DE19941938B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen - Google Patents

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Abstract

Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen durch Warmnieten, mit einem Halteabschnitt (II) zur festlegenden Aufnahme zueinander ausgerichteter zu verbindender Bauteilabschnitte (B1, B2), einem Zufuhrabschnitt (I) zur Zufuhr von Verbindungsbolzen (V) in den Halteabschnitt (II), wobei der Zufuhrabschnitt (I) Mittel (32) zum zumindest abschnittsweisen Erwärmen von Verbindungsbolzen (V) aufweist und die Zufuhr eines erwärmten Verbindungsbolzens (V) in den Halteabschnitt (II) durch eine im wesentlichen konzentrisch zu Löchern (L1, L2) in den im Halteabschnitt (II) festgelegten zu verbindenden Bauteilabschnitten (B1, B2) verlaufende Bohrung (20) erfolgt, und einer Preßeinrichtung (III) zum Zusammenpressen des im Halteabschnitt (II) befindlichen erwärmten Verbindungsbolzens (V), wobei in dem Halteabschnitt (II) eine Preßform (27, 29) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrabschnitt (I) ein Schneide- und Förderelement (16) zum Zuschneiden von Verbindungsbolzen in gewünschter Länge aus einem zugeführten Bolzenwerkstoff und zum Zuführen des zugeschnittenen Verbindungsbolzens in die Bohrung (20) umfaßt, wobei die Mittel (32) zum Erwärmen des Verbindungsbolzens im Schneide-...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen durch Warmnieten mit den Merkmalen des Oberbegriffs der Ansprüche 1 und 2.
  • Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Möglichkeiten zum Verbinden von Bauteilen, insbesondere von Bauteilen aus Stahl und anderen Metallen, bekannt. Im Bereich des Fahrzeugbaus hat sich als kostengünstiges Verfahren zum Verbinden von Stahlbauteilen das Widerstandspunktschweißen etabliert. Dieses Verfahren ist beim Verbinden von Bauteilen aus Aluminium und Magnesium jedoch nicht ausreichend sicher, so daß hier anstatt des Widerstandspunktschweißens das Durchsetzfügen und das Stanznieten, häufig in Ergänzung mit Verkleben, angewendet wird. Das Stanznieten weist jedoch den Nachteil der Kontaktkorrosion auf. Außerdem können die genannten Verfahren nicht im Zusammenhang mit Werkstoffen verwendet werden, die nicht über die für diese Verfahren erforderliche Dehnung verfügen.
  • Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 197 18 676 A1 bekannt. Die bekannte Vorrichtung umfaßt insbesondere einen Halteabschnitt zur festlegenden Aufnahme zueinander ausgerichteter zu verbindender Bauteilabschnitte sowie einen Zufuhrabschnitt zur Zufuhr von Verbindungsbolzen in den Halteabschnitt, wobei in dem Zufuhrabschnitt Mittel zum zumindest abschnittsweisen Erwärmen von Verbindungsbolzen vorgesehen sind.
    •
  • Aus der DE 297 16 441 U1 ist ein Stanz- und Prägewerkzeug bekannt, bei dem zwei zu verbindende Fügeteile durch einen federbelasteten Niederhalter gegeneinander gedrückt werden, worauf eine Nietnadel den Niet in die Fügeteile drückt, wobei Stanzbutzen aus den Fügeteilen herausgestanzt werden.
  • Aus Patent Abstracts of Japan, M-1091, 11. März 1991, Band 15/Nr. 101 ist eine Vorrichtung zum Stanzen und Nietverbinden von flächigen Bauteilen bekannt, bei der in die aufeinandergelegten und niedergedrückten Bauteilabschnitte nacheinander durch separate Einrichtungen Nietlöcher gestanzt, Bolzenmaterial eingesetzt und abgeschnitten und die eingesetzten Bolzen zu Nieten verpresst werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von dem Stand der Technik eine Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, dass das damit ausgeführte Verfahren effektiver erfolgt und die Bauweise der Vorrichtung vereinfacht wird.
  • Demgegenüber wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen mit dem Merkmal des Anspruchs 2 vorgeschlagen.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfaßt demnach einen Halteabschnitt, einen Zufuhrabschnitt und eine Preßeinrichtung. Der Halteabschnitt dient zur festlegenden Aufnahme zueinander ausgerichteter zu verbindender Bauteilabschnitte. Der Zufuhrabschnitt dient zur Zufuhr von Verbindungsbolzen in den Halteabschnitt, wobei der Zufuhrabschnitt Mittel zum zumindest abschnittsweisen Erwärmen der Verbindungsbolzen aufweist. Die Zufuhr eines erwärmten Verbindungsbolzens in den Halteabschnitt erfolgt durch eine im wesentlichen konzentrisch zu Löchern in den im Halteabschnitt festgelegten zu verbindenden Bauteilabschnitten verlaufende Bohrung. Die Preßeinrichtung schließlich dient zum Zusammenpressen des im Halteabschnitt befindlichen erwärmten Verbindungsbolzens, wobei in dem Halteabschnitt eine Preßform ausgebildet ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet somit das Erwärmen eines Verbindungsbolzens, dessen Zufuhr in die Löcher von miteinander zu verbindenden Bauteilab schnitten und das Zusammenpressen des in die Löcher eingeführten erwärmten Verbindungsbolzens.
  • Weiterhin umfaßt der Zufuhrabschnitt Mittel zum Zuschneiden von Verbindungsbolzen in gewünschter Länge aus einem zugeführten Bolzenwerkstoff. Dadurch entfällt ein Vorkonfektionieren des Verbindungsbolzens sowie ein zeitaufwendiges Nachladen nach jeder durchgeführten Verbindung.
  • Alternativ oder in Ergänzung umfaßt der Halteabschnitt im Bereich der Preßform Heizmittel. Dadurch wird gewährleistet, daß der erwärmte Verbindungsbolzen im Halteabschnitt auf der zum Zusammenpressen notwendigen Temperatur gehalten wird.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei der Preßeinrichtung um einen in der Zufuhrabschnitt und Halteabschnitt verbindenden Bohrung geführten Preßstempel, der den Verbindungsbolzen in Förderrichtung, also von dem Zufuhrabschnitt zu dem Halteabschnitt hin, beaufschlägt. Diese Maßnahme gestattet eine besonders kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind Mittel zum Stanzen von Löchern in die zu verbindenden Bauteilabschnitte vorgesehen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann somit als kompaktes Kombinationswerkzeug (Kombizange) ausgestaltet werden, bei der in einem ersten Arbeitsgang die benötigten Löcher aus den zu verbindenden Bauteilabschnitten gestanzt und in einem zweiten Arbeitsgang das Erwärmen, Einführen und Verpressen eines Verbindungsbolzens durchgeführt wird.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternde Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
    •
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
  • Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen.
  • Die Figur zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zum Verbinden von Bauteilen mit einem Zufuhrabschnitt I, einem Halteabschnitt II und einer Preßeinrichtung III.
  • Konstruktiv besteht die in der Figur dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 im wesentlichen aus vier Bauelementen, nämlich einem ersten Beaufschlagungselement 12, einem zweiten Beaufschlagungselement 14, einem Schneide- und Förderelement 16 und einem Preßstempel 18. In dem ersten Beaufschlagungselement 12 ist eine durchgehende Längsbohrung 20 vorgesehen, in welcher der Preßstempel 18 geführt ist. In einem mittleren Abschnitt des ersten Beaufschlagungselementes 12 ist eine radiale Öffnung 22 vorgesehen, die die Bohrung 20 mit einem Zufuhrkanal 24 für Verbindungsbolzen bzw. Bolzenwerkstoff verbindet und deren Höhe in axialer Richtung des ersten Beaufschlagungselements 12 im wesentlichen der (maximalen) Länge eines Verbindungsbolzens entspricht. In der Öffnung 22 ist das Schneide- und Förderelement 16 geführt.
  • Eine Stirnseite 26 des ersten Beaufschlagungselements 12 (in dem in der Figur dargestellen Ausführungsbeispiel die untere Stirnseite) und eine Stirnseite 28 des zweiten Beaufschlagungselements 14 (die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel obere Stirnseite) sind jeweils als Preßwerkzeughälfte mit einer zur Bildung einer Preßform vorgesehenen Vertiefung 27, 29 ausgebildet. Zwischen die als Preßwerkzeughälften ausgebildeten Stirnseiten 26, 28 des ersten Beaufschlagungselements 12 und des zweiten Beaufschlagungselements 14 sind plan aufeinandergelegte zu verbindende Bauteilabschnitte B1, B2 (wie dargestellt) ein spannbar, so daß der in der Zeichnung untere Abschnitt des ersten Beaufschlagungselements 12 zusammen mit dem zweiten Beaufschlagungselement 14 den erfindungsgemäßen Halteabschnitt II bildet. Die beiden Bauteilabschnitte B1, B2 verfügen jeweils über ein Loch L1 bzw. L2, wobei die Bauteilabschnitte B1, B2 derart aufeinandergelegt sind, daß die Löcher L1, L2 im wesentlichen konzentrisch übereinanderliegen. Der in der Zeichnung obere Abschnitt des ersten Beaufschlagungselements 12 bildet den erfindungsgemäßen Zufuhrabschnitt I.
  • Im Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird stangenförmiger Bolzenwerkstoff durch den Zufuhrkanal 24 bis an einen Anschlag 30 zugeführt. Durch Betätigung des Schneide- und Förderelements 16 in der eingezeichneten Pfeilrichtung wird ein Verbindungsbolzen in gewünschter Länge von dem Bolzenwerkstoff abgeschnitten und in die Öffnung 22 geschoben. In dem Schneide- und Förderelement 16 sind unterhalb der in Kontakt mit dem abgeschnittenen Verbindungsbolzen stehenden Oberfläche Mittel 32 zum Erwärmen des Verbindungsbolzens vorgesehen, mittels derer der in der Öffnung 22 befindliche Verbindungsbolzen erwärmt wird. Selbstverständlich können noch weitere, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht näher dargestellte Mittel zum Erwärmen in dem ersten Beaufschlagungselement 12 im Bereich der Öffnung 22 vorgesehen sein, um eine möglichst gleichmäßige Erwärmung des Verbindungsbolzens zu erreichen.
  • Ist der Verbindungsbolzen auf seine Zieltemperatur, die je nach Werkstoff ca. 450 bis 600°C, insbesondere 500 bis 550°C, beträgt, gebracht, dann wird er durch eine weitere Betätigung des Schneide- und Förderelements 16 in die Bohrung 20 bewegt, wo er je nach Anwendungsrichtung der Vorrichtung 10 schwerkraftbedingt oder durch Betätigung des Preßstempels 18 durch die Bohrung 20 in den Halteabschnitt II befördert wird. Die Figur zeigt den Verbindungsbolzen V strichpunktiert in dieser Lage. Wie aus der Darstellung gut ersichtlich ist, ragt der Verbindungsbolzen V mit seinem preßstempelfernen Ende durch die Lö cher L1, L2 der übereinanderliegenden Bauteilabschnitte B1, B2 und liegt am Grund der Vertiefung 29 des zweiten Beaufschlagungselements 14 an. Mit seinem preßstempelnahen Ende befindet sich der Verbindungsbolzen V weiterhin in dem in die Vertiefung 27 der Stirnseite 26 des ersten Beaufschlagungselements 12 mündenden Abschnitt der Bohrung 20, in der er weiterhin gehalten ist.
  • Durch Betätigen des Preßstempels 18 wird der Verbindungsbolzen V derart zusammengepreßt, daß sich sein in der Preßform anliegendes preßstempelfernes Ende in die Breite verformt und den Rand des Loches L2 überkragt. Abhängig von den gewählten Dimensionen (Durchmesser der Löcher L1, L2, Durchmesser und Länge des Verbindungsbolzens V) wird vor einem analogen Verformen des preßstempelnahen Endes des Verbindungsbolzens V in eine den Rand des oberen Loches L1 überkragende Form ein mittlerer Abschnitt des Verbindungsbolzens V im Innern der Löcher L1, L2 so weit auseinandergedrückt, daß er das Innere der Löcher L1, L2 im wesentlichen vollständig ausfüllt.
  • Zur Konstanthaltung der Temperatur des erwärmten Verbindungsbolzens V während des Preßvorgangs ist in dem Halteabschnitt II im Bereich der durch die Vertiefungen 27, 29 gebildeten Preßform eine weitere Heizeinrichung 34 vorgesehen. Aus Gründen der Darstellungsvereinfachung ist die Heizeinrichtung 34 lediglich im Bereich der Stirnseite 28 des zweiten Beaufschlagungselements 14 schematisch angedeutet. Selbstverständlich kann auch im Bereich der Stirnseite 26 des ersten Beaufschlagungselements 12 eine weitere Heizeinrichtung vorgesehen sein.
  • Nach dem Verpressen des Verbindungsbolzens V wird der verformte Verbindungsbolzen abgekühlt, wobei während des Abkühlens eine Längenkontraktion (in axialer Richtung, d.h. in Richtung der Bohrung 20) erfolgt, wodurch die Festigkeit der Verbindung der beiden Bauteilabschnitte B1, B2 zusätzlich erhöht wird.
  • Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Insbesondere erweist es sich als vorteilhaft, in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusätzlich eine Stanzeinrichtung zum Einbringen von Löchern in die zu verbindenden Bauteilabschnitte vorzusehen. Außerdem kann das Schneide- und Förderelement 16 lediglich als Förderelement ausgebildet sein, wenn die Verbindungsbolzen vorkonfektioniert in die erfindungsgemäße Vorrichtung eingesetzt werden.

Claims (6)

  1. Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen durch Warmnieten, mit einem Halteabschnitt (II) zur festlegenden Aufnahme zueinander ausgerichteter zu verbindender Bauteilabschnitte (B1, B2), einem Zufuhrabschnitt (I) zur Zufuhr von Verbindungsbolzen (V) in den Halteabschnitt (II), wobei der Zufuhrabschnitt (I) Mittel (32) zum zumindest abschnittsweisen Erwärmen von Verbindungsbolzen (V) aufweist und die Zufuhr eines erwärmten Verbindungsbolzens (V) in den Halteabschnitt (II) durch eine im wesentlichen konzentrisch zu Löchern (L1, L2) in den im Halteabschnitt (II) festgelegten zu verbindenden Bauteilabschnitten (B1, B2) verlaufende Bohrung (20) erfolgt, und einer Preßeinrichtung (III) zum Zusammenpressen des im Halteabschnitt (II) befindlichen erwärmten Verbindungsbolzens (V), wobei in dem Halteabschnitt (II) eine Preßform (27, 29) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrabschnitt (I) ein Schneide- und Förderelement (16) zum Zuschneiden von Verbindungsbolzen in gewünschter Länge aus einem zugeführten Bolzenwerkstoff und zum Zuführen des zugeschnittenen Verbindungsbolzens in die Bohrung (20) umfaßt, wobei die Mittel (32) zum Erwärmen des Verbindungsbolzens im Schneide- und Förderelement (16) unterhalb seiner in Kontakt mit dem Verbindungsbolzen (V) stehenden Oberfläche angeordnet sind.
  2. Vorrichtung zum Verbinden von Bauteilen durch Warmnieten, mit einem Halteabschnitt (II) zur festlegenden Aufnahme zueinander ausgerichteter zu verbindender Bauteilabschnitte (B1, B2), einem Zufuhrabschnitt (I) zur Zufuhr von Verbindungsbolzen (V) in den Halteabschnitt (II), wobei der Zufuhrabschnitt (I) Mittel (32) zum zumindest abschnittsweisen Erwärmen von Verbin dungsbolzen (V) aufweist und die Zufuhr eines erwärmten Verbindungsbolzens (V) in den Halteabschnitt (II) durch eine im wesentlichen konzentrisch zu Löchern (L1, L2) in den im Halteabschnitt (II) festgelegten zu verbindenden Bauteilabschnitten (B1, B2) verlaufende Bohrung (20) erfolgt, und einer Preßeinrichtung (III) zum Zusammenpressen des im Halteabschnitt (II) befindlichen erwärmten Verbindungsbolzens (V), wobei in dem Halteabschnitt (II) eine Preßform (27, 29) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteabschnitt (II) im Bereich der Preßform (27, 29) Heizmittel (34) umfaßt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halteabschnitt (II) im Bereich der Preßform (27, 29) Heizmittel (34) umfaßt.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß der Zufuhrabschnitt (I) ein Schneide und Förderelement (16) zum Zuschneiden von Verbindungbolzen in gewünschter Länge aus einem zugeführten Bolzenwerkstoff und zum Zuführen des zugenschnittenen Verbindungsbolzens in die Bohrung 20 umfaßt, wobei die Mittel (32) zum Erwärmen des Verbindungsbolzens unterhalb der in Kontakt mit dem Verbindungsbolzen stehenden Oberfläche des Schneide- und Förderelements (16) angeordnet sind.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßeinrichtung (III) ein in der Zufuhrabschnitt (I) und Halteabschnitt (II) verbindenden Bohrung geführter Preßstempel (18) ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Mittel zum Stanzen von Löchern (L1,L2) in die zu verbindenden Bauteilabschnitte (B1, B2).
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