DE10329447A1

DE10329447A1 - Fügeverfahren zum Verbinden von überlappend angeordneten Fügeteilen und entsprechende Fügevorrichtung

Info

Publication number: DE10329447A1
Application number: DE2003129447
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Freitag; Ortwin Prof. Dr.-Ing. Hahn; Gerson Dr.-Ing. Meschut; Michael Dipl.-Ing. Ruther (Fh); Rüdiger Dipl.-Ing. Timmermann; Thomas Dipl.-Ing. Wiese
Original assignee: DaimlerChrysler AG; Dr Ing HCF Porsche AG; Volkswagen AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Volkswagen AG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-02-10

Abstract

Das Fügeverfahren dient zum Verbinden von mindestens zwei überlappend angeordneten Fügeteilen (12, 14), bei welchem ein Fügeteil (14) eine Stanzöffnung (18) aufweist und durch Bilden eines Hinterschnitts (20) eine formschlüssige Verbindung zwischen den Fügeteilen (12, 14) erzeugt wird. Hierbei ist vorgesehen, dass die Stanzöffnung (18) beim Fügeprozess durch Verformen eines ersten Fügeteils (12) in ein zweites Fügeteil (14) gestanzt und zur Herstellung des Hinterschnitts (20) ein Vorsprung (22) des ersten Fügeteils (12) gebildet wird, der an einer Außenseite (24) des zweiten Fügeteils (14) außerhalb der Stanzöffnung (18) anliegt. Ferner ist eine geeignete Fügevorrichtung (26) zur Durchführung des Fügeverfahrens vorgesehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei überlappend angeordneten Fügeteilen, bei welchem ein Fügeteil eine Stanzöffnung aufweist und durch Bilden eines Hinterschnitts eine formschlüssige Verbindung zwischen den Fügeteilen erzeugt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Fügevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.

Fügeverfahren und Fügevorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 197 18 576 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren für mechanische Fügetechniken und insbesondere für die Stanzniet- und Durchsetzfügetechnik. Beim Durchsetzfügen werden Bleche ohne die Verwendung zusätzlicher Hilfsfügeteile miteinander verbunden, indem die Fügeelemente unmittelbar aus dem Werkstoff bzw. den Werkstoffen der zu verbindenden Bleche gebildet werden. Durch einen lokalen Umformgang mit einem genau aufeinander abgestimmten Stempel- und Matrizenpaar entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung. Dagegen wird beim Stanznieten ein Hilfsfügeteil, wie beispielsweise ein Vollniet oder ein Halb hohlniet, gleichzeitig als Schneidstempel verwendet. Somit können Bleche ohne vorheriges Vorlochen miteinander verbunden werden. Im Verfahrensablauf des Stanznietens erhält das Hilfsfügeteil typischerweise im plastisch durch die Matrize umgeformten Werkstoff der zu vernietenden Teile über eine Kragenbildung seinen Schließkopf. Der aus dem oberen Blech ausgestanzte Butzen füllt dabei den hohlen Nietschaft auf und wird dort so umgeformt, dass er nicht herausfallen kann. Im Verlauf des Eindringens in die Fügeteile weitet sich der Nietschaft auf und hinterschneidet das zuvor durchdrungene Material der oberen und unteren Fügeteile.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fügeverfahren und eine geeignete Fügevorrichtung zur Herstellung einer alternativen Verbindung von mindestens zwei überlappend angeordneten Fügeteilen vorzuschlagen.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fügeverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Fügeverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Stanzöffnung beim Fügeprozess durch Verformen eines ersten Fügeteils in ein zweites Fügeteil gestanzt und zur Herstellung des Hinterschnitts ein Vorsprung des ersten Fügeteils gebildet wird, der an einer Außenseite des zweiten Fügeteils außerhalb der Stanzöffnung anliegt. Es handelt sich somit um ein selbstlochendes Fügeverfahren. Dabei kann die Verformung des ersten, stempelseitigen Fügeteils mittels eines Stempels bzw. mittels eines zwischenangeordneten Niets als Hilfsfügeteil erzeugt werden zur Realisierung einer Stanzöffnung im zweiten, matrizenseitigen Fügeteil. Die Verformung des ersten Fügeteils und die Herstellung der Stanzöffnung im zweiten Fügeteil erfolgt dabei in einem einzigen Fügeschritt. Das zweite Fügeteil ist somit zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbindung nicht mit einer vorgestanzten Öffnung versehen. Bei Herstel lung der Stanzöffnung wird während des Verformungsvorgangs Material des ersten Fügeteils durch die Stanzöffnung gezogen, so dass das erste Fügeteil im Bereich der Stanzöffnung das zweite Fügeteil durchsetzt. Zur Gewährleistung einer hinreichend stabilen Verklammerung zwischen den Fügeteilen wird ein Vorsprung des ersten Fügeteils an der freien Außenseite des zweiten Fügeteils gebildet, so dass mittels des Vorsprungs ein außerhalb der Stanzöffnung sich erstreckender Hinterschnitt erhalten wird. Es entsteht somit eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Fügeteilen, wobei lediglich das zweite Fügeteil, d. h. das während des Stanzschritts matrizenseitige Fügeteil, während des Fügeprozesses mit einer Stanzöffnung versehen wird.

Mit Vorteil sind die Bildung der Stanzöffnung und die Bildung des Hinterschnitts zwei voneinander getrennte, nacheinander ablaufende Fügeschritte. Mittels der Bildung der Stanzöffnung (erster Fügeschritt) wird das zweite Fügeteil von einem verformten Anteil des ersten Fügeteils durchsetzt, während die Bildung des Hinterschnitts (zweiter Fügeschritt) mittels des Vorsprungs des ersten Fügeteils an der freien Außenseite des zweiten Fügeteils zur Herstellung einer formschlüssigen Verklammerung zwischen den zwei Fügeteilen dient.

Die Spannposition der Fügeteile in einer Fügevorrichtung wird vorzugsweise während des vollständigen Fügeverfahrens unverändert aufrechterhalten. Da es sich bei den Verbindungen zwischen den zwei Fügeteilen um punktartige Verbindungen handelt, ist es fertigungstechnisch günstiger, die zum Verformen des entsprechenden Materials der Fügeteile notwendige Relativbewegung zwischen der Fügevorrichtung und den miteinander zu verbindenden Fügeteilen ausschließlich mittels einer Bewegung einer geeigneten Stempeleinheit relativ zu den Fügeteilen zu erzielen, so dass die Fügeteile ortsfest in der Füge vorrichtung gespannt bleiben können. Dieser vorteilhafte Effekt kommt beispielsweise an Karosseriestoßstellen von Fahrzeugen zur Geltung, da nicht die ganze Karosserie zur Erzielung einer erwünschten Materialverformung in den Fügeteilen verlagert werden muss, sondern lediglich eine geeignete Stempeleinheit einer Fügevorrichtung. Hierdurch können zwei überlappt angeordnete Fügeteile verhältnismäßig schnell und fertigungsgünstig miteinander verbunden werden unter Ausbildung von punktförmigen Fügestellen.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante wird zur Bildung der Stanzöffnung das erste Fügeteil mittels einer beweglichen Stempeleinheit und zur Bildung des Hinterschnitts ein das zweite Fügeteil durchsetzender Anteil des ersten Fügeteils mittels einer beweglichen Stempeleinheit kraftbeaufschlagt. Hierbei werden zur Bildung der Stanzöffnung und zur Bildung des Hinterschnitts unterschiedliche Stempeleinheiten eingesetzt. Zur Bildung der Stanzöffnung ist das erste Fügeteil stempelseitig angeordnet, während das zweite Fügeteil an eine ortsfeste Matrize anliegt. Zur Bildung des Hinterschnitts ist dagegen das zweite Fügeteil stempelseitig angeordnet, während das erste Fügeteil durch einen ortsfesten Anschlag gehalten wird. Dabei kann der ortsfeste Anschlag zur Erzeugung des Hinterschnitts durch die nun lageblockierte Stempeleinheit gebildet werden, welche zuvor zur Erzeugung der Stanzöffnung herangezogen wurde. Die bewegliche Stempeleinheit zur Bildung des Hinterschnitts kann dagegen als Amboss-Matrizen-Einheit ausgebildet sein, wobei die Matrize zuvor zur Bildung der Stanzöffnung als ortsfester Anschlag diente. Somit ist zur Durchführung des Fügeverfahrens eine Fügevorrichtung notwendig, die eine bewegliche und lageblockierbare Stempeleinheit sowie eine entsprechende Matrizeneinheit bzw. Amboss-Matrizen-Einheit aufweist. Dies ermöglicht eine Umkehr der Kraftbeaufschlagungsrichtung in die miteinander zu verbindenden Fügeteile, je nachdem, ob die Stanzöffnung oder der Hinterschnitt gebildet werden soll. Die Spannposition der Fügeteile kann dabei unverändert aufrechterhalten bleiben.

In Weiterbildung der Erfindung wird im ersten Fügeteil im Bereich der Stanzöffnung mittels einer Fügevorrichtung die Form eines randoffenen Napfs mit einem geschlossenen, den Vorsprung enthaltenden Napfboden erzeugt. Ein derartig ausgebildeter Napf im ersten Fügeteil ist verformungstechnisch relativ einfach mittels einer Stempeleinheit und ggf. mittels eines zwischengeschalteten Niets als Hilfsfügeteil realisierbar. Der somit erhaltene Napfboden dient zur Herstellung des Vorsprungs und somit zu einer hinreichend stabilen Verklammerung zwischen dem ersten und dem zweiten Fügeteil. Dabei ist die geometrische Ausgestaltung des Napfs im ersten Fügeteil entscheidend hinsichtlich der Stabilität der Fügeteilverbindung.

Der Vorsprung wird vorzugsweise als ein kontinuierlich entlang der Stanzöffnung umlaufender Kragen geformt. Ein derartiger Kragen kann relativ einfach mittels einer beweglichen Amboss-Stempel-Einheit einer Fügevorrichtung in Form einer plastischen Materialverformung am Napfboden erzeugt werden, der das zweite Fügeteil durchsetzt.

Mit Vorteil weist der randoffene Napf einen Freiraum mit sich in Richtung des Napfbodens verjüngender Öffnungsweite auf. Eine derartige geometrische Ausgestaltung des randoffenen Napfs begünstigt eine fehlerfreie plastische Materialverformung im ersten Fügeteil bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hinreichenden Stabilität des Napfs vorwiegend im Übergangsbereich der Stanzöffnung, in welchem eine insbesondere kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zwei ten Fügeteil erhalten wird. Die Napfwandstärke in diesem Übergangsbereich, welche auch als Halsdicke bezeichnet wird, ist von entscheidender Bedeutung zur Erzielung einer hinreichend großen Festigkeit (Scherzugfestigkeit, Schälzugfestigkeit) der jeweiligen Fügeverbindung. Aufgrund der sich in Richtung des Napfbodens verjüngenden Öffnungsweite ist der zur Herstellung einer Verklammerung zwischen dem ersten und zweiten Fügeteil genutzte Napfboden durch eine relativ große Verformungsfestigkeit gekennzeichnet.

Der Verlauf des Napfrands an der freien Oberfläche des ersten Fügeteils ist vorzugsweise kreisförmig. In Abhängigkeit der jeweils zu erfüllenden Verbindungsaufgabe lassen sich alternative Napfrandverläufe, wie z. B. ein elliptischer Napfrandverlauf, realisieren.

Die Öffnungskontur des Napfs kann im Querschnitt gekrümmt, linear und/oder stufenförmig ausgebildet sein. Die Ausbildung der Öffnungskontur beeinflusst dabei die Ausbildung der Wandstärke einzelner Napfbereiche des ersten Fügeteils und somit auch die Festigkeit der entsprechenden Fügeteilverbindung. Die Öffnungskontur kann dabei in Abhängigkeit der Wandstärken der miteinander zu verbindenden Fügeteile und/oder der eingesetzten Materialien gewählt werden.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform wird ein den Freiraum des Napfs wenigstens teilweise ausfüllendes Nietelement insbesondere kraftschlüssig in das erste Fügeteil eingebracht. Hierbei handelt es sich um eine Stanznietfügetechnik, wobei das Nietelement als Hilfsfügeteil genutzt wird. Das Nietelement kann beispielsweise als Vollniet ausgebildet sein, da es eine hinreichende Festigkeit zur Bildung der Stanzöffnung im zweiten Fügeteil mittels einer geeigneten Verformung des ersten Fügeteils aufweisen muss.

Entsprechend einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die Verformung des ersten Fügeteils (12) im Rahmen eines Durchsetzfügeverfahrens mittels eines Stempels (28) einer Fügevorrichtung (26) zu erzeugen.

Mit Vorteil weist der Werkstoff des ersten Fügeteils eine größere Duktilität auf als der Werkstoff des zweiten Fügeteils. Aufgrund der größeren Duktilität des Werkstoffs des ersten Fügeteils wird eine korrekte Verformung desselben zur Bildung einer Stanzöffnung im zweiten Fügeteil ermöglicht. Der sprödere Werkstoff des zweiten Fügeteils begünstigt dagegen die Bildung einer korrekten Stanzöffnung, welche aufgrund der Verformung des ersten Fügeteils erzeugt wird. Mögliche Werkstoffkombinationen der Fügeteile (d.h. des ersten und des zweiten Fügeteils) sind z. B. Stahl mit Stahl, Stahl mit Aluminium, Aluminium mit Aluminium oder auch Mischverbindungen von metallischen mit nichtmetallischen Werkstoffen, wie beispielsweise ein Metall mit Kunststoff, wobei der Werkstoff des ersten Fügeteils eine größere Duktilität aufweisen muss als der Werkstoff des zweiten Fügeteils.

Die Wandstärke des ersten Fügeteils ist vorzugsweise größer oder gleich groß wie die Wandstärke des zweiten Fügeteils. Dabei hängt die Wandstärke insbesondere auch vom Werkstoff und den entsprechenden Materialeigenschaften des jeweiligen Fügeteils ab. Tendenziell begünstigt eine relativ geringe Wandstärke des zweiten Fügeteils die Bildung einer korrekten Stanzöffnung.

Die Fügeteile können z. B. Fahrzeugkarosseriebauteile sein. Insbesondere im Fahrzeugkarosseriebau werden im Rahmen einer Serienfertigung punktförmige Fügeverbindungen hergestellt, wobei im Rahmen eines Leichtbaukonzepts auch Fügeteile aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander verbunden werden können bzw. sollen unter Gewährleistung einer hinreichend großen Festigkeit.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Bildung der Stanzöffnung einen dem ersten Fügeteil zugeordneten, beweglichen Stempel als erste Verformungskraft-Beaufschlagungseinheit und eine dem zweiten Fügeteil zugeordnete Amboss-Matrizen-Einheit als erster, ortsfester Anschlag aufweist, und dass zur Bildung des Hinterschnitts der Stempel in einer Anlageposition mit dem ersten Fügeteil blockierbar ist unter Ausbildung eines zweiten, ortsfesten Anschlags und gleichzeitig die Amboss-Matrizen-Einheit als zweite Verformungskraft-Beaufschlagungseinheit beweglich ist. Mittels dieser Fügevorrichtung ist es möglich, in einem ersten Fügeschritt die Bildung der Stanzöffnung im zweiten Fügeteil mittels einer geeigneten Verformung im ersten Fügeteil zu erzielen und unter Beibehaltung der Spannposition der Fügeteile zueinander anschließend in einem zweiten Fügeschritt einen Hinterschnitt an einem das zweite Fügeteil durchsetzenden Verformungsanteil des ersten Fügeteils zu bilden. Somit ist mittels der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung eine fertigungsgünstige und bauteilgerechte Verbindung zwischen zwei überlappend angeordneten Fügeteilen möglich.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
1 – 5 jeweils schematische Perspektivdarstellungen einer längsgeschnittenen, erfindungsgemäßen Fügevorrichtung mit zwei zu verbindenden Fügeteilen in unterschiedlichen, aufeinander abfolgenden Fügeverfahrensstadien;
6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Stanznietverbindung zwischen zwei Fügeteilen;
7 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Durchsetzverbindung zwischen zwei Fügeteilen;
8 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Vollniets mit stumpfer Nietgeometrie zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Stanznietverbindung;
9 eine entsprechende Querschnittsdarstellung eines Vollniets mit spitzer Nietgeometrie;
10 eine entsprechende Querschnittsdarstellung eines Vollniets in Form eines Absatzniets.
Die 1 bis 5 zeigen jeweils schematische Perspektivdarstellungen einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung 26 in verschiedenen, nacheinander abfolgenden Fügeverfahrensstadien, wobei die Fügevorrichtung 26 zur Herstellung einer Durchsetzverbindung zwischen zwei Fügeteilen 12, 14 dient. Gemäß 1 enthält die Fügevorrichtung 26 einen Stempel 28, der koaxial zu einem Niederhalter 29 angeordnet ist, sowie eine Matrize 44. Die zwei Fügeteile 12, 14 werden mittels des ortsfest blockierten Niederhalters 29 und der ebenfalls ortsfest blockierten Matrize 44 in einer lagedefinierten Spannposition fixiert (Fügeverfahrensstadium „Positionieren der Fügeteile"), um anschließend mittels des in Richtung des Pfeils 50 bewegbaren Stempels 28 (siehe auch 2) einer definierten plastischen Verformung unterzogen zu werden. Da bei wird das stempelseitig angeordnete erste Fügeteil 12 mittels des Stempels 28 derart plastisch verformt, dass während dieses Fügeprozesses (erster Fügeschritt) im matrizenseitigen, zweiten Fügeteil 14 eine Stanzöffnung 18 gebildet wird (Fügeverfahrensstadium „Durchstanzen des zweiten Fügeteils"). Hierbei wird ein ausgestanzter Butzen 48 mittels des sich napfenförmig verformenden ersten Fügeteils 12 in eine Ausnehmung der Matrize 44 gedrückt, unter Ausbildung einer Stanzöffnung 18 im zweiten Fügeteil 14.
Gemäß 3 kann der Butzen 48 aus der Fügevorrichtung 26 und insbesondere aus der Matrize 44 entfernt werden. Aufgrund der napfenförmigen Umformgeometrie des Stempels 28 ist das erste Fügeteil 12 im Bereich der plastischen Verformung als randoffener Napf 32 ausgebildet, der das zweite Fügeteil 14 im Bereich der Stanzöffnung 18 durchsetzt (Fügeverfahrensstadium „Durchziehen des ersten Fügeteils").
Entsprechend 4 wird die Matrize 44 gemäß den Pfeilen 52 vom zweiten Fügeteil 14 wegbewegt, unter Ausbildung eines Spalts zwischen der Matrize 44 und dem zweiten Fügeteil 14, während zuvor ein Amboss 46 matrizenseitig mit dem Napf 32 entsprechend Pfeil 54 in Anlagekontakt gebracht worden ist (Fügeverfahrensstadium „Ausziehen der Matrize").
Wie in 5 dargestellt ist, kann nun mittels der Amboss-Matrizen-Einheit 30, bestehend aus der Matrize 44 und dem Amboss 46, gemäß den Pfeilen 53, 54 in Richtung Napf 32 bewegt werden, wobei gleichzeitig das erste Fügeteil 12 und das zweite Fügeteil 14 mittels des nun lagefest blockierten Stempels 28 sowie des ebenfalls ortsfest angeordneten Niederhalters 29 in der definierten Spannposition gehalten werden. Bei diesem zweiten Fügeschritt gemäß 5 wird nach erfolgter Herstellung der Stanzöffnung 18 (siehe 2 und 3) ein Hinterschnitt zur Erzeugung einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Fügeteilen 12, 14 gebildet (Fügeverfahrensstadium „Breiten des ersten Fügeteils"). Durch den im Spalt zwischen der Matrize 44 und dem zweiten Fügeteil 14 ausgebildeten Hinterschnitt in Form eines ringförmigen Vorsprungs wird eine Verklammerung zwischen den beiden Fügeteile 12, 14 erzielt, wobei die eine Baugruppe 10 bildenden Fügeteile 12, 14 zur Herstellung der Durchsetzverbindung gemäß den 1 bis 5 mittels der Fügevorrichtung 26 in einer ortsfesten Spannposition angeordnet sind.
Die Fügevorrichtung 26 zeichnet sich somit durch einen Stempel 28 aus, der zur Herstellung der Stanzöffnung 18 im zweiten Fügeteil 14 (erster Fügeschritt) gemäß Pfeil 50 bewegbar ist, während die Matrize 44 zur Bildung eines Anschlags ortsfest blockiert ist. Bei Herstellung des das zweite Fügeteil 14 hinterschneidenden, ringförmigen Vorsprungs im Bereich des Napfs 32 (zweiter Fügeschritt) wird derselbe Stempel 28 lageblockiert, unter Ausbildung eines ortsfesten Anschlags für die Baugruppe 10, während die Matrize 44 gemäß den Pfeilen 53 und der Amboss 46 gemäß Pfeil 54 bewegbar ist. Somit dient die Amboss-Matrizen-Einheit 30 als Stempeleinheit für den zweiten Fügeschritt. Der Niederhalter 29 bleibt während des gesamten Fügeverfahrens gemäß den 1 bis 5 ortsfest blockiert. Das Fügeverfahren kann somit mit einer einzigen Fügevorrichtung bzw. Fügewerkzeug in zwei integrierten Verfahrensstufen (Herstellen der Stanzöffnung und Bilden des Vorspungs) durchgeführt werden.
6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Baugruppe 10, bestehend aus einem ersten Fügeteil 12 und einem zweiten Fügeteil 14 sowie einem Nietelement 16 in Form eines Vollniets. Somit ist in 6 eine Stanznietverbindung zwischen dem ersten Fügeteil 12 und dem zweiten Fügeteil 14 dargestellt. Das erste Fügeteil 12 weist im Bereich der Stanzöffnung 18 des zweiten Fügeteils 14 die Form eines randoffenen Napfs 32 mit einem geschlossenen Napfboden 34 auf. An der freien Außenseite 24 des zweiten Fügeteils 14 liegt ein Vorsprung 22 des ersten Fügeteils 12 bzw. des Napfbodens 34 an. Dabei ist der Vorsprung 22 als kontinuierlich entlang der Stanzöffnung 18 umlaufender Kragen geformt. Die geometrische Gestaltung des Napfs 32 entspricht der Form des Nietelements 16, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Absatzniet ausgebildet ist. Die Öffnungsweite des randoffenen Napfs 32 verjüngt sich dabei in Richtung des Napfbodens 34. Der Verlauf des Napfrands 40 und der freien Oberfläche 42 des ersten Fügeteils 12 ist in Draufsicht kreisförmig ausgebildet. Der Vollniet 16 stellt ein Hilfsfügeteil dar, da die plastische Verformung des ersten Fügeteils 12 mittels des Nietelements 16 in Kooperation mit einem Stempel einer geeigneten Fügevorrichtung erzielt wurde. Das Nietelement 16 ist mittels einer kraftschlüssigen Verbindung derart im ersten Fügeteil 12 im Bereich des Napfs 32 aufgenommen, dass es mit der freien Oberfläche 42 des ersten Fügeteils 12 bündig abschließt. Die Wandstärke des ersten Fügeteils 12, insbesondere des Napfs 32 im Bereich der Stanzöffnung 18, ist hinreichend groß, um eine zufriedenstellende Festigkeit der Stanznietverbindung zu gewährleisten.
7 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Durchsetzverbindung zwischen einem ersten Fügeteil 12 und einem zweiten Fügeteil 14 unter Ausbildung einer Baugruppe 10. Zur Herstellung der Durchsetzverbindung gemäß 7 ist ein Stempel 28 einer Fügevorrichtung 26 (siehe auch 1) eingesetzt worden, der eine stumpfe Umformgeometrie aufweist. Dementsprechend weist der gebildete Napf 32 einen Freiraum 36 auf, dessen Öffnungsweite sich zum Napfboden 34 hin verjüngt. Zur Herstellung einer derartigen Durchsetzverbindung zwischen dem ersten Fügeteil 12 und dem zweiten Fügeteil 14 wird somit kein Nietelement 16 eingesetzt, sondern ein geometrisch entsprechend geeignet ausgebildeter Stempel 28.
Die 8 bis 10 zeigen jeweils schematische Querschnittsdarstellungen von möglichen Nietelementen 16 in Form eines Vollniets, die zur Herstellung einer Baugruppe 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren unter Einsatz einer geeigneten Fügevorrichtung eingesetzt werden können. Das Nietelement 16 gemäß 8 ist als stumpfer Vollniet ausgebildet, während das Nietelement 16 der 9 einen Vollniet mit spitzer Projektilform darstellt. 10 zeigt einen Vollniet 16 in Form eines Absatzniets. Zur Herstellung einer Durchsetzverbindung an einer Baugruppe 10, d. h. ohne Einsatz eines Nietelements 16, kann der Stempel 28 der Fügevorrichtung 26 (siehe auch 1) geometrisch entsprechend den Nietformen der 8 bis 10 ausgebildet sein.

Claims

Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei überlappend angeordneten Fügeteilen (12, 14), bei welchem ein Fügeteil (14) eine Stanzöffnung (18) aufweist und durch Bilden eines Hinterschnitts (20) eine formschlüssige Verbindung zwischen den Fügeteilen (12, 14) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stanzöffnung (18) beim Fügeprozess durch Verformen eines ersten Fügeteils (12) in ein zweites Fügeteil (14) gestanzt und zur Herstellung des Hinterschnitts (20) ein Vorsprung (22) des ersten Fügeteils (12) gebildet wird, der an einer Außenseite (24) des zweiten Fügeteils (14) außerhalb der Stanzöffnung (18) anliegt.
Fügeverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bildung der Stanzöffnung (18) und die Bildung des Hinterschnitts (20) zwei voneinander getrennte, nacheinander ablaufende Fügeschritte sind.
Fügeverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannposition der Fügeteile (12, 14) in einer Fügevorrichtung (26) während des vollständigen Fügeverfahrens unverändert aufrechterhalten wird.
Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung der Stanzöffnung (18) das erste Fügeteil (12) mittels einer beweglichen Stempeleinheit (28) und zur Bildung des Hinterschnitts (20) ein das zweite Fügeteil (14) durchsetzender Anteil (34) des ersten Fügeteils (12) mittels einer beweglichen Stempeleinheit (30) kraftbeaufschlagt wird.
Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Fügeteil (12) im Bereich der Stanzöffnung (18) mittels einer Fügevorrichtung (26) die Form eines randoffenen Napfs (32) mit einem geschlossenen, den Vorsprung (22) enthaltenden Napfboden (34) erzeugt wird.
Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorsprung (22) als ein kontinuierlich entlang der Stanzöffnung (18) umlaufender Kragen geformt wird.
Fügeverfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der randoffene Napf (32) einen Freiraum (36) mit sich in Richtung des Napfbodens (34) verjüngender Öffnungsweite aufweist.
Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Napfrands (40) an der freien Oberfläche (42) des ersten Fügeteils (12) kreisförmig ist.
Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungskontur des Napfs (32) im Querschnitt gekrümmt, linear und/oder stufenförmig ausgebildet ist.
Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Freiraum (36) des Napfs (32) wenigstens teilweise ausfüllendes Nietelement (16) insbesondere kraftschlüssig in das erste Fügeteil (12) eingebracht wird.
Fügeverfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Nietelement (16) ein Vollniet ist.
Fügeverfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung des ersten Fügeteils (12) im Rahmen eines Durchsetzfügeverfahrens mittels eines Stempels (28) einer Fügevorrichtung (26) erzeugt wird.
Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkstoff des ersten Fügeteils (12) eine größere Duktilität aufweist als der Werkstoff des zweiten Fügeteils (14).
Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des ersten Fügeteils (12) größer oder gleich groß ist wie die Wandstärke des zweiten Fügeteils (14).
Fügeverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügeteile (12, 14) Fahrzeugkarosseriebauteile sind.
Fügevorrichtung (26) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fügevorrichtung (26) zur Bildung der Stanzöffnung (18) einen dem ersten Fügeteil (12) zugeordneten, beweglichen Stempel (28) als erste Verformungskraft-Beaufschlagungseinheit und eine dem zweiten Fügeteil (14) zugeordnete Amboss-Matrizen-Einheit (30) als erster, ortsfester Anschlag aufweist, und dass zur Bildung des Hinterschnitts (20) der Stempel (28) in einer Anlageposition mit dem ersten Fügeteil (12) blockierbar ist unter Ausbildung eines zweiten, ortsfesten Anschlags und gleichzeitig die Amboss-Matrizen-Einheit (30) als zweite Verformungskraft-Beaufschlagungseinheit beweglich ist.