement 18 vom Vorschubelement 33 entlang der Axialrichtung 30 nach unten bewegt wurde, so dass der Schaft 19 des Nietelements 18 einen Durchgang durch den Werkstückstapel 15 erzeugt hat. Dazu wurde das Nietelement 18 relativ zum Werkstückstapel 15 in Drehung versetzt, um die Werkstücke 16, 17 lokal in einen plastifizierten Zustand zu versetzen, welcher das Durchführen des Schafts 19 durch die Werkstücke 16, 17 erleichtert.
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Nach der oben bereits beschriebenen Entfernung des verdrängten Werkstückmaterials wurde außerdem das Druckstück 24 zusammen mit der Arbeitsfläche 28 relativ zum Gegenhalter 13 sowie zum Werkstückstapel 15 nach oben verschoben, so dass sich die Arbeitsfläche 28 nun in unmittelbarer Nähe der Unterseite des Werkstückstapels befindet.
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5 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung erneut in einem Zustand nach der Herstellung der Nietverbindung. Durch eine Drehung des Antriebselements 25 um die Axialrichtung 30 wird das Druckstück 24 in eine Taumelbewegung versetzt, durch die die Arbeitsfläche 28 auf dem vorderen Abschnitt des Schafts 19 abgewälzt und dadurch Knet-Umformenergie in den Schaft 19 eingebracht wird, um diesen zum Schließkopf 21 umzuformen. Während der Umformung übt die Vorschubeinheit 33 weiterhin eine Vorschubkraft auf das Nietelement aus, um den Umformprozess zu befördern. Gleichzeitig wird auch das Druckstück 24 mit einer entlang der Axialrichtung 30 nach oben gerichteten Kraft beaufschlagt um die gewünschte Umformung zu unterstützen.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Taumelbewegung ist es nicht erforderlich, dass das Nietelement 18 während des Umformens des vorderen Abschnitts des Schafts 19 relativ zur Arbeitsfläche 28 in Drehung versetzt wird. Vielmehr ist die Knet-Umformenergie, welche durch die Taumelbewegung auf das Nietelement übertragen wird, ausreichend, um die gewünschte Umformung zu erzielen. Während des Umformens erhitzt sich der Schließkopf 21 dadurch weniger stark, so dass das aus faserverstärktem Kunststoff bestehende Werkstück 17 nicht beschädigt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015217525 A1 [0002]
