DE19816198C2 - Nietverfahren und Nieteinrichtung zum Vernieten von mehreren, aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Werkstücken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 1 auf ein Nietverfahren zum Verbinden von mindestens zwei, aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Werkstücken sowie auf eine Nieteinrichtung zur Durchführung des Nietverfah­ rens; der Erfindungsgegenstand ist vorzugsweise zum Vernieten von Metallblechen mit Kunststoffteilen einsetzbar.

Es ist in betreffenden Fachkreisen bekannt, daß der jeweils einzusetzende Niet gleichzeitig als Stanznadel zur Erzeugung der Nietlöcher in den zu vernietenden Werkstücken genutzt wird; wofür in der Regel der Niet in einem Oberwerkzeug gehalten wird, das Unterwerkzeug eine Matrize zur Umformung des Teiles des Nietschaftes aufweist, das aus dem unteren Werkstück her­ ausragt, sowie das Oberwerkzeug und das Unterwerkzeug aufein­ ander zu verschiebbar sind.

Dieses bekannte Nietverfahren ist für normal beanspruchte Niet­ verbindungen ausreichend.

Für die Vernietung von Werkstücken, die einerseits aus unter­ schiedlichnen Werkstoffen bestehen und zum anderen im miteinander verbundenen Zustand extremen Druck-, Zug- oder Scherkräften, die z. B. bei Auslösung eines Airbags an dessen Gehäuseteilen auftreten, ausgesetzt sind, ist das beschriebene bekannte Nietverfahren ungeeignet.

Bei jüngst durchgeführten Versuchsreihen, konnte mit dem besag­ ten Nietverfahren keine den Anforderungen der Anwender genü­ gende Vernietungen hergestellt werden. Insbesondere bei der Vernietung von Blechteilen mit Kunststoffteilen, also Werk­ stücken mit sehr unterschiedlichen Festigkeitswerten, ent­ standen Nieten, deren Schließköpfe in Höhe, Breite und Qualität sehr unterschiedlich waren; teilweise war der Nietschaft in dem in den Werkstücken erzeugten Nietloch nur gestaucht bzw. gequetscht.

Die DE 197 26 457 A1 offenbart ein Stanznietverfahren, bei dem ein Einpressstempel ein Nietelement in zwei eingespannte, miteinander zu vernietende Bauteile mit unterschiedlichen Werkstoffeigenschaften einstanzt sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Die DE 297 16 441 U1 offenbart ein Stanz-Prägewerkzeug mit einem Pressstempel, der die miteinander zu vernietenden Bauteile durchstanzt.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung nun darin, ein neues Nietverfahren nebst einer neuen Nieteinrichtung zu schaffen, mit denen aufeinanderfolgend und in gleichbleibend hoher Qua­ lität Vernietungen von Werkstücken aus insbesondere unter­ schiedlichen Werkstoffen herstellbar sind, wobei zur Minimie­ rung der Fertigungszeit jeweils der Nietschaft als Stanznadel für die Erzeugung des Nietloches genutzt wird, und die zudem in industriellen Fertigungslinien integrierbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die verfahrensmäßigen Merkmale gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst; die nachgeordneten Patentansprüche 2 bis 6 offenbaren Weiterbildungen und vorteilhafte Ausfüh­ rungsbeispiele des neuen Nietverfahrens sowie die Merkmale der neuen Nieteinrichtung.

Durch das neue Nietverfahren können erstmals reproduzierbare Präzisionsnietverbindungen zwischen aus unterschiedlichen Werk­ stoffen bestehenden Werkstücken hergestellt werden. Die neue Nieteinrichtung nach mindestens dem Patentanspruch 3 ermöglicht zudem, daß das neue Nietverfahren effektiv in industriellen Fertigungslinien bzw. -nestern, z. B. bei der Herstellung des Airbag-Gehäuses an Fahrzeugarmaturbrettern, einsetzbar ist.

Das neue Nietverfahren geht dabei von einem Nietverfahren aus, bei dem der Nietschaft des jeweils einzusetzenden Nietes gleichzeitig als Stanznadel zur Erzeugung der Nietlöcher in den zu vernietenden Werkstücken dient, wofür ein den Niet haltendes Oberwerkzeug und ein Matrizen aufweisendes Unterwerkzeug auf­ einander zu verschiebbar angeordnet sind.

Der Erfinder hat nach Durchführung mehrerer Versuchsreihen von Vernietungen nach vorgenanntem bekannten Nietverfahren erkannt, daß unter Beibehaltung der die Fertigungszeit verkürzenden Nietlocherzeugung mittels dem jeweiligen Nietschaft reprodu­ zierbare Präzisionsvernietungen nur erzielt werden können, wenn einerseits beim Nietlochsetzen der Nietschaft des Nietes nicht beschädigt und andererseits das Schließkopfwerkzeug während der Schließkopfbildung von Materialabfällen freigehalten wird. Daher sieht das neue Nietverfahren nun vor, daß der Nietschaft des Nietes zuerst das erste, aus einem Werkstoff höherer Festigkeit bestehende Werkstück und anschließend das am ersten Werkstück anliegende zweite, aus einem Werkstoff niedrigerer Festigkeit bestehende Werkstück durchstanzt, wobei vom ersten Werkstück ein erstes Abfallteil und vom zweiten Werkstück ein zweites Abfallteil entsteht, die durch einen im Unterwerkzeug geführten ersten Gegenhalter abgeführt werden, und, daß anschließend von einem ebenfalls im Unterwerkzeug geführten zweiten Gegenhalter, nach dessen Positionswechsel unter den das zweite Werkstück überragenden Nietschaft, von letzterem der Schließkopf des Nietes auf dem zweiten Werkstück geformt wird. Ein weiteres Merkmal des neuen Nietverfahrens besteht noch darin, daß das vom Nietschaft aus dem ersten Werkstück ausge­ stanzte erste Abfallteil während der Ausstanzphase gemeinsam mit dem Nietschaft im zweiten Werkstück als Stanznadel wirkt.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung in Verbindung mit Zeichnungen im folgenden näher erläutert. Es zeigen in stark schematischer Darstellung:

Fig. 1 eine Seitenansicht des Gestelles der neuen Nieteinrichtung mit zu den Werkstücken positio­ niertem Ober- und Unterwerkzeug, und die

Fig. 2 bis Fig. 4 den im Oberwerkzeug gehaltenen Niet während einzelner Phasen des Nietvorganges in teilweiser Schnittdarstellung.

In der Fig. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsvariante einer neuen Nieteinrichtung zur Durchführung des neuen Nietverfahrens nach einem der Verfahrensansprüche 1 bis 2 gezeigt. Die Niet­ einrichtung 1 besteht aus einem mehrteiligen Gestell 2, mit einem an einer Säule 2a angeordneten oberen Gestellteil 2b und einem vorzugsweise an dem oberen Gestellteil 2b verschieb- und arretierbar angeordneten unteren Gestellteil 2c. Die Säule 2a ist hier an einem nicht dargestellten Roboterarm befestigt, der in Wechselwirkung mit einer der Nieteinrichtung 1 zugeordneten, hier nicht dargestellten Steuereinheit sowie mehreren, teils schematisch in der Fig. 1 gezeigten, nicht bezifferten Handhabe­ einheiten zur Bewegung und Positionierung eines am oberen Gestellteil 2b gehalterten und geführten Oberwerkzeuges 3 und eines am unteren Gestellteil 2c gehalterten und geführten Unterwerkzeuges 5 bezüglich von zu vernietenden Werkstücken W1 und W2 dient.

Das untere Gestellteil 2c ist in Bewegungsrichtung R4 verstell- und arretierbar gestaltet, um den Abstand zwischen dem Ober­ werkzeug 3 und dem Unterwerkzeug 5 bezüglich der zu vernieten­ den Werkstücke W1 und W2 für den Fertigungsablauf optimieren zu können.

Das Oberwerkzeug 3 besitzt einen axial beweglichen Stempel 3a, der an seinem dem Unterwerkzeug 5 zugewandten Ende als Setzkopfaufnahme für einen Niet N geformt ist, sowie eine Zuführeinrichtung für die Nieten, speziell ein Magazin 3b zur Aufnahme einer vorgebbaren, auf das jeweils zu setzende Niet­ bild abgestimmten Anzahl von Nieten.

Die Setzkopfaufnahme im Stempel 3a ist zudem mit einer Verrie­ gelung versehen, die nach Aufnahme eines Nietes N bis zum Abschluß eines Nietvorganges eingeschalten bleibt.

Das Unterwerkzeug 5 besitzt ein in horizontaler Richtung R2 querverschiebbares Führungsteil 6, mit einer ersten 6a bzw. zweiten 6b Führung, in denen ein erster 7 bzw. ein zweiter 8 Gegenhalter angeordnet sind. Letztere 7 und 8 werden nachein­ ander durch Bewegung des Führungsteiles 6 in die Nietachse A unterhalb des zweiten Werkstückes W2 positioniert.

Der erste Gegenhalter 7 ist vorzugsweise als Lochmatrize ausgebildet und liegt an der Unterseite des zweiten Werkstückes W2 an, während der Nietschaft Na, als Stanznadel wirkend, vom Stempel 3a des Oberwerkzeuges 3 durch beide Werkstücke W1 und W2 hindurch gestanzt wird.

Die beide Werkstücke W1 und W2 werden vor dem ersten Nietvor­ gang in einer Spanneinheit S aufeinanderliegend für den Niet­ vorgang lageorientiert positioniert. Das aus einem Werkstoff höherer Festigkeit bestehende Werkstück W1 ist dabei dem den Niet N aufnehmenden und führenden Oberwerkzeug 3, das in Richtung R1 wahlweise bewegbar ist, zugewandt.

Nach dem Setzen des Nietloches mit dem Nietschaft Na durch beide Werkstücke W1 und W2 hindurch, verbleibt der Stempel 3a in seiner an dem ersten Werkstück W1 anliegenden Position. Im Unterwerkzeug 5 wird der erste Gegenhalter 7 aus der Niet­ achse A heraus bewegt und der als Schließkopfwerkzeug ausgebil­ dete zweite Gegenhalter 8 durch Querverschiebung R2 des Füh­ rungsteiles 6 in die Nietachse A eingeschoben, nachdem der untere Druckhebel 9 abgesenkt R3 wurde. Anschließend wird durch Betätigung von letzterem 9 der zweite Gegenhalter 8 gegen den aus dem zweiten, aus Werkstoff niedrigerer Festigkeit bestehenden Werkstück W2 herausragenden Endbereich des Nietschaftes Na gedrückt und bildet dabei den am zweiten Werkstück W2 anliegenden Schließkopf der Nietverbindung.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das untere Gestellteil 2c zur besseren Übersichtlichkeit der Darstellung noch in seiner Justierphase gezeigt. Für die in sehr kurzen Zeitintervallen nacheinander folgenden Nietvorgängen wird das untere Gestellteil 2c mit Unterwerkzeug 5 jedoch so nah wie möglich an das des zweiten Werkstückes herangeführt R4 und in dem dann zum Oberwerkzeug eingenommenen Abstand arretiert.

Die Fig. 2 bis 4 zeigen als Zeichnungsdetail verschiedene Phasen des Durchstanzen der beiden Werkstücke W1 und W2 mit dem Nietschaft Na.

So ist in der Fig. 2 der Nietschaft Na in das oben liegende erste, aus einem Werkstoff höherer Festigkeit bestehende Werkstück W1 eingedrungen und stanzt aus diesem ein erstes Abfallteil W1a aus, wobei letzteres bereits in das zweite, aus einem Werkstoff niedrigerer Festigkeit bestehende Werkstück W2 eindringt.

Die Fig. 3 zeigt wie Nietschaft Na und erstes Abfallteil W1a gemeinsam als Stanznadel im zweiten Werkstück W2 wirken. Das erste Abfallteil W1a verhindert dabei, daß sich Teile des aus dem quasi weicheren zweiten Werkstück W2 durch Stanzung bilden­ den zweiten Abfallteiles W2a in die Bohrung des hier verwende­ ten Hohlnietes N eindrücken bzw. einschweißen.

Die Fig. 4 zeigt nun noch den in beide Werkstücke W1 und W2 eingestanzten Niet N mit aus dem zweiten Werkstück W2 herausra­ genden Ende des Nietschaftes Na, welches im weiteren Verlauf des Nietvorganges in bereits beschriebener Art und Weise mittels des zweiten Gegenhalters 8 zum Schließkopf geformt wird.

Alle in der vorstehenden Beschreibung erwähnten sowie auch die nur allein aus der Zeichnung entnehmbaren Merkmale sind weitere Bestandteile der Erfindung, auch wenn sie nicht besonders her­ vorgehoben und insbesondere nicht in den Ansprüchen erwähnt sind.

Weiterhin ist abschließend noch zu bemerken, daß das neue Nietverfahren und insbesondere die neue Nieteinrichtung auch für das Anbringen von speziellen Nieten, z. B. Nieten mit Ringen am Nietkopf, zum Annieten von z. B. kleineren Teilen an einem Objekt, wie Taschen, Schuhen, Planen oder dgl. Artikel, geeignet ist.

Bezugsziffern-Verzeichnis

1

Nieteinrichtung

2

Gestell

2

a Säule

2

b oberes Gestellteil

2

c unteres Gestellteil

3

Oberwerkzeug

3

a beweglicher Stempel (mit Setzkopfaufnahme)

3

b Magazin

4

oberer Druckhebel

5

Unterwerkzeug

6

Führungsteil

6

a erste Führung

6

b zweite Führung

7

erster Gegenhalter (Lochmatrize)

8

zweiter Gegenhalter (mit Schließkopfwerkzeug)

9

unterer Druckhebel
A Nietachse
N Niet, vorzugsweise Hohlniet
Na Nietschaft
R1 vertikale Bewegung des Stempels (

3

a)
R2 horizontale Bewegung des Führungsteiles (

6

)
R3 vertikale Bewegung des Führungsteiles (

6

)
R4 Bewegung des unteren Gestellteiles (

2

c)
S Spanneinheit
W1 erstes Werkstück (Werkstück mit höheren Festigkeitswerten)
W2 zweites Werkstück (Werkstück mit niedrigeren Festigkeitswerten)
W1a erstes Abfallteil
W2a zweites Abfallteil

Claims (6)

1. Nietverfahren zum Vernieten von mindestens zwei, aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehenden Werkstücken (W1 u. W2), bei dem der Nietschaft des jeweils einzusetzenden Nietes (N) gleichzeitig als Stanznadel zur Erzeugung der Nietlöcher in den zu vernietenden Werkstücken dient, wofür ein den Niet (N) haltenldes Oberwerkzeug (5) und ein Matrizen aufweisendes Unterwerkzeug (5) aufeinander zu verschiebbar angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Nietschaft (Na) des Nietes (N) zuerst das erste, aus einem Werkstoff höherer Festigkeit bestehende Werkstück (W1) und anschließend das am ersten Werkstück (W1) anliegende zweite, aus einem Werkstoff niedrigerer Festigkeit bestehende Werkstück (W2) durchstanzt, wobei vom ersten Werkstück (W1) ein erstes Abfall­ teil (W1a) und vom zweiten Werkstück (W2) ein zweites Abfallteil (W2a) entsteht, die durch einen im Unterwerkzeug (5) geführten ersten Gegenhalter (7) abgeführt werden, und, daß anschließend von einem ebenfalls im Unterwerkzeug (5) geführten zweiten Gegenhalter (8), nach dessen Positionswechsel unter den das zweite Werkstück (w2) überragenden Nietschaft (Na), von letz­ terem (Na) der Schließkopf des Nietes (N) auf dem zweiten Werkstück (W2) geformt wird.

2. Nietverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Nietschaft (Na) aus dem ersten Werkstück (W1) ausgestanzte erste Abfallteil (W1a) während der Ausstanzphase gemeinsam mit dem Nietschaft (Na) im zweiten Werkstück (W2) als Stanznadel wirkt.

3. Nieteinrichtung zur Durchführung des Nietverfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein mehrteiliges Gestell (2, 2a, 2b u. 2c), eine Steuereinheit und mehrere Handhabeeinheiten zur Halterung und Führung eines Oberwerkzeuges (3) und eines Unterwerkzeuges (5) der Nieteinrichtung (1) nebst einer Zuführeinheit für Nieten (3), bei der das Oberwerkzeug (3) einen beweglichen Stempel (3a) mit Setzkopfaufnahme für den Kopf des jeweiligen Nietes (N) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (3a) eine verriegelbare Aufnahme für einen Niet (N) besitzt und, daß im Unterwerkzeug (5) in einem in horizon­ taler Richtung (R2) querverschiebbaren Führungsteil (6) in einer ersten (6a) bzw. zweiten (6b) Führung ein erster (7) bzw. zweiter (8) Gegenhalter angeordnet sind, die nacheinander durch Bewegung des Führungsteiles (6) in die Nietachse (A) unterhalb des zweiten Werkstückes (W2) positionierbar und die jeweils mittels eines unteren Druckhebels (9) an das zweite Werkstück (W2) bzw. an den das zweite Werkstück durchragenden Nietschaft (Na) anlegbar sind.

4. Nieteinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gegenhalter (7) als Lochmatrize ausgebildet ist.

5. Nieteinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gegenhalter (8) als Schließkopfwerkzeug ausgebildet ist.

6. Nieteinrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gestell (2, 2a, 2b) an einem Roboterarm angeordnet ist, durch den das Oberwerkzeug (3) und das Unterwerkzeug (5) bezüglich vorgebbarer Positionen für die Nietstellen an den Werkstücken (W1 u. W2) positioniert werden kann.