DE102019005076A1

DE102019005076A1 - Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile, Steuergerät sowie Fertigungseinrichtung

Info

Publication number: DE102019005076A1
Application number: DE102019005076.2A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Walther; Andreas Kalitzki; Vanessa Guhr
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2020-01-09

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Fügevorrichtung, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:
a) Anordnen der wenigstens zwei Bauteile in einer Fügeposition,
b) Eindrücken eines Niets mittels eines Stempels in die wenigstens zwei Bauteile, wobei der Stempel mit einer Kraft beaufschlagt wird,
c) zumindest zeitweises Erfassen der Kraft, mit welcher der Stempel beaufschlagt wird,
d) Prüfen, ob die in Verfahrensschritt c) erfasste Kraft einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet,
e) Ausschleusen der in Verfahrensschritt b) miteinander verbundenen mindestens zwei Bauteile, wenn gemäß Verfahrensschritt d) festgestellt wurde, dass der Grenzwert überschritten wurde,
f) Prüfen, ob die in Verfahrensschritt e) ausgeschleusten mindestens zwei Bauteile, eine fehlerhafte Verbindung aufweisen,
g) Berücksichtigen einer gemäß Verfahrensschritt c) erfassten Kraft während des Eindrückens als in Ordnung, wenn bei der gemäß Verfahrensschritt f) durchgeführten Prüfung festgestellt wird, dass die Verbindung der mindestens zwei Bauteile in Ordnung ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Fügevorrichtung, ein Steuergerät sowie eine Fertigungseinrichtung.
Fügeverfahren sind prinzipiell bekannt, wobei zwei zu verbindende Bauteile - manchmal auch als Fügepartner bezeichnet - mittels eines Niets verbunden werden. Ein vorheriges Durchbohren der beiden zu verbindenden Bauteile ist nicht zwingend notwendig. Der Niet wird mittels eines Stempels beziehungsweise eines Stempelwerkzeugs in die zwei zu verbindende Bauteile eingedrückt, wobei teilweise ein entsprechender Gegenhalter benötigt wird. Dies stellt insbesondere sicher, dass der Eindrückprozess kontrolliert abläuft und somit keine Fehler, insbesondere Verbindungsfehler, auftreten.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2016 214 943 A1 ist ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Stanznietvorrichtung bekannt, wobei die wenigstens zwei Bauteile zwischen einem Stempel und einem Gegenhalter angeordnet werden, wobei ein zwischen dem Stempel und einem dem Stempel zugewandten Bauteil der wenigstens zwei Bauteile angeordneter Niet mittels des Stempels in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt wird, indem der Stempel mit einer Kraft beaufschlagt wird, und wobei während des Eindrückens des Niets zumindest zeitweise ein Gradient der Kraft ermittelt wird, sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung bereitgestellt wird.
Nachteilig am bisher bekannten Stand der Technik ist, dass bei der Anwendung eines Grenzwertes auf eine Kraft oder auf einen Gradient der Kraft als Ausschlusskriterium - wobei es sich bei der Kraft um die Kraft handelt, welche zum Eindrücken des Niets in die zwei zu verbindenden Bauteile notwendig ist - viele verbundene Bauteile ausgeschleust werden, welche überhaupt nicht fehlerhaft verbunden sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Fügevorrichtung, ein Steuergerät sowie eine Fertigungseinrichtung zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die vorliegende technische Lehre bereitgestellt wird, insbesondere die Lehre der unabhängigen Ansprüche sowie der in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung offenbarten bevorzugten Ausführungsformen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Fügevorrichtung geschaffen wird, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

a) Anordnen der wenigstens zwei Bauteile in einer Fügeposition,
b) Eindrücken eines Niets mittels eines Stempels in die wenigstens zwei Bauteile, wobei der Stempel mit einer Kraft beaufschlagt wird,
c) zumindest zeitweises Erfassen, insbesondere Ermitteln, der Kraft, mit welcher der Stempel beaufschlagt wird,
d) Prüfen, ob die in Verfahrensschritt c) erfasste Kraft einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet,
e) Ausschleusen der in Verfahrensschritt b) miteinander verbundenen mindestens zwei Bauteile, wenn gemäß Verfahrensschritt d) festgestellt wurde, dass der Grenzwert überschritten wurde,
f) Prüfen, insbesondere während einer Nachbearbeitung, ob die in Verfahrensschritt e) ausgeschleusten mindestens zwei Bauteile eine fehlerhafte Verbindung aufweisen,
g) Berücksichtigen, insbesondere Rückmelden beziehungsweise Kennzeichnen, einer gemäß Verfahrensschritt c) erfassten Kraft während des Eindrückens als in Ordnung, obwohl der vorgebbare Grenzwert überschritten wurde und demgemäß zunächst gemäß Verfahrensschritt e) ausgeschleust wurde, wenn bei der gemäß Verfahrensschritt f) durchgeführten Prüfung festgestellt wird, dass die Verbindung der mindestens zwei Bauteile in Ordnung ist.

Dieses Verfahren hat insbesondere den Vorteil, dass die Anzahl der fälschlicherweise ausgeschleusten Bauteile signifikant (bis zu 90 %) reduziert werden kann, wenn durch eine weitere Maßnahme, im Sinne eines weiteren Regelkreises, erfasste Kräfte, welche zwar den vorgebbaren Grenzwert überschritten, jedoch nicht zu einer fehlerhaften Verbindung geführt haben, bei der Anwendung des Grenzwerts berücksichtigt werden. Insofern ist es möglich, in ganz erheblichem Maße falsche Ausschleusungen zu vermeiden, wodurch insbesondere Kosten reduziert und eine schnellere Produktion ermöglicht wird.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff „Berücksichtigen“ auch ein Kennzeichnen, Merken, insbesondere Speichern, verstanden werden. Insbesondere soll unter dem Begriff „Berücksichtigen“ ein Anpassen des vorgebbaren Grenzwerts, insbesondere einer Hüllkurve oder allgemein eines entsprechend anzuwendenden Kriteriums, verstanden werden.
In Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter dem Begriff „Fügeposition“ in Bezug auf die wenigstens zwei Bauteile, eine Position verstanden werden, in welcher die wenigstens zwei Bauteile bestimmungsgemäß zueinander gefügt werden sollen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Verfahrensschritt a) beim Anordnen der wenigstens zwei Bauteile in der Fügeposition die wenigstens zwei Bauteile zwischen dem Stempel und einem Gegenhalter angeordnet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fügevorrichtung ausgewählt ist aus einer Gruppe bestehend aus Clinch-Vorrichtung, einer Confix-Vorrichtung, einer Impactvorrichtung oder einer Fließlochschraub-Vorrichtung (FLS-Vorrichtung). Mit anderen Worten ist bevorzugt vorgesehen, dass die Fügevorrichtung eingerichtet ist ein Fügeverfahren auszuführen, welches ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus Clinchverfahren, Confixverfahren, Impactverfahren (Nageln) oder Fließlochschraubverfahren (FLS-Verfahren). Durch diese Verfahren ist es insbesondere möglich situationsgerecht einseitige - das heißt für das Fügeverfahren muss der Zugang zu den mindestens zwei Bauteilen nur von einer Seite bestehen - oder zweiseitig - das heißt die mindestens zwei Bauteile müssen von beiden Seiten zugänglich sein - Fügeverfahren bereitzustellen. Bei den oben genannten Verfahren handelt es sich beim Clinch-Verfahren und dem Confix-Verfahren um zweiseitige und beim Impactverfahren und dem FLS-Verfahren um einseitige Verfahren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Verfahrensschritt g) statt der gemäß Verfahrensschritt c) erfassten Kraft ein Kraft-Weg-Verlauf und/oder ein Kraft-Zeit-Verlauf, insbesondere ein Gradient eines Kraft-Weg-Verlaufs und/oder eines Kraft-Zeit-Verlaufs, erfasst wird, wobei entsprechend in Verfahrensschritt d) statt einem vorgebbaren Grenzwerts eine Hüllkurve, insbesondere ein mehrdimensionaler Grenzwert, verwendet wird.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass statt einer Kraft ein Kraft-Weg-Verlauf und/oder ein Kraft-Zeit-Verlauf erfasst wird. Hierdurch wird auf einfache Art und Weise gewährleistet, dass ein fehlerhaftes Eindrücken des Niets in die zwei zu verbindende Bauteile detektiert wird, da häufig ein derartig fehlerhaftes Verbinden mit einer ruckartigen Eindrückbewegung verbunden ist. Eine solche ruckartige Verbindung ist in einem Kraft-Weg-Verlauf und/oder einem Kraft-Zeit-Verlauf als steiler Anstieg oder Absinken zu erkennen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass aus dem Kraft-Weg-Verlauf und/oder Kraft-Zeit-Verlauf ein Gradient ermittelt wird, welcher anstatt des Kraft-Weg-Verlaufs oder Kraft-Zeit-Verlaufs verwendet wird. Wie auch schon in Zusammenhang mit der vorherigen Ausführungsform ausgeführt, lässt sich anhand eines Gradienten besonders einfach eine ruckartige Eindrückbewegung detektieren, da ein steiler Anstieg oder Absinken der Kraft in einem Kraft-Weg-Verlauf und/oder einem Kraft-Zeit-Verlauf in einem Diagramm des Gradienten als Hochpunkte beziehungsweise Tiefpunkte einfach zu erkennen sind. Insofern ist es auf einfache Art und Weise möglich, eine wahrscheinlich fehlerhafte Verbindung frühzeitig zu erkennen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einem Berücksichtigen gemäß Verfahrensschritt g), solche Muster in einem Kraft-Weg-Verlauf und/oder einem Kraft-Zeit-Verlauf oder solche Muster in einem Gradienten eines Kraft-Weg-Verlaufs und/oder eines Kraft-Zeit-Verlaufs berücksichtigt werden, welche zwar einen vorgebbaren Grenzwert beziehungsweise eine Hüllkurve überschritten haben, jedoch bei einer nachfolgenden Prüfung keine fehlerhafte Verbindung detektiert wurde. Insofern ist eine entsprechende Anpassung des vorgebbaren Grenzwerts beziehungsweise der vorgebbaren Hüllkurve noch deutlich genauer möglich.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Steuergerät, welches angeordnet und eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung und/oder eines Verfahrens gemäß der bereits offenbarten Ausführungsformen. In Zusammenhang mit dem Steuergerät verwirklichen sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile.
Die Aufgabe wird auch durch eine Fertigungseinrichtung gelöst, aufweisend eine Fügevorrichtung mit einem Stempel sowie einem Steuergerät gemäß der Erfindung. In Zusammenhang mit der Fertigungseinrichtung verwirklichen sich insbesondere die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren oder dem Steuergerät erläuterten Vorteile.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Fertigungseinrichtung zusätzlich einen Gegenhalter aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur einen schematischen Ablaufplan des Verfahrens.
Der einzigen Figur ist ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Fügevorrichtung zu entnehmen, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

a) Anordnen der wenigstens zwei Bauteile in einer Fügeposition;
b) Eindrücken eines Niets mittels eines Stempels in die wenigstens zwei Bauteile, wobei der Stempel mit einer Kraft beaufschlagt wird,
c) zumindest zeitweises Erfassen der Kraft, mit welcher der Stempel beaufschlagt wird,
d) Prüfen, ob die in Verfahrensschritt c) erfasste Kraft einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet,
e) Ausschleusen der in Verfahrensschritt b) miteinander verbundenen mindestens zwei Bauteile, wenn gemäß Verfahrensschritt d) festgestellt wurde, dass der Grenzwert überschritten wurde,
f) Prüfen, ob die in Verfahrensschritt e) ausgeschleusten mindestens zwei Bauteile eine fehlerhafte Verbindung aufweisen,
g) Berücksichtigen einer gemäß Verfahrensschritt c) erfassten Kraft während des Eindrückens als in Ordnung, wenn bei der gemäß Verfahrensschritt f) durchgeführten Prüfung festgestellt wird, dass die Verbindung der mindestens zwei Bauteile in Ordnung ist.

Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass statt einer Kraft ein Kraft-Weg-Verlauf und/oder ein Kraft-Zeit-Verlauf erfasst wird.
Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass aus dem Kraft-Weg-Verlauf und/oder Kraft-Zeit-Verlauf ein Gradient ermittelt wird, welcher anstatt des Kraft-Weg-Verlaufs oder Kraft-Zeit-Verlaufs verwendet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016214943 A1 [0003]

Claims

Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Fügevorrichtung, wobei folgende Schritte ausgeführt werden: a) Anordnen der wenigstens zwei Bauteile in einer Fügeposition, b) Eindrücken eines Niets mittels eines Stempels in die wenigstens zwei Bauteile, wobei der Stempel mit einer Kraft beaufschlagt wird, c) zumindest zeitweises Erfassen der Kraft, mit welcher der Stempel beaufschlagt wird, d) Prüfen, ob die in Verfahrensschritt c) erfasste Kraft einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet, e) Ausschleusen der in Verfahrensschritt b) miteinander verbundenen mindestens zwei Bauteile, wenn gemäß Verfahrensschritt d) festgestellt wurde, dass der Grenzwert überschritten wurde, f) Prüfen, ob die in Verfahrensschritt e) ausgeschleusten mindestens zwei Bauteile, eine fehlerhafte Verbindung aufweisen, g) Berücksichtigen einer gemäß Verfahrensschritt c) erfassten Kraft während des Eindrückens als in Ordnung, wenn bei der gemäß Verfahrensschritt f) durchgeführten Prüfung festgestellt wird, dass die Verbindung der mindestens zwei Bauteile in Ordnung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass statt einer Kraft ein Kraft-Weg-Verlauf und/oder ein Kraft-Zeit-Verlauf erfasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Kraft-Weg-Verlauf und/oder Kraft-Zeit-Verlauf ein Gradient ermittelt wird, welcher anstatt des Kraft-Weg-Verlauf oder Kraft-Zeit-Verlaufs verwendet wird.
Steuergerät, welches angeordnet und eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.
Fertigungseinrichtung, aufweisend eine Fügevorrichtung mit einem Stempel sowie einem Steuergerät gemäß Anspruch 4.