DE102021201390A1

DE102021201390A1 - Method for inserting a nail into at least one component

Info

Publication number: DE102021201390A1
Application number: DE102021201390.2A
Authority: DE
Inventors: Andre Philipskoetter; Florian Woelke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-02-15
Filing date: 2021-02-15
Publication date: 2022-08-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil, der einen Nagelkopf, eine Nagelspitze und einen Nagelschaft aufweist, bestehend aus den Schritten:- Anordnen des wenigstens einen Bauteils- Positionieren des Nagels- Eintreiben des Nagels, wobei der Nagel mit einer Kraft in Richtung des Bauteils beaufschlagt wird, sodass dieser in das wenigstens eine Bauteil eingedrückt wird.Dabei erfolgt zusätzlich zur Kraftbeaufschlagung eine Einkopplung von Schwingungen auf den Nagel und es wird ein Nagel verwendet, dessen Nagelschaft mit einer Oberflächenstruktur aus einer Abfolge von umlaufenden Rillen und/oder Erhebungen ausgebildet ist.The invention relates to a method for inserting a nail into at least one component, which has a nail head, a nail tip and a nail shank, consisting of the steps: - arranging the at least one component - positioning the nail - driving in the nail, the nail having a Force is applied in the direction of the component, so that it is pressed into the at least one component. In addition to the application of force, vibrations are coupled onto the nail and a nail is used, the nail shank of which has a surface structure consisting of a sequence of circumferential grooves and/or or surveys is formed.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Bauteilanordnung zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil.The present invention relates to a method and a component arrangement for inserting a nail into at least one component.

Stand der TechnikState of the art

Nagelverfahren dienen zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil. Die Nagel-Technik bzw. das Einpressen oder Einbringen von Nägeln in ein Bauteil ist im Besonderen für schwer und insbesondere nur einseitig zugängliche Bauteile geeignet. Beim Einpressen des Nagels trifft dieser, in der Regel angetrieben durch eine über Druckluftentladung beschleunigte Masse bzw. einen Stößel, impulsartig mit hoher Geschwindigkeit auf das wenigstens eine Bauteil und durchdringt dieses mit seinem Schaft. Die sehr hohen Geschwindigkeiten und die Bauteilträgheit führen während des Eintreibens des Nagels zu vergleichsweise geringen Bauteildeformationen. Gleichzeitig wird insbesondere bei höher- bzw. hochfesten Stahlwerkstoffen aufgrund der Verpressung und Stauchung des Werkstoffs bzw. des mindestens einen Bauteils ein Kraftschluss erreicht.Nailing methods are used to insert a nail into at least one component. The nail technique or the pressing or insertion of nails into a component is particularly suitable for components that are difficult to access and, in particular, only accessible from one side. When the nail is pressed in, it hits the at least one component in a pulsed manner at high speed, usually driven by a mass accelerated by compressed air discharge or a ram, and penetrates it with its shank. The very high speeds and the inertia of the component result in comparatively little deformation of the component while the nail is being driven in. At the same time, in particular in the case of higher-strength or high-strength steel materials, a frictional connection is achieved due to the pressing and compression of the material or of the at least one component.

Die DE 10 2010 006 404 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Nagelverbindung zwischen zwei nicht vorgelochten Bauteilen in einem Fügebereich mittels eines von einem Setzgerät im Wesentlichen drehungsfrei in die Bauteile eingebrachten Nagels. Der Nagel wird in zwei Schritten eingedrückt, indem dieser in einem ersten Verfahrensschritt mit einer schlagartigen Bewegung mit hoher Geschwindigkeit im Fügebereich nur teilweise in die Bauteile eingetrieben und in einem zweiten Verfahrensschritt vollständig in die Bauteile in eine Endstellung gebracht wird.the DE 10 2010 006 404 A1 describes a method for producing a nail connection between two components that have not been pre-punched in a joining area by means of a nail that is introduced into the components by a setting tool with essentially no rotation. The nail is pressed in in two steps: in a first process step, it is only partially driven into the components with a sudden movement at high speed in the joining area and, in a second process step, it is completely brought into the components in an end position.

Bei solchen Verfahren zum Einpressen oder Einbringen von Nägeln in ein Bauteil erfordern es die hohen Fügekräfte, dass das Bauteil sehr steif ausgelegt ist, um ungewünschte und bleibende Deformation des Bauteils zu vermeiden. Durch eine steife Auslegung können die Fügekräfte ohne zu große Deformation abgefangen werden.In such methods for pressing or inserting nails into a component, the high joining forces require the component to be designed to be very stiff in order to avoid unwanted and permanent deformation of the component. Due to a rigid design, the joining forces can be absorbed without excessive deformation.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Bauteilanordnung zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, a method and a component arrangement for inserting a nail into at least one component are proposed with the features of the independent patent claims. Advantageous configurations are the subject of the dependent claims and the following description.

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Einbringen bzw. Einpressen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil, der einen Nagelkopf, eine Nagelspitze und einen Nagelschaft aufweist, bestehend aus den Schritten:

- Anordnen des wenigstens einen Bauteils
- Positionieren des Nagels
- Eintreiben des Nagels, wobei der Nagel mit einer Kraft in Richtung des Bauteils beaufschlagt wird, sodass dieser in das wenigstens eine Bauteil eingedrückt wird. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass zusätzlich zur Kraftbeaufschlagung eine Einkopplung von Schwingungen auf den Nagel erfolgt und dass ein Nagel verwendet wird, dessen Nagelkopf eine kreisförmige Oberfläche hat, die symmetrisch um eine Längsachse des Nagels in Richtung deren Umfang gekrümmt ist.

The invention is based on a method for inserting or pressing a nail into at least one component which has a nail head, a nail tip and a nail shank, consisting of the steps:

- Arranging the at least one component
- Positioning of the nail
- Driving in the nail, the nail being subjected to a force in the direction of the component, so that it is pressed into the at least one component. According to the invention, vibrations are coupled onto the nail in addition to the application of force, and that a nail is used whose nail head has a circular surface that is symmetrically curved around a longitudinal axis of the nail in the direction of its circumference.

Durch die Einkopplung von Schwingungen in den Nagel kann die Kraft, mit der der Nagel in Richtung des Bauteils beaufschlagt wird, reduziert werden. Statt mit kontinuierlich ansteigender Kraft wird der Nagel mit den feinen Bewegungen der eingekoppelten Schwingungen durch das Bauteil getrieben. Hierdurch kann der Nagel mit reduzierten Fügekräften in Fügerichtung auf den Nagel in das Bauteil eingedrückt werden, die Prozesskräfte können erheblich reduziert werden und als wesentlicher Nebeneffekt hierdurch geht eine Reduzierung der Geräuschemission einher. Hohe Geräuschemissionen durch den bisher üblichen, impulsförmigen Setzprozess (Auftreffen des Nagels auf das Bauteil mit Schalldruckpegeln mitunter größer als 105 dB(A)) können vermieden oder zumindest reduziert werden. Entsprechend sind damit verbundene Maßnahmen zur Schallschutzisolierung mitunter einer kompletten Anlage (d.h. Einhausung der Anlagentechnik) nicht mehr oder zumindest nur noch in reduziertem Umfang nötig. Auch ist eine aufwändige Auslegung der Fügestellen bzw. der Bauteile zur Vermeidung von Bauteildeformationen nicht mehr oder nur noch in geringerem Umfang nötig, was insbesondere auf die durch die Schwingungseinkopplung reduzierte Kraft bzw. Fügekraft zurückzuführen ist. Gleichzeitig wird die Anpress- bzw. Haltekraft zwischen Nagel und Bauteil positiv beeinflusst, indem der Nagelkopf eine Oberfläche hat, die symmetrisch um eine Längsachse des Nagels in Richtung des Umfangs gekrümmt ist.By injecting vibrations into the nail, the force applied to the nail in the direction of the component can be reduced. Instead of using continuously increasing force, the nail is driven through the component with the fine movements of the coupled vibrations. As a result, the nail can be pressed into the component with reduced joining forces in the joining direction onto the nail, the process forces can be significantly reduced and, as a significant side effect, this is accompanied by a reduction in noise emissions. High noise emissions due to the impulsive setting process that has been common up to now (the nail hitting the component with sound pressure levels sometimes exceeding 105 dB(A)) can be avoided or at least reduced. Correspondingly, associated measures for sound insulation are sometimes no longer necessary for a complete system (i.e. enclosing the system technology) or at least only to a reduced extent. A complex design of the joints or the components to avoid component deformation is no longer necessary or only to a lesser extent, which can be attributed in particular to the reduced force or joining force due to the coupling of vibrations. At the same time, the contact pressure or holding force between the nail and the component is positively influenced in that the nail head has a surface that is symmetrically curved around a longitudinal axis of the nail in the direction of the circumference.

Die erfindungsgemäße Ausführung der Nagelkopfoberfläche stellt als Zentrierkontur eine mittige Einbringung der Ultraschallschwingungen sicher. Der Nagel zentriert sich bei jedem erneuten Ultraschallschlag selbst über seine Zentrierkontur an der werkzeugabseitigen Nagelkopfoberfläche im Werkzeug und dadurch wird die Krafteinleitung und die Ultraschalleinleitung in den Nagel verbessert wird. Die Kombination der Merkmale Zentrierkontur als symmetrisch um eine Längsachse des Nagels in Richtung des Umfangs gekrümmte Oberfläche des Nagelkopfes und die Einkopplung von Schwingungen ist auch so besonders vorteilhaft, weil sie eine hohe Festigkeit der Verbindung mit einer niedrigen Fügekraft kombiniert.The design of the nail head surface according to the invention ensures a central introduction of the ultrasonic vibrations as a centering contour. With each new ultrasonic impact, the nail centers itself via its centering contour on the surface of the nail head away from the tool in the tool, and this improves the introduction of force and the introduction of ultrasound into the nail. The combination of the features of the centering contour as a surface of the nail curved symmetrically around a longitudinal axis of the nail in the direction of the circumference Nail head and the coupling of vibrations is also particularly advantageous because it combines a high strength of the connection with a low joining force.

Es sei angemerkt, dass grundsätzlich auf diese Weise zwar ein Nagel auch in nur ein Bauteil eingebracht werden kann, besonders bevorzugt ist aber das Einbringen eines Nagels in zwei oder mehr Bauteile, um diese miteinander zu verbinden.It should be noted that, in principle, a nail can also be introduced into just one component in this way, but it is particularly preferred to introduce a nail into two or more components in order to connect them to one another.

Das vorgeschlagene Verfahren bietet weiterhin die Vorteile der herkömmlichen Nagel-Technik, d.h. es wird beispielsweise das Fügen ohne Vorlochen bei (nur) einseitiger Zugänglichkeit ermöglicht. Das Verfahren eignet sich insbesondere auch zum Fügen von hochfesten Werkstoffen wie Stählen und auch Faserverbundwerkstoffen. Es ist auch für einen Einsatz für Misch-, Mehrlagen- und Hybridverbindungen geeignet. Auch kann es in Kombination mit einer Klebetechnik verwendet werden, d.h. zwei oder ggf. mehr Bauteile werden miteinander verklebt und zusätzlich mit Nägeln verbunden bzw. fixiert. Oftmals dienen die Nägel dann nur der temporären Fixierung, während die Klebeverbindung aushärtet.The proposed method also offers the advantages of conventional nailing technology, i.e. joining without pre-punching is made possible with (only) one-sided accessibility. The process is particularly suitable for joining high-strength materials such as steel and fiber composites. It is also suitable for use in mixed, multi-layer and hybrid connections. It can also be used in combination with an adhesive technique, i.e. two or more components are glued together and additionally connected or fixed with nails. The nails are then often only used for temporary fixation while the adhesive bond hardens.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung werden die Schwingungen als Ultraschallschwingungen, insbesondere durch einen Ultraschallgenerator erzeugt. Hierbei handelt es sich um eine einfache Methode zur Schwingungserzeugung. Ultraschallgeneratoren erzeugen Frequenzen, die oberhalb des Hörbereiches des menschlichen Gehörs liegen. Für die Nageltechnik sind Schwingungen mit einer Frequenz zwischen 10 kHz und 100 kHz, bevorzugt zwischen 15 kHz und 50 kHz zweckmäßig. Hierzu kann ein Ultraschallgenerator verwendet werden, der - im Sinne eines Funktionsgenerators - mit einem beispielsweise elektromechanischen Schwingungskonverter, beispielsweise einem Piezokonverter, eines Schwingsystems verbunden wird. Ein Schwingsystem weist typischerweise einen Schwingungskonverter, eine Sonotrode und ggf. einen Amplitudenverstärker auf, ist einfach bereitzustellen und zudem ausreichend für eine Reduzierung der nötigen Kraft zum Eindrücken des Niets.According to a preferred embodiment, the vibrations are generated as ultrasonic vibrations, in particular by an ultrasonic generator. This is a simple method of generating vibrations. Ultrasonic generators generate frequencies that are above the audible range of human hearing. Vibrations with a frequency between 10 kHz and 100 kHz, preferably between 15 kHz and 50 kHz, are expedient for the nail technique. An ultrasonic generator can be used for this purpose, which—in the sense of a function generator—is connected to an oscillating system, for example an electromechanical oscillating converter, for example a piezo converter. An oscillating system typically has an oscillating converter, a sonotrode and possibly an amplitude amplifier, is easy to provide and is also sufficient to reduce the force required to press in the rivet.

Wenn die Schwingungen in longitudinaler Richtung d.h. mit Schwingung in Fügerichtung in den Nagel und/oder wenigstens das eine Bauteil eingekoppelt werden, werden insgesamt geringere Eindrück- bzw. Einpresskräfte für den Nagel benötigt.If the vibrations in the longitudinal direction, i.e. with vibrations in the joining direction, are coupled into the nail and/or at least one component, lower pressing-in or press-in forces are required overall for the nail.

Besonders bevorzugt ist es auch, wenn der Nagel mittels eines in Schwingung versetzten Werkzeugs, wie beispielsweise des schon erwähnten Schwingsystems bzw. eines Teils davon, beispielsweise der Sonotrode oder eines Stempels, hämmernd in das Bauteil eingedrückt wird. Unter einem hämmernden Eindrücken soll dabei ein Eindrücken mittels sehr hoher Anzahl, beispielsweise mehrere Tausend innerhalb kurzer Zeit wie einer Sekunde an Schlägen bzw. Impulsen des Werkzeugs auf den Nagel verstanden werden. Die Schläge werden dabei durch die Schwingungen der Sonotrode bzw. des Stempels erzeugt und auf den Nagel aufgebracht. Hierzu kann die Frequenz der Schwingung unter Berücksichtigung einer typischen Eigenfrequenz des Bauteilsystems ausgewählt werden. Dabei sollte die Anregungsfrequenz der Schwingung ungleich der Eigenfrequenz des Bauteilsystems sein.It is also particularly preferred if the nail is hammered into the component by means of a tool set in vibration, such as the already mentioned oscillating system or a part thereof, for example the sonotrode or a stamp. A hammering indentation is to be understood as an indentation by means of a very large number, for example several thousand, of impacts or impulses of the tool on the nail within a short time of one second. The impacts are generated by the vibrations of the sonotrode or the punch and are applied to the nail. For this purpose, the frequency of the vibration can be selected taking into account a typical natural frequency of the component system. The excitation frequency of the vibration should not be equal to the natural frequency of the component system.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung hat das Werkzeug nagelseitig eine Kontaktfläche, die zumindest in einem Radius um eine Längsachse des Werkzeugs gegengleich zur Oberfläche des Nagelkopfes ausgeführt ist. Das bedeutet, dass die Kontaktfläche eine Zentrierkontur aufweist, die als Negativ zur Zentrierkontur der Nagelkopfoberfläche ausgebildet ist. Da es beim ultraschallunterstützten Nagelprozess im Prozessregime „Hämmern“ dazu kommt, dass der Nagel immer wieder den Kontakt zum Werkzeug verliert, ist die Kombination der Merkmale gegengleiche Ausführung der Zentrierkonturen in Form von gegengleicher Ausführung der Oberfläche des Werkzeugs zur Oberfläche des Nagelkopfes besonders vorteilhaft, weil sich der Nagel über die symmetrisch um eine Längsachse des Nagels in Richtung des Umfangs gekrümmte Oberfläche des Nagelkopfes selbst bei jedem Ultraschallschlag selbst in der gegengleichen Oberfläche des Nagelkopfes zentriert und der Nagelverlauf stabilisiert wird. Gleichzeitig reduziert sich der Verschleiß am Nagelkopf und am Werkzeug.According to a preferred embodiment, the tool has a contact surface on the nail side, which is designed to be opposite to the surface of the nail head, at least in a radius around a longitudinal axis of the tool. This means that the contact surface has a centering contour that is designed as a negative to the centering contour of the nail head surface. Since the nail repeatedly loses contact with the tool during the ultrasonically supported nailing process in the "hammering" process regime, the combination of the features of the opposite design of the centering contours in the form of the opposite design of the surface of the tool to the surface of the nail head is particularly advantageous because the nail is centered on the surface of the nail head which is symmetrically curved around a longitudinal axis of the nail in the direction of the circumference, even with each ultrasonic impact, in the opposite surface of the nail head and the course of the nail is stabilized. At the same time, wear and tear on the nail head and tool is reduced.

Wenn die Oberfläche des Nagelkopfes konkav oder konvex, insbesondere parabolisch ausgeführt ist, ist die Herstellung des Nagelkopfes besonders einfach. Dabei kann der Radius der Verrundung beliebig ausgeformt werden. Die Kontaktfläche der Sonotrode ist dann gegengleich ausgeführt. Damit wird erreicht, dass sich der Nagel sehr einfach und sicher selbst an der Kontaktfläche der Sonotrode zentriert und der Nageleinpressverlauf stabilisiert ist. Es sind jedoch auch beliebig andere balligähnliche Freiformflächen möglich, die beispielsweise über die Oberfläche den Radius ändern. Typischerweise wird der Radius vom Werkzeug und Nagel aufeinander angepasst. Prozessbedingt kann es vorteilhaft sein, den Radius vom Werkzeug und Nagel unterschiedlich zu gestalten, damit sich die beiden Radien im Fügeprozess aufgrund unterschiedlicher Härten und Verformbarkeiten der Werkstoffe von Werkzeug und Nagel sowie deren Steifigkeiten aneinander schmiegen können um die Fügekräfte und die Ultraschallschwingungen besser übertragen zu können.If the surface of the nail head is concave or convex, in particular parabolic, the manufacture of the nail head is particularly simple. The radius of the rounding can be shaped as desired. The contact surface of the sonotrode is then designed to be opposite. This ensures that the nail centers itself very easily and safely on the contact surface of the sonotrode and the course of the nail press-in is stabilized. However, any other convex-like free-form surfaces are also possible, which change the radius over the surface, for example. Typically, the radius of the tool and nail is matched to each other. Depending on the process, it can be advantageous to design the radius of the tool and nail differently so that the two radii can nestle against each other during the joining process due to the different hardnesses and deformabilities of the materials of tool and nail and their stiffness in order to be able to better transfer the joining forces and ultrasonic vibrations .

Bei einer parabolischen Ausführung kann der Brennpunkt der Parabolfläche so gelegt werden, dass die Kräfte und Ultraschallschwingungen vorteilhaft in den Fügeprozess eingeleitet werden.With a parabolic design, the focal point of the parabolic surface can be placed in such a way that the forces and ultrasonic vibrations are advantageously introduced into the joining process.

Besonders bevorzugt ist es auch, wenn die Oberfläche des Nagelkopfes mit einer kegelförmigen Ausnehmung ausgeführt ist. Eine kegelförmige Ausnehmung der Nagelkopfoberfläche ist besonders einfach herzustellen und ermöglicht eine besonders schnelle Zentrierung und eine sehr gezielte Kraft- und Ultraschalleinleitung in den Nagel. Die Kontaktfläche der Sonotrode kann zumindest abschnittsweise gegengleich mit einer kegelförmigen Erweiterung ausgeführt sein. Prozessbedingt kann es vorteilhaft sein, den Radius der kegelförmigen Erweiterung der Sonotrode und den Radius der kegelförmigen Ausnehmung in der Oberfläche 22 unterschiedlich zu gestalten, damit diese im Fügeprozess aufgrund unterschiedlicher Härten und Verformbarkeiten der Werkstoffe von Werkzeug und Nagel sowie deren Steifigkeiten aneinander schmiegen können um die Fügekräfte und die Ultraschallschwingungen besser übertragen zu können. Dies wird beispielsweise unterstützt, indem die kegelförmige Erweiterung sich über die ganze Kontaktfläche erstreckt, um eine einfache Herstellung zu ermöglichen. Ebenso ist natürlich die umgekehrte Ausführung realisierbar, bei der die kegelförmige Erweiterung an der Oberfläche umgesetzt ist und die kegelförmige Ausnehmung an der Kontaktfläche ausgebildet ist.It is also particularly preferred if the surface of the nail head is designed with a conical recess. A conical recess in the surface of the nail head is particularly easy to produce and enables particularly rapid centering and a very targeted introduction of force and ultrasound into the nail. The contact surface of the sonotrode can be designed, at least in sections, in opposite directions with a conical enlargement. Depending on the process, it can be advantageous to design the radius of the conical expansion of the sonotrode and the radius of the conical recess in the surface 22 differently so that they can nestle against each other during the joining process due to the different hardnesses and deformabilities of the materials of the tool and nail and their stiffness To be able to transfer joining forces and ultrasonic vibrations better. This is supported, for example, by the conical widening extending over the entire contact surface in order to enable simple manufacture. Of course, the reverse embodiment can also be implemented, in which the conical widening is implemented on the surface and the conical recess is formed on the contact surface.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Nagelkopf reduziert ausgeführt. Da beim ultraschallunterstützten Nagelprozess die Fügekraft deutlich reduziert ist, ist auch die Flächenpressung im Prozess deutlich geringer, sodass weniger Auflagefläche zwischen Nagel und Werkzeug erforderlich ist, um die Kräfte übertragen zu können. Zudem kann die Steifigkeit des Nagelkopfes reduziert werden, indem beispielsweise die Wandstärke kleiner ausgeführt wird. So kann an Material und Gewicht gespart werden, was auch zu geringeren Kosten führt. Bei vielen Prozessen kann sogar weitgehend auf den Nagelkopf verzichtet werden, da die Fügeverbindung vorwiegend durch den Nagelschaft mittels Kraftschluss erzeugt wird. Bei vielen Prozessen kann sogar weitgehend auf den Nagelkopf verzichtet werden, da die Fügeverbindung vorwiegend durch den Nagelschaft mittels Kraftschluss erzeugt wird und die Nagelverbindung im Karosseriebau primär zur mechanischen Fixierung der Bauteile, bis zur Aushärtung des Klebstoffes genutzt wird. Der Nagelkopf hat hierzu in vielen Fällen nur einen kleinen Beitrag zur Verbindungsfestigkeit. Auch wenn Fügeverbindungen hauptsächlich auf Scherung und weniger auf „Kopfzug“ oder „Schälen“ belastet werden, kann der Nagelkopf kleiner ausgeführt werden oder sogar ganz entfallen, sodass nur noch der Schaft als Fügeelement übrigbleibt. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit den Nagel im Werkzeug zu halten wodurch der Werkzeugdurchmesser reduziert werden kann und was auch ein mögliches Verkippen des Nagels beim Setzen reduziert.According to a particularly advantageous embodiment, the nail head has a reduced design. Since the joining force is significantly reduced in the ultrasonically supported nailing process, the surface pressure in the process is also significantly lower, so that less contact surface is required between the nail and the tool in order to be able to transfer the forces. In addition, the rigidity of the nail head can be reduced, for example by making the wall thickness smaller. Material and weight can thus be saved, which also leads to lower costs. In many processes, the nail head can even be largely dispensed with, since the joint is mainly created by the nail shank by means of frictional locking. In many processes, the nail head can even be largely dispensed with, since the joint is mainly created by the nail shank by means of frictional locking and the nail connection in body construction is primarily used for mechanically fixing the components until the adhesive has hardened. In many cases, the nail head only makes a small contribution to the strength of the connection. Even if joints are mainly stressed by shear and less by "head pull" or "peeling", the nail head can be made smaller or even omitted entirely, so that only the shank remains as a joining element. This makes it possible to keep the nail in the tool, which means that the tool diameter can be reduced and which also reduces possible tilting of the nail when setting it.

Wenn der im Durchmesser reduzierte Nagelkopf abschnittsweise in die Kontaktfläche des Werkzeugs einführbar ist, ist die Zentrierung besonders einfach herstellbar und die Kraft- und Ultraschalleinleitung in den Nagel kann sehr gezielt erfolgen. Im Prozessregime „Hämmern“ verliert der Nagel immer wieder den Kontakt zum Werkzeug, sodass diese Kombination der gegengleichen Ausführung der Oberfläche des Werkzeugs zur Oberfläche des Nagelkopfes besonders vorteilhaft ist, weil sich der Nagel über den im Durchmesser reduzierten Nagelkopf selbst bei jedem Ultraschallschlag in der gegengleichen Oberfläche des Nagelkopfes einfach zentriert ist.If the nail head, which has a reduced diameter, can be inserted in sections into the contact surface of the tool, the centering can be produced particularly easily and the force and ultrasound can be introduced into the nail in a very targeted manner. In the "hammering" process regime, the nail repeatedly loses contact with the tool, so that this combination of the opposite design of the surface of the tool to the surface of the nail head is particularly advantageous, because the nail over the nail head, which is reduced in diameter, is in the opposite direction even with each ultrasonic impact surface of the nail head is simply centered.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Bauteilanordnung aus mindestens 2 Bauteilen, die durch einen Nagel verbunden sind, welcher durch das vorherig beschriebene Verfahren eingetrieben worden ist.The subject matter of the invention is also a component arrangement made up of at least 2 components which are connected by a nail which has been driven in using the method described above.

Das vorgeschlagene Verfahren wie auch die vorgeschlagene Bauteilanordnung, also die neuartige Kombination aus Ultraschallüberlagerung und erfindungsgemäßem Nagel, sind, wie schon erwähnt, vorzugsweise für den Karosseriemischbau zweckmäßig, da dort verschiedenartigste Werkstoffe miteinander zu verbinden sind, bei denen oftmals nur eine einseitige Zugänglichkeit der Fügestellen bzw. Fügeflansche gegeben ist. Mit diesem Verfahren bzw. dieser Vorrichtung können das Fließlochformschrauben und/oder das herkömmliche Einbringen von Nägeln durch die verfahrensbedingten und wirtschaftlichen Vorteile substituiert werden.As already mentioned, the proposed method as well as the proposed component arrangement, i.e. the new combination of ultrasonic superimposition and nail according to the invention, are preferably suitable for mixed bodywork construction, since there the most diverse materials have to be connected to one another, in which often only one-sided accessibility of the joints or . With this method and this device, the flow drilling screws and/or the conventional insertion of nails can be substituted by the process-related and economic advantages.

Ein weiteres Anwendungsgebiet neben der Automobilindustrie sind der Schienenfahrzeugbau und das Transportwesen, da hier profilintensive Bauweisen großflächiger Abmessungen zu verarbeiten und einseitige Zugänglichkeiten zum Fügepunkt gegeben sind.Another area of application in addition to the automotive industry is rail vehicle construction and transport, since here profile-intensive construction methods with large dimensions are to be processed and one-sided accessibility to the joining point is given.

Des Weiteren ist der Gondel- und Seilbahnbau ein mögliches Anwendungsgebiet. Hier können das vorgeschlagene Verfahren bzw. die vorgeschlagene Vorrichtung heutige Blindniet-Verbindungen ersetzen. Das für das Blindnieten erforderliche Vorlochen entfällt, sodass die Prozesskosten reduziert werden können.Furthermore, gondola and cable car construction is a possible area of application. Here, the proposed method and the proposed device can replace today's blind rivet connections. The pre-punching required for blind riveting is no longer necessary, so that the process costs can be reduced.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Figurenbeschreibung und der beiliegenden Zeichnungen.Further advantages and refinements of the invention result from the description of the figures and the accompanying drawings.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in folgenden Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically in the following drawings using exemplary embodiments shown and will be described in detail below with reference to the drawings.

Figurenlistecharacter list

1 shows schematically a device according to the invention in a preferred embodiment.
2 shows schematically a part of a device according to the invention in a preferred embodiment.
3 shows schematically a sequence of a method according to the invention in a preferred embodiment.
4 shows a nail according to the invention in a first preferred embodiment.
5 shows a nail according to the invention in a second preferred embodiment.
6 shows a nail according to the invention in a third preferred embodiment.
7 shows a nail according to the invention in a fourth preferred embodiment.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In 1 ist vereinfacht und schematisch eine Vorrichtung 100 zum Einbringen eines Nagels in wenigstens ein Bauteil in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, mittels welcher auch ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt werden kann. Bei der Vorrichtung 100 handelt es sich beispielhaft um einen Industrieroboter bzw. eine Fertigungseinrichtung, beispielsweise für einen Einsatz im automobilen Karosseriebau.In 1 is a simplified and schematic representation of a device 100 for inserting a nail into at least one component in a preferred embodiment, by means of which a method according to the invention can also be carried out. The device 100 is, for example, an industrial robot or a production device, for example for use in automobile body construction.

Die Vorrichtung 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und drei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Armglieder bzw. Komponenten 4, 5 und 6 auf, die zusammen einen motorisch bewegbaren Roboterarm bilden. Am Ende des Armes 6 ist eine Setzeinheit 10 angeordnet, wie sie beispielsweise in 2 noch detaillierter gezeigt wird und die hier nur grob schematisch angedeutet ist.The device 100 has a support structure 3 arranged on a floor and three arm members or components 4, 5 and 6 which are arranged on it, are connected to one another and are movable and which together form a robot arm which can be moved by motor. A setting unit 10 is arranged at the end of the arm 6, as is shown, for example, in 2 is shown in more detail and which is indicated here only roughly schematically.

Weiterhin ist ein Schaltschrank 90 vorgesehen, in dem eine Steuer- und Regeleinheit 91 sowie ein als Ultraschallgenerator ausgebildeter Schwingungserzeuger 92 eingebracht sind. Während die Steuer- und Regeleinheit 91 zum Ansteuern sowohl des Roboterarms als auch der Setzeinheit 10 dient, kann der Ultraschallgenerator 92 an einen Schwingungskonverter der Setzeinheit 10 angeschlossen werden, wie später in Bezug auf 2 noch näher erläutert wird.Furthermore, a control cabinet 90 is provided, in which a control and regulation unit 91 and a vibration generator 92 designed as an ultrasonic generator are installed. While the control and regulation unit 91 serves to control both the robot arm and the setting unit 10, the ultrasonic generator 92 can be connected to a vibration converter of the setting unit 10, as will be discussed later with reference to FIG 2 will be explained in more detail.

In 2 ist schematisch ein Teil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, nämlich insbesondere die Setzeinheit 10 aus 1. Die Setzeinheit 10 weist ein Schwingsystem 39 auf, das vorliegend einen elektro-mechanischen Schwingungskonverter 30, beispielsweise einen Piezo-Konverter, einen sog. Booster 31, auch als Amplitudenverstärker bezeichnet, sowie ein Werkzeug zum Eindrücken in Form einer Sonotrode 32 aufweist.In 2 a part of a device according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment, namely in particular the setting unit 10 1 . The setting unit 10 has an oscillating system 39 , which in the present case has an electromechanical oscillation converter 30 , for example a piezo converter, a so-called booster 31 , also referred to as an amplitude amplifier, and a tool for pressing in the form of a sonotrode 32 .

Der Schwingungskonverter 30 ist dabei an den elektrischen Schwingungserzeuger 92, wie er in 1 gezeigt ist, angebunden bzw. angeschlossen bzw. kann daran angebunden werden. Auf diese Weise kann das Schwingsystem 39 in Schwingung versetzt werden.The vibration converter 30 is connected to the electrical vibration generator 92, as shown in 1 shown, is attached or attached or can be attached to. In this way, the oscillating system 39 can be made to oscillate.

Das Schwingsystem 39 ist, hier über den Booster 31, in einer Gehäuseeinheit 35 gehalten. Diese Gehäuseeinheit 35 wiederum ist mit einem Antrieb 50 verbunden, sodass das Schwingsystem 39 derart an den Antrieb 50 angebunden ist, dass darüber eine Kraft F sowie eine Vorschubbewegung auf das Schwingsystem 39 übertragen werden kann, und zwar in eine Fügerichtung R. An dem Antrieb 50, der hier nur grob schematisch dargestellt ist, ist ein Flansch 51 vorgesehen, mittels welchem der Antrieb 50 beispielsweise an dem Roboterarm bzw. dem Armglied 6, wie in 1 gezeigt, angebracht werden kann.The oscillating system 39 is held in a housing unit 35 via the booster 31 here. This housing unit 35 is in turn connected to a drive 50, so that the oscillating system 39 is connected to the drive 50 in such a way that a force F and a feed movement can be transmitted to the oscillating system 39, specifically in a joining direction R. On the drive 50 , which is shown only roughly schematically here, a flange 51 is provided, by means of which the drive 50 is attached, for example, to the robot arm or the arm link 6, as in 1 shown can be attached.

Weiterhin ist an der Gehäuseeinheit 35 mittels Federelementen 17 eine Halterung 16 angebracht, die beispielhaft einen Teil des Schwingsystems 39 umgibt und einen Nagel 20 halten und führen kann. Mittels einer Zuführung 95 kann ein solcher Nagel 20 beispielsweise in die Halterung 16 automatisch eingebracht werden, sodass dieser vor der Sonotrode 32 platziert ist.Furthermore, a holder 16 is attached to the housing unit 35 by means of spring elements 17, which, for example, surrounds a part of the oscillating system 39 and can hold and guide a nail 20. Such a nail 20 can, for example, be automatically introduced into the holder 16 by means of a feed 95 so that it is placed in front of the sonotrode 32 .

Weiterhin sind zwei Bauteile 11, 12 gezeigt, wie sie beispielsweise mittels des Nagels 20 und unter Verwendung der Vorrichtung 100 bzw. der Setzeinheit 10 verbunden werden können. Hierzu kann die Setzeinheit mittels des Roboterarms in die in 2 gezeigte Position gebracht werden, in welcher die Halterung 16 beispielsweise an dem Bauteil 11 anliegt - wobei die Halterung 16 in diesem Sinne auch als Niederhalter dient - und der Nagel 20 in geeigneter Ausrichtung zu den Bauteilen 11, 12 gehalten ist.Furthermore, two components 11, 12 are shown, as they can be connected, for example, by means of the nail 20 and using the device 100 or the setting unit 10. For this purpose, the setting unit can be placed in the in 2 be brought into the position shown, in which the holder 16 rests, for example, on the component 11 - the holder 16 also serving as a holding-down device in this sense - and the nail 20 is held in a suitable alignment with respect to the components 11, 12.

Um den Nagel 20 nun in die Bauteile 11, 12 einzubringen und so die Bauteile miteinander zu verbinden, wird das Schwingsystem 39 unter Verwendung des Schwingungserzeugers 92 in Schwingung versetzt und unter Verwendung des Antriebs 50 in Fügerichtung R auf den Nagel 20 zubewegt und so mit diesem in Kontakt gebracht. Durch eine weitere, durch den Antrieb 50 erzeugte gesteuerte bzw. geregelte Vorschubbewegung kann der Nagel 20 somit in die Bauteile eingedrückt werden.In order to insert the nail 20 into the components 11, 12 and thus connect the components to one another, the oscillating system 39 is made to oscillate using the vibration generator 92 and, using the drive 50, is moved in the joining direction R towards the nail 20 and thus with it brought into contact. through another The controlled or regulated feed movement generated by the drive 50 allows the nail 20 to be pressed into the components.

Aufgrund der Schwingungen, die sich vom Schwingsystem 39 auf den Nagel 20 und darüber ggf. auch auf die Bauteile 11, 12 übertragen, wird die nötige Kraft, um den Nagel in die Bauteile einzudrücken, deutlich reduziert.Due to the vibrations, which are transmitted from the vibration system 39 to the nail 20 and possibly also to the components 11, 12, the force required to press the nail into the components is significantly reduced.

In 3 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Hierzu sind in zwei Abbildungen jeweils Teile einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wie sie auch in 1 gezeigt ist, bzw. einer Setzeinheit, wie sie auch in 2 gezeigt ist, zu sehen. Insbesondere sind die Sonotrode 32 und die Halterung 16 sowie ein Nagel 20 gezeigt, ebenso zwei zu verbindende Bauteile 11 und 12.In 3 a sequence of a method according to the invention is shown schematically in a preferred embodiment. For this purpose, parts of a device according to the invention are shown in two figures, as they are also shown in 1 is shown, or a setting unit, as is also shown in 2 is shown to see. In particular, the sonotrode 32 and the holder 16 and a nail 20 are shown, as well as two components 11 and 12 to be connected.

In der ersten Abbildung links ist eine Situation gezeigt, in welcher ein Bauteil 11,12 angeordnet ist, auf welchem der Nagel 20 mit der Spitze positioniert ist, aber noch nicht eingedrungen ist. Es wird dann begonnen, den Nagel 20 mit einer Kraft in Richtung des Bauteils 11, 12 über die Sonotrode 32 zu beaufschlagen. Die Schwingungen werden als Ultraschallschwingungen auf den Nagel 20 eingekoppelt. Die Ultraschallschwingungen werden durch den elektrischen Schwingungserzeuger 92, insbesondere durch einen Ultraschallgenerator erzeugt. Die Schwingungen werden in longitudinaler Richtung in den Nagel 20 eingekoppelt, sodass die Einpresskraft in Fügerichtung verstärkt werden. Die Schwingungen werden Nageltechnik-spezifisch mit einer Frequenz zwischen 10 kHz und 100 kHz, bevorzugt zwischen 15 kHz und 50 kHz, erzeugt.In the first figure on the left, a situation is shown in which a component 11, 12 is arranged, on which the nail 20 is positioned with the tip, but has not yet penetrated. A force is then started to be applied to the nail 20 in the direction of the component 11 , 12 via the sonotrode 32 . The vibrations are coupled onto the nail 20 as ultrasonic vibrations. The ultrasonic vibrations are generated by the electrical vibration generator 92, in particular by an ultrasonic generator. The vibrations are coupled into the nail 20 in the longitudinal direction, so that the press-in force is increased in the joining direction. The vibrations are generated specific to the nail technique with a frequency between 10 kHz and 100 kHz, preferably between 15 kHz and 50 kHz.

In der vierten Abbildung rechts ist schließlich eine zu erreichende Endposition gezeigt, in welcher der Nagel 20 in die Bauteile 11, 12 eingedrückt ist und in den Bauteilen 11, 12 verankert ist.Finally, in the fourth figure on the right, an end position to be reached is shown, in which the nail 20 is pressed into the components 11, 12 and is anchored in the components 11, 12.

In den 4 bis 7 wird näher auf die Ausgestaltung des Nagels 20 eingegangen. Der Nagel 20 weist einen Nagelkopf 24, den Nagelschaft 21 und eine Nagelspitze 25 auf.In the 4 until 7 the design of the nail 20 will be discussed in more detail. The nail 20 has a nail head 24 , the nail shank 21 and a nail tip 25 .

Der Nagelkopf 24 hat eine Oberfläche 22, die symmetrisch um eine Längsachse des Nagels 20 in Richtung eines Umfangs des Nagelkopfes 24 gekrümmt ist. Damit stellt die Nagelkopfoberfläche 22 eine mittige Einbringung der Ultraschallschwingungen sicher. Der Nagel 20 zentriert sich bei jedem erneuten Ultraschallschlag selbst in der Sonotrode 32 und dadurch wird die Krafteinleitung und die Ultraschalleinleitung in den Nagel 20 verbessert wird. Die Sonotrode 32 weist nagelseitig eine Kontaktfläche 34 auf, die zumindest abschnittsweise gegengleich zur Oberfläche 22 des Nagelkopfes 24 ausgeführt ist.The nail head 24 has a surface 22 that is symmetrically curved about a longitudinal axis of the nail 20 toward a perimeter of the nail head 24 . The nail head surface 22 thus ensures a central introduction of the ultrasonic vibrations. With each new ultrasonic impact, the nail 20 centers itself in the sonotrode 32 and this improves the introduction of force and the introduction of ultrasound into the nail 20 . The sonotrode 32 has a contact surface 34 on the nail side, which is designed to be opposite to the surface 22 of the nail head 24 at least in sections.

In 4 ist die Oberfläche 22 des Nagelkopfes 24 konvex und die Kontaktfläche 34 der Sonotrode 32 konkav ausgeführt und in 5 ist die Oberfläche des Nagelkopfes 24 konkav und damit die Kontaktfläche 34 konvex ausgeführt. Der Radius der Verrundung ist jeweils derart ausgeführt, dass sich der Nagel 20 selbst mit der Oberfläche 22 über die gegenläufige Verrundung der Kontaktfläche 34 der Sonotrode 32 zentriert und damit der Nagelverlauf stabilisiert ist. Typischerweise werden der Radius der Verrundung der Kontaktfläche 34 der Sonotrode 32 und der Radius der Verrundung der Oberfläche 22 aufeinander angepasst. Prozessbedingt kann es vorteilhaft sein, den Radius der Verrundung der Sonotrode 32 und den Radius der Verrundung der Oberfläche 22 unterschiedlich zu gestalten, damit sich die beiden Radien im Fügeprozess aufgrund unterschiedlicher Härten und Verformbarkeiten der Werkstoffe von Werkzeug und Nagel sowie deren Steifigkeiten aneinander schmiegen können um die Fügekräfte und die Ultraschallschwingungen besser übertragen zu können.In 4 the surface 22 of the nail head 24 is convex and the contact surface 34 of the sonotrode 32 is concave and in 5 the surface of the nail head 24 is concave and thus the contact surface 34 is convex. The radius of the rounding is designed in each case in such a way that the nail 20 centers itself with the surface 22 via the rounding in the opposite direction of the contact surface 34 of the sonotrode 32 and the course of the nail is thus stabilized. Typically, the radius of rounding of the contact surface 34 of the sonotrode 32 and the radius of rounding of the surface 22 are matched to one another. Depending on the process, it can be advantageous to design the radius of the rounding of the sonotrode 32 and the radius of the rounding of the surface 22 differently so that the two radii can nestle against one another in the joining process due to the different hardnesses and deformabilities of the materials of the tool and nail and their stiffness to be able to transfer the joining forces and the ultrasonic vibrations better.

Die Herstellung des Nagelkopfes 24 ist besonders einfach, wenn die Oberfläche 22 parabolisch (nicht gezeigt) ausgeführt ist. Bei einer parabolischen Ausführung kann der Brennpunkt der Parabolfläche so gelegt werden, dass die Kräfte und Ultraschallschwingungen vorteilhaft in den Fügeprozess eingeleitet werden.The manufacture of the nail head 24 is particularly easy if the surface 22 is parabolic (not shown). In a parabolic design, the focal point of the parabolic surface can be placed in such a way that the forces and ultrasonic vibrations are advantageously introduced into the joining process.

Es sind jedoch auch beliebig andere balligähnliche Freiformflächen möglich, die beispielsweise über die Nagelkopfoberfläche 22 den Radius der Verrundung ändern.However, any other convex-like free-form surfaces are also possible, which change the radius of the rounding, for example, via the nail head surface 22 .

6 zeigt, dass der Nagelkopf 24 reduziert ausgeführt ist. Der Nagelkopf 24 ist im Durchmesser reduziert und somit in die abschnittsweise gegengleich ausgeführte Kontaktfläche 34 der Sonotrode 32 einführbar. Dies ermöglicht eine sehr gezielte Kraft- und Ultraschalleinleitung in den Nagel 20. Der Nagel kann dabei beispielsweise mittels Unterdruck oder magnetisch in der Sonotrode 32 oder eine anders erzeugte Kraft F gehalten werden. 6 shows that the nail head 24 is reduced. The diameter of the nail head 24 is reduced and it can thus be inserted into the contact surface 34 of the sonotrode 32 which is designed to be opposite in sections. This enables a very targeted introduction of force and ultrasound into the nail 20. The nail can be held in the sonotrode 32, for example, by means of negative pressure or magnetically, or a force F generated in some other way.

In 7 ist die Oberfläche 22 des Nagelkopfes 24 mit einer kegelförmigen Ausnehmung ausgeführt. Eine kegelförmige Ausnehmung in der Nagelkopfoberfläche 22 ist besonders einfach herzustellen und ermöglicht eine besonders schnelle Zentrierung und eine sehr gezielte Kraft- und Ultraschalleinleitung in den Nagel 20. Die Kontaktfläche 34 der Sonotrode 32 ist gegengleich mit einer kegelförmigen Erweiterung ausgeführt.In 7 the surface 22 of the nail head 24 is designed with a conical recess. A conical recess in the nail head surface 22 is particularly easy to produce and enables particularly fast centering and a very targeted introduction of force and ultrasound into the nail 20. The contact surface 34 of the sonotrode 32 is designed with a conical extension in the opposite direction.

Prozessbedingt kann es vorteilhaft sein, den Radius der kegelförmigen Erweiterung der Sonotrode 32 und den Radius der kegelförmigen Ausnehmung in der Oberfläche 22 unterschiedlich zu gestalten, damit diese im Fügeprozess aufgrund unterschiedlicher Härten und Verformbarkeiten der Werkstoffe von Werkzeug und Nagel sowie deren Steifigkeiten aneinander schmiegen können um die Fügekräfte und die Ultraschallschwingungen besser übertragen zu können. Dies wird beispielsweise unterstützt, indem die kegelförmige Erweiterung sich über die ganze Kontaktfläche erstreckt, um eine einfache Herstellung zu ermöglichen. Ebenso ist natürlich die umgekehrte Ausführung realisierbar, bei der die kegelförmige Erweiterung an der Oberfläche 22 umgesetzt ist und die kegelförmige Ausnehmung an der Kontaktfläche 34 ausgebildet ist.Depending on the process, it can be advantageous to design the radius of the conical expansion of the sonotrode 32 and the radius of the conical recess in the surface 22 differently so that they can nestle against one another during the joining process due to the different hardnesses and deformabilities of the materials of the tool and nail and their stiffness to be able to transfer the joining forces and the ultrasonic vibrations better. This is supported, for example, by the conical widening extending over the entire contact surface in order to enable simple manufacture. Of course, the reverse embodiment can also be implemented, in which the conical enlargement is implemented on the surface 22 and the conical recess is formed on the contact surface 34 .

Neben der Erfordernis einer geringeren Einpresskraft und der geringeren Verformung der Bauteile bei höherer Haltekraft führt das vorgeschlagene Verfahren zu einer signifikanten Geräuschreduzierung, insbesondere aufgrund des Entfalls des bisher nötigen, massiven Einfach-Impulses mit Spitzenschalldruckpegeln von bis zu 180dB und aufgrund der Oberflächenstruktur des Nagelschafts.In addition to the need for a lower press-in force and the lower deformation of the components with a higher holding force, the proposed method leads to a significant noise reduction, in particular due to the elimination of the massive single impulse with peak sound pressure levels of up to 180dB that was previously necessary and due to the surface structure of the nail shank.

Das vorgeschlagene Verfahren führt, wie schon erwähnt, zu einem erweiterten Anwendungsbereich, z.B. Fügen dünnwandigerer Bauteile sowie dickwandigere und/oder höherfeste Bauteile, durch geringere Deformation der gefügten Bauteilflansche (Leichtbaupotential) bzw. Reduktion des Fügekraftbedarfes. Ebenso führt es zu einer Kosteneinsparung durch Verzicht auf Druckluft beim eigentlichen Fügeprozess.As already mentioned, the proposed method leads to an extended area of application, e.g. joining thin-walled components as well as thick-walled and/or high-strength components, due to less deformation of the joined component flanges (lightweight construction potential) or reduction of the joining force requirement. It also leads to cost savings by dispensing with compressed air during the actual joining process.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 102010006404 A1 [0003]

Claims

Method for inserting a nail (20) into at least one component (11, 12), which has a nail head (24), a nail tip (25) and a nail shank (21), consisting of the steps: - arranging the at least one component ( 11,12) - positioning the nail (20) - driving in the nail (20), the nail (20) being subjected to a force in the direction of the component (11,12) so that it penetrates the at least one component (11, 12) . Longitudinal axis of the nail (20) is curved in the direction of its circumference.

procedure after claim 1 , characterized in that the vibrations are generated as ultrasonic vibrations, in particular by an ultrasonic generator (92).

procedure after claim 2 , characterized in that the vibrations are coupled into the nail (20) in the longitudinal direction.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the vibrations are generated with a frequency between 10 kHz and 100 kHz, preferably between 15 kHz and 50 kHz.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the nail (20) is pressed into the at least one component (11, 12) by means of a tool (32) which applies a force to the nail (20) and causes it to vibrate.

procedure after claim 5 , characterized in that the tool (32) has a contact surface (34) on the nail side which, at least in sections, is designed to be opposite to the surface (22) of the nail head (24) around a longitudinal axis of the tool.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface (22) of the nail head (24) is concave or convex, in particular parabolic.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the surface (22) of the nail head (24) is conical.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the nail head (24) is of reduced design.

procedure after claim 9 , characterized in that the diameter-reduced nail head (24) can be inserted in sections into the contact surface (34) of the tool (32).

Component arrangement from at least 2 components (11,12), which are connected by a nail (20), which by a method according to one of Claims 1 until 10 has been driven in.