DE69821504T2

DE69821504T2 - Vorrichtung und verfahren zum fügen von blechen

Info

Publication number: DE69821504T2
Application number: DE69821504T
Authority: DE
Inventors: Edmund Stuart BLACKET
Original assignee: Henrob Ltd
Current assignee: Atlas Copco IAS UK Ltd
Priority date: 1997-09-23
Filing date: 1998-09-23
Publication date: 2004-12-16
Anticipated expiration: 2018-09-24
Also published as: EP1019206A1; AUPO935597A0; US6842962B1; WO1999015288A1; DE69821504D1; EP1019206B1

Description

Diese Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden von Blechen, wie sie in WO-A-94/14554 (US-A-5 752 305) offengelegt werden, entsprechend dem Oberbegriff der Hauptansprüche.
Wenn zwei dünne Metallbleche miteinander verbunden werden, z. B. mit Nieten, gibt es oft eine Schwierigkeit beim Erreichen einer ausreichenden Scherbelastungsfestigkeit. Es wird angenommen, daß die Scherbelastungsfestigkeit in der Größenordnung von 15% gesteigert werden kann, wenn ein Blindniet auf eine bekannte Weise auf vorgesenkte Bleche angewendet wird, das heißt Bleche, in die Warzen eingesenkt worden sind, um Löcher, geformt zum Aufnehmen von Blindnieten. Bei vielen Anwendungen ist es jedoch nicht zweckmäßig, Warzen in Bleche einzusenken, bevor sie aneinander befestigt werden.
US 3 958 389 legt ein Verbindungselement offen, das ausgesparte Abschnitte in der Form von an der Unterseite des Verbindungselementkopfs und am Oberteil des Verbindungselementschafts angeordneten Ringnuten hat, um so ein Verbindungselement mit einer gesteigerten Dauerfestigkeit bereitzustellen. DE-A-25 46 214 legt eine Verbindungsvorrichtung offen, bei der ein Paar von Blechen über einem Loch angeordnet wird und durch das Einsetzen eines Verbindungselements miteinander verbunden wird. Anschließend wird der Schaft des Verbindungselements auf der zum Einsetzen des Verbindungselements gegenüberliegenden Seite der Bleche verformt. US 2 245 933 legt einen Niet für Blech offen, dafür gestaltet, die Ausfallwahrscheinlichkeit von genieteten Verbindungen bei Blech zu verringern. Der hierin offengelegte Nietkopf hat eine konvexe Unterseite mit einer ringförmigen Aussparung angrenzend an den Schaft des Niets.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden bereitzustellen, die in der Lage sind, eine gesteigerte Scherbelastungsfestigkeit der Verbindung zu gewährleisten.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, um zwei oder mehr übereinandergelegte allgemein ebene Bleche dadurch miteinander zu verbinden, daß ein Verbindungselement an einer vorher festgelegten Stelle in Eingriff mit den Blechen gebracht wird, wobei die übereinandergelegten ebenen Bleche in eine Verbindungselementeinsetzungs- und Blechverformungsbaugruppe mit einer Form gelegt werden, wobei die Bleche um die vorher festgelegte Stelle durch eine Stützfläche der Form gestützt werden, wobei die Baugruppe betätigt wird, um ein Verbindungselement in die Bleche einzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche eine Aussparung um die vorher festgelegte Stelle definiert, und dadurch, daß die Baugruppe betätigt wird, um alle Bleche aus ihren Ebenen außerhalb der vorher festgelegten Stelle und in die Aussparung zu verformen.
Der Begriff „Verbindungselement" wird hierin so verwendet, daß er Niete, Schrauben und dergleichen einschließt.
Die Erfindung stellt außerdem eine Vorrichtung bereit, um das obige Verfahren auszuführen.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Vorrichtung bereit, um zwei oder mehr übereinandergelegte allgemein ebene Bleche dadurch miteinander zu verbinden, daß ein Verbindungselement an einer vorher festgelegten Stelle in Eingrifff mit den Blechen gebracht wird, wobei die Vorrichtung eine Baugruppe umfaßt, die betätigt werden kann, um übereinandergelegte ebene Bleche aufzunehmen und um ein Verbindungselement in Eingriff mit den Blechen zu bringen, wobei die Baugruppe eine Form umfaßt, wobei die Form eine Stützfläche hat, auf der die Bleche um die vorher festgelegte Stelle gestützt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche eine Aussparung um die vorher festgelegte Stelle definiert und die Baugruppe betätigt werden kann, um vorher, während oder nach dem Einsetzens des Verbindungselements oder danach alle Bleche außerhalb der vorher festgelegten Stelle aus ihren Ebenen außerhalb der vorher festgelegten Stelle und in die Aussparung zu verformen.
Die Verformung kann eine ringförmige Auskragung oder Nut oder eine Rippe oder eine Vielzahl von Vertiefungen umfassen.
Die Bleche können verformt werden, bevor das Verbindungselement eingesetzt wird, zum Beispiel dadurch, daß die Bleche zusammengeklemmt werden, bevor das Verbindungselement eingesetzt wird. Die Bleche können zusammengeklemmt werden, bis das Verbindungselement eingesetzt worden ist, oder aus der Klemmung gelöst werden, bevor das Verbindungselement eingesetzt wird. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Bleche zwischen einem Klemmelement und einer Form zusammengeklemmt, derart geformt, daß die Bleche zwischen dem Klemmelement und der Form verformt werden. Die Bleche können um die vorher festgelegte Stelle durch eine Stützfläche gestützt werden, die eine Aussparung definiert, in welche die Bleche durch einen Kopfabschnitt des Verbindungselements deformiert werden.
Als Alternative dazu können die Bleche verformt werden, nachdem das Verbindungselement eingesetzt wird, zum Beispiel durch Einklemmen der zu verformenden Bleche zwischen einem Klemmelement und einer Form, so geformt, daß die Bleche zwischen dem Klemmelement und der Form verformt werden.
Bei einem weiteren alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens können gleichzeitig die Bleche deformiert und das Verbindungselement eingesetzt werden. Zum Beispiel können die Bleche durch Stützen der Bleche auf einer Form, die eine um die vorher festgelegte Stelle verlaufende Aussparung definiert, verformt werden, wobei ein Kopfabschnitt des Verbindungselements die Bleche in die Aussparung treibt, wenn das Verbindungselement eingesetzt wird. Die Bleche können während des Einsetzens des Verbindungselements gegen die Oberfläche der Form außerhalb der Aussparung geklemmt werden. Der Verbindungselementkopf kann zu seinem Umfang hin an Dicke zunehmen, um so eine konvexe Oberfläche zu definieren, die zu der Form zeigt und mit der Gestalt der in der Form gebildeten Aussparung zusammenpaßt.
Um ein vollständiges Verständnis der Erfindung zu ermöglichen, wird nun eine Zahl von bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
1 eine seitliche Schnittansicht ist, die das Verbinden von zwei Blechtafeln unter Verwendung eines standardmäßigen Halbhohlniets und einer Form auf eine herkömmliche Weise zeigt,
2 eine Ansicht ähnlich der von 1 ist, die das Verbinden von zwei Blechen nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines standardmäßigen Halbhohlniets und einer ausgesparten Form zeigt,
3 eine Ansicht ähnlich der von 1 ist, die das Verbinden von zwei Blechen nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung eines Großkopfniets und einer ausgesparten Form zeigt,
4 eine seitliche Schnittansicht ist, die das Verbinden von zwei Blechen zeigt, wobei das Material um den Nietkopf nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung „geprägt" oder verformt wird,
5 eine Ansicht ähnlich der von 4 ist, die das Formen einer Rippe um einen Nietkopf nach einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
6 das Formen einer Rippe um einen Nietkopf nach einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,
7 das Formen einer „geprägten" Verformung unter einem Nietkopf nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt und
8 eine seitliche Schnittansicht einer für eine Verwendung nach der vorliegenden Erfindung geeigneten gefederten Stauchmatrize ist.
Wie es in 1 gezeigt wird, drückt bei einem herkömmlichen Verfahren zum Verbinden von Blechtafeln 11, 12 mit einem Halbhohlniet 10 ein Oberstempel (nicht gezeigt) den Niet und die Blechtafeln 11, 12 in eine Form 13, und die Verformung der Blechtafel und des Schafts 14 des Niets klemmt die Blechtafeln zusammen.
Um die Scherfestigkeit zu verbessern, können, wie es in 2 gezeigt wird und nach der vorliegenden Erfindung, ein Niet 110 und die Blechtafeln 111 und 112 durch einen Oberstempel 115 in eine Form 113 getrieben werden, wo die Blechtafeln aus den Ebenen, in denen sie anfangs liegen, in eine ringförmige Aussparung 116 verformt werden, um eine kegelige Senkung um einen Nietkopf 117 zu bilden. Die Blechtafeln werden durch einen Vorklemmkopf 118 an die Form 113 geklemmt, das heißt, der Kopf 118 wird vor dem Einsetzen des Niets und währenddessen auf die Bleche 111, 112 aufgebracht. Die Bleche werden gleichzeitig mit dem Einsetzen des Niets verformt.
Ein ähnliches Verfahren wie das von 2 kann, wie es in 3 gezeigt wird, für Großkopfniete eingesetzt werden.
Unter Bezugnahme auf 4 definiert nun eine Form 213 eine breitere ringförmige Aussparung 216, und ein Vorklemmkopf 218 hat eine Nase 219, die Blechtafeln 211, 212 in die Aussparung verformt, um eine ringförmige Verformung um einen Kopf 217 eines Niets 210 zu bilden, d. h., die Blechtafeln 211, 212 werden um den Nietkopf 217 „geprägt". Die Vorklemmkraft ist ausreichend, um eine relative Bewegung zwischen den aneinandergrenzenden Blechen zu verhindern, und kann zum Beispiel in der Größenordnung von 1 Tonne liegen. Die Bleche werden in die Aussparung 216 verformt, bevor der Niet eingesetzt wird. Als Alternative dazu kann das „Prägen" der Blechtafeln 211, 212 durch die Verwendung des Kopfs 218 bewirkt werden, um die Blechtafeln in Eingriff zu nehmen, erst nachdem der Niet 210 eingesetzt worden ist, so daß die Bleche 211, 212 vollständig in die Aussparung 216 verformt werden, nachdem der Niet eingesetzt worden ist.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 5 hat eine Form 313 eine mit Zwischenraum von einer Bohrung 320 der Form angeordnete ringförmige Aussparung 316. Ein Klemmkopf 318 trägt einen Vorsprung 319 der Blechtafeln 311, 312 in eine Aussparung 316 verformt, um eine flache Verrippungswirkung um einen Kopf 317 eines Niets 310 zu erreichen, der durch einen Oberstempel 315 hineingetrieben wird. Der Klemmkopf 318 kann entweder, bevor der Niet hineingetrieben wird, nachdem der Niet hineingetrieben wird oder vor dem Hineintreiben des Niets und währenddessen gegen die Blechtafeln gedrückt werden. Dies wird die Scherbelastungsfestigkeit und die Steifigkeit der Verbindung steigern.
Bei dem Ausführungsbeispiel von 6 werden wieder Blechtafeln 411, 412 so geformt, daß sie eine erhöhte ringförmige Rippe um den Kopf 417 des Niets 410 bereitstellen, wobei die Form 413 einen ringförmigen Vorsprung (oder Steg) 416 um die Bohrung 420 der Form hat. Die Verrippungswirkung kann durch einen Nasenabschnitt 419 erzeugt werden, der komplementär zur Aussparung 416 an einem Klemmkopf 418 ist. Wieder kann der Klemmkopf 418 vor, nach dem Nieteinsetzen oder währenddessen auf die Bleche 411, 412 aufgebracht werden.
Unter Bezugnahme auf 7 hat nun eine Form 513 einen nach innen gerichteten Absatz 516 in einer Bohrung 520. Wenn ein Niet 510 eingesetzt wird, um Blechtafeln 511, 512 zu verbinden, werden die Bleche nach innen verformt, um einen ringförmigen Prägering zwischen einem Kopf 517 des Niets und einem Schaft 514 des Niets 510 zu bilden. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Blechtafeln 511, 512 durch einen Klemmkopf 518 an die Form 513 geklemmt, bevor ein Oberstempel 515 vorgeschoben wird, um den Niet 510 in Eingriff zu nehmen. Die Blechverformung erfolgt gleichzeitig mit dem Nieteinsetzen.
Als eine Alternative zu einer durchgehenden Verformung um den Nietkopf können die Blechtafeln in eine Reihe von „Warzen" um den Nietkopf verformt werden. Die Warzen können von zwei unterschiedlichen Arten sein, das heißt, einer, bei der ein oberes Blech abgeschert wird, um so tatsächlich eingeschnitten zu werden, und einer, bei der das obere Blech in ein angrenzendes Blech gedrückt wird, aber nicht eingeschnitten wird.
Unter Bezugnahme auf 8 hat nun eine Form 613 einen feststehenden äußeren ringförmigen Körper 621 und einen inneren, durch eine Feder 623 nach oben gedruckten, Kern 622. Die Form 613 verringert die Neigung zum Spalten der Blechtafeln 611, 162, wenn die Bleche anfangs in eine Aussparung 616 geprägt werden, bevor die Verformung der Blechtafeln 611, 612 durch einen Schaft 614 eines Niets 610 erfolgt, d. h., die Verformung des Metalls erfolgt in Stufen. Die Blechverformung erfolgt hauptsächlich nach dem Nieteinsetzen.
Es wird angenommen, daß die Bildung von Verformungen um ein Verbindungselement, wie beispielsweise einen Niet, nach der vorliegenden Erfindung sowohl die Abziehfestigkeit einer Verbindung um die Größenordnung von 10% steigern kann als auch beträchtliche Verbesserungen der Scherfestigkeit und der Wiederholbarkeit erzeugt.
Das Verformen von zu verbindenden Blechen, bevor ein Niet eingesetzt wird, verbessert nicht nur die Verbindungsfestigkeit, sondern kann außerdem sichern, daß der anschließende Vorgang des selbstlochenden Nietens vollständig isoliert ist von allen Wirkungen oder Reaktionen der Bleche, welche die Stelle umgeben, an welcher der Niet eingesetzt werden soll. Während das Vorklemmen von Blechen vor dem selbstlochenden Nieten die Verbindungsqualität verbessert, wie es beispielsweise im US-Patent Nr. 5 752 305 beschrieben wird, kann folglich das Vorverformen der Bleche um den Ort des Niets weitere Verbesserungen der Verbindungsqualität gewährleisten und kann insbesondere die Standardabweichung der Leistung der selbstlochenden Nietverbindung verringern. Dies kann besonders wichtig sein, wenn es schwierig ist, Wirkungen von den umgebenden Blechen durch einfaches Aneinander-Vorklemmen der Bleche zu vermeiden, und verhindert relative Bewegungen, zum Beispiel, wenn die Bleche mit einem Schmiermittel oder Fett behandelte Oberflächen haben, zum Beispiel, wenn Aluminiumbleche verbunden werden, die Form-Trockenschmiermittelbeschichtungen tragen.
Obwohl angenommen wird, daß es wünschenswert ist, die Bleche um den Nietort vorzuverformen und während des Nieteinsetzens eine hohe Klemmkraft auf die Bleche aufrechtzuerhalten, um Verbindungen sehr hoher Qualität zu erreichen, ist es in einigen Fällen möglich, die Vorklemmkraft nach dem Verformen, aber bevor der Niet hineingetrieben wird, zu lösen. Die Anwendung eines solchen Verfahrens kann in bestimmten Situationen Vorteile haben, weil die gesamte Baugruppe, welche die Form trägt, gegen welche die zu nietenden Bleche geklemmt werden, nicht so stabil sein muß. Falls die Klemmkraft während des Nieteinsetzens aufrechterhalten wird, muß die Baugruppe die Summe der Vorklemm- und der Nieteinsetzkräfte tragen. Falls die Klemmkraft während des Nieteinsetzens gelöst wird, muß die gesamte Baugruppe nur ausreichend stabil sein, um die größere dieser zwei Kräfte zu tragen.
Die zum Verformen der Bleche und zum Hineintreiben selbstlochender Niete notwendigen Kräfte werden in einem gewissen Maß von den physikalischen Eigenschaften der zu verbindenden Bleche abhängen. Bei verhältnismäßig dicken Blechen oder Blechen, die einer Verformung widerstehen, kann es notwendig sein, verhältnismäßig hohe kinetische Kräfte anzuwenden, um die notwendige Leistung zu erreichen. Bei verhältnismäßig dünnen Blechen oder Blechen, die verhältnismäßig leicht zu verformen sind, können die notwendigen Vorklemmkräfte mit Bauteilen niedriger Geschwindigkeit, angetrieben zum Beispiel durch hydraulische Stellglieder, erreicht werden.

Claims

Verfahren, um zwei oder mehr übereinandergelegte allgemein ebene Bleche (111, 112) dadurch miteinander zu verbinden, daß ein Verbindungselement (110) an einer vorher festgelegten Stelle in Eingriff mit den Blechen (111, 112) gebracht wird, wobei die übereinandergelegten ebenen Bleche (111, 112) in eine Verbindungselementeinsetzungs- und Blechverformungsbaugruppe (113, 115) mit einer Form (113) gelegt werden, wobei die Bleche um die vorher festgelegte Stelle durch eine Stützfläche der Form (113) gestützt werden, wobei die Baugruppe betätigt wird, um ein Verbindungselement (110) in die Bleche (111, 112) einzusetzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche eine Aussparung (116) um die vorher festgelegte Stelle definiert, und dadurch, daß die Baugruppe betätigt wird, um alle Bleche (111, 112) aus ihren Ebenen außerhalb der vorher festgelegten Stelle und in die Aussparung (116) zu verformen.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bleche (111, 112) verformt werden, bevor das Verbindungselement (110) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Bleche (111, 112) zusammengeklemmt werden, bevor das Verbindungselement (110) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Bleche (111, 112) zusammengeklemmt werden, bis das Verbindungselement (110) eingesetzt worden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem die Bleche (111, 112) aus der Klemmung gelöst werden, bevor das Verbindungselement (110) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, 4 oder 5, bei dem die Bleche (111, 112) zwischen einem Klemmelement (118) und einer Form (113) zusammengeklemmt werden, derart geformt, daß die Bleche (111, 112) zwischen dem Klemmelement (118) und der Form (113) verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, bei dem die Bleche (111, 112) durch einen Kopfabschnitt (117) des Verbindungselements (110) verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bleche (111, 112) verformt werden, nachdem das Verbindungselement (110) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die zu verformenden Bleche (111, 112) zwischen einem Klemmelement (118) und einer Form (113) zusammengeklemmt werden, derart geformt, daß die Bleche (111, 112) zwischen dem Klemmelement (118) und der. Form (113) verformt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem gleichzeitig die Bleche (111, 112) deformiert werden und das Verbindungselement (110) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Bleche (111, 112) durch einen Kopfabschnitt (117) des Verbindungselements (110) verformt werden, der die Bleche (111, 112) in die Aussparung (116) treibt, wenn das Verbindungselement (110) eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Bleche (111, 112) während des Einsetzens des Verbindungselements (110) gegen die Oberfläche der Form (113) außerhalb der Aussparung (116) geklemmt werden.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, bei dem der Verbindungselementkopf (117) zu seinem Umfang hin an Dicke zunimmt, um so eine konvexe Oberfläche zu definieren, die zu der in der Form (113) gebildeten Aussparung (116) zeigt.
Vorrichtung, um zwei oder mehr übereinandergelegte allgemein ebene Bleche (111, 112) dadurch miteinander zu verbinden, daß ein Verbindungselement (110) an einer vorher festgelegten Stelle in Eingriff mit den Blechen (111, 112) gebracht wird, wobei die Vorrichtung eine Baugruppe (113, 115) umfaßt, die betätigt werden kann, um übereinandergelegte ebene Bleche (111, 112) aufzunehmen und um ein Verbindungselement (110) in Eingriff mit den Blechen (111, 112) zu bringen, wobei die Baugruppe eine Form umfaßt, wobei die Form eine Stützfläche hat, auf der die Bleche um die vorher festgelegte Stelle gestützt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützfläche eine Aussparung (116) um die vorher festgelegte Stelle definiert und die Baugruppe betätigt werden kann, um vorher, während oder nach dem Einsetzens des Verbindungselements (110) alle Bleche (111, 112) außerhalb der vorher festgelegten Stelle aus ihren Ebenen außerhalb der vorher festgelegten Stelle und in die Aussparung (116) zu verformen.