EP1912753A1 - Verfahren zum setzen von stanznieten - Google Patents
Verfahren zum setzen von stanznietenInfo
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Definitions
- the invention relates to a method according to the preamble of the first claim
- Punch rivets are understood to mean a riveting method in accordance with DIN 8593-5, Issue Sept 2003, in which a full rivet or half-tubular rivet is driven by a ram through at least two unperforated sheet-like components by means of a blank holder.
- a die is arranged on the component side facing away from the stamp on the one hand forms the abutment for holding down and on the other serves to deform the lower component or the rivet in the lower component, so that a form gleichige connection between the punch rivet and the lower component is formed
- the punch riveting tool suitable for this purpose generally consists of a C-shaped frame, wherein on one side a die and on the other side a hydraulically or pneumatically movable punch is provided, which is enclosed by a hold-down
- Such punch riveting tongs are usually used on robots fastened, which then drive the punch riveter to the fastening point
- Such a system for a semi-hollow rivet for example, describes the US-A 5,752,305
- clamping forces of some 100 N up to 15 kN are referred to as usual, wherein clamping forces in such a height according to the US patent, a deep drawing process in the sheets in the Punch rivet is to be avoided, which has turned out to be in practice but not true
- Object of the present invention is to propose a method for setting punched rivets, while maintaining the known Punch riveting with which a reduction of Fugekrafte is possible
- the development according to claim 2 describes a waiting time at a constant clamping force. This can be used for the known determination of the component thicknesses via a displacement measurement of the punch path
- the claims 4 and 5 describe areas for the waiting time and for the clamping force in the connection of two aluminum sheets of conventional configuration, as used in the automotive industry
- the clamping force is exerted solely on the punch rivet on the sheets / components to be joined and not - as in practice - on the hold-down
- 1 denotes the punch
- 2 the hold-down
- 3 the semi-hollow punch rivet
- 4 and 5 the two sheets to be joined
- 6 the die
- the half-hollow punch rivet 3 is also supplied in front of the punch head 1 in a known manner (position I)
- the punch riveter is positioned at the riveting point, so that the die 6 comes to bear against the lower plate 5 and the hold-down 2 with the punch 1 and the semi-hollow punch rivet 3 above the upper plate 4 is (position II)
- the punch 1 moves with the half-hollow punch rivet 3 in the direction of the upper sheet 4, namely so far that the half-hollow punch rivet 3 touches the sheet metal surface (position III), while the hold-down 2 is still just before the surface of the uppermost Sheet 4 remains without touching it
- a clamping force of 2 to 10 kN is applied for 0. 1 to 2 sec over the semi-hollow punch rivet 3
- This clamping force serves to distribute the adhesive between the sheets 4 and 5
- the clamping force exerted on the half-hollow punch rivet 3 is increased up to 75 kN up to the setting force of the semi-hollow punch rivet 3, so that the half-hollow punch rivet 3 is driven into the sheets 4 and 5 to be joined (position IV).
- Upper sheet material AC-300 (aluminum 6060),
- the setting force can be reduced by more than 20%.
- lighter punched nipples can be used for the same application
- the adhesive is distributed much more uniformly between the sheets.
- the air channels previously observed in the prior art in the adhesive layer are substantially reduced or no longer occur
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Abstract
Um eine Reduzierung der Setzkräfte beim Stanznieten zu erhalten, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die bisher vom Niederhalter ausgeübte Klemmkraft nunmehr durch den Stanzniet (3) selbst aufgrund einer auf den Stempel (1) ausgeübten Kraft zu ersetzen. Die Klemmkraft bewegt sich hierbei in bekannten Größenordnungen, während die Setzkraft um 20% verringert werden konnte.
Description
Verfahren zum Setzen von Stanznieten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs
Das Stanznieten ist seit Jahren auch in der Automobiltechnik bekannt Üblicherweise werden Aluminiumbleche mit Hilfe von Halbhohl-Stanznieten im Uberlappstoß verbunden
Unter Stanznieten wird ein Nietverfahren in Übereinstimmung mit DIN 8593- 5, Ausgabe Sept 2003, verstanden, bei dem mit Hilfe eines Niederhalters ein Vollniet oder Halbhohlniet von einem Stempel durch mindestens zwei ungelochte blechartige Bauteile getrieben wird Auf der dem Stempel abgewandten Bauteilseite ist eine Matrize angeordnet, die zum einen das Gegenlager zum Niederhalter bildet und zum anderen dazu dient, das untere Bauteil bzw den Niet im unteren Bauteil zu verformen, so dass eine formschlussige Verbindung zwischen dem Stanzniet und dem unteren Bauteil entsteht Bei Verwendung von Halbhohlstanzniete tritt der Halbhohlstanzniet nicht aus dem unteren Bauteil aus
Das hierzu geeignete Stanznietwerkzeug besteht in der Regel aus einem C- formigen Rahmen, wobei auf der einen Seite eine Matrize und auf der anderen Seite ein hydraulisch oder pneumatisch verfahrbarer Stempel vorgesehen ist, der von einem Niederhalter umschlossen ist Derartige Stanzniet- zangen werden üblicherweise an Robotern befestigt, die dann die Stanzniet- zange an die Befestigungsstelle fahren
Zum Setzen eines Stanznietes wird dieser vor dem Stempel gelagert Dann fahrt der Niederhalter herunter und druckt die beiden zu verbindenden Bauteile an der Nietstelle gegen die Matrize Anschließend wird unter Aufrechterhaltung der Klemmkraft des Niederhalters der Stanzniet in die beiden zu verbindenden, ungelochten Bauteile getrieben Hierbei werden Kräfte von 30 kN und mehr benotigt Die Klemmkrafte bewegen sich in der Größenordnung von 6 - 7 kN
Eine derartige Anlage für einen Halbhohl-Stanzniet beschreibt beispielsweise die US-A 5,752,305 Hier werden Klemmkrafte von einigen 100 N bis zu 15 kN als üblich bezeichnet, wobei bei Klemmkraften in einer derartigen Hohe gemäß dem US-Patent ein Tiefziehvorgang in den Blechen im Bereich der Stanzniet vermieden werden soll, was sich in der Praxis aber als nicht zutreffend herausgestellt hat
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Beibehaltung der bekannten Stanznietzangen ein Verfahren zum Setzen von Stanznieten vorzuschlagen, mit dem eine Reduzierung der Fugekrafte möglich ist
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch die Merkmale des ersten Anspruchs gelost
Im Gegensatz zum Stand der Technik wird nun kein Niederhalter mehr verwendet, der die zu fugenden Bleche zusammenpresst, sondern das Zu-
sammendrucken der Bleche vor dem eigentlichen Setzvorgang geschieht über den Stempel und den Stanzniet selbst Der nach wie vor vorhandene Niederhalter dient nur noch zur Nietfuhruπg wahrend der Zufuhr des Stanzniets zur Oberflache der zu verbindenden Bauteile durch den Stempel Er kann aber keine Klemmkraft mehr aufbringen, da er die zu verbindenden Bauteile nicht mehr berührt Es hat sich hierbei überraschenderweise herausgestellt, dass die über den Niet aufzubringende Klemmkraft geringer ist als bisher und dass auch die Setzkraft, die Kraft also, mit der der Stanzniet in die Bleche/Bauteile getrieben wird, wesentlich verringert werden kann Damit tritt weniger Werkzeugverschleiß aufgrund der kleineren Fugekrafte auf, auch kann der Stanznietbugel selbst hinsichtlich Gewicht und damit Matenalkosten minimiert werden Damit können auch Roboter kleiner Tragkraft eingesetzt werden Em weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass die bisher verwendeten Stanznietzangen ohne bauliche Veränderung beibehalten werden können Lediglich die Steuerung des Niederhalters muss geändert werden, damit sicher gestellt ist, dass er die zu verbindenden Bauteile nicht mehr berührt
Die Unteranspruche beschreiben vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens
Die Weiterbildung nach Anspruch 2 beschreibt eine Wartezeit bei einer konstanten Klemmkraft Diese kann zur an sich bekannten Bestimmung der Bauteildicken über eine Wegmessung des Stempelweges genutzt werden
Es ist allgemein bekannt, die mittels Stanzniet zu verbindenden Bauteile auch gleichzeitig zu verkleben, indem vor dem Setzen des Stanznietes Klebstoff punkt- oder streifenförmig auf die beiden Innenseiten der verbindenden Bleche/Bauteile aufgetragen wird Um den Klebstoff vor dem Stanznieten auf die Blechoberflachen zu verteilen, werden entweder längere Wartezeiten bei konstanter Klemmkraft (Anspruch 2) eingestellt, oder alternativ kann gemäß Anspruch 3 die Klemmkraft in ihrer Hohe verändert
werden Ein Vorteil dieser Ausgestaltung nach Anspruch 2 oder 3 besteht darin, dass die sonst bei Verwendung eines Niederhalters zum Klemmen und damit Verteilen des Klebstoffs aufgetretenen Luftkanale im zwischen den Blechen verteilten Klebstoff deutlich reduziert werden konnten
Die Ansprüche 4 und 5 beschreiben Bereiche für die Wartezeit und für die Klemmkraft bei der Verbindung zweier Aluminiumbleche üblicher Konfiguration, wie sie im Automobilbau eingesetzt werden
Es sei nochmals daran erinnert, dass gemäß der Erfindung die Klemmkraft ausschließlich über den Stanzniet auf die zu verbindenden Bleche/Bauteile ausgeübt wird und nicht - wie in der Praxis - über den Niederhalter
Im folgenden Beispiel wird der bisherige Stanznietvorgang mit Halbhohl- Stanznieten kurz dargestellt und mit dem erfindungsgemaßen verglichen
Zwei zu verbindende Bleche werden in bekannter Weise lagegenau eingespannt Dann wird eine an einem Roboter befestigte Stanznietzange zu der Verbindungsstelle gefahren Die Stanznietzange ist in üblicherweise an einen Nietenvorrat und eine Nietzufuhreinrichtung angebunden
Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik wird nach dem Zufuhren eines Halbhohl-Stanzniets und seiner Positionierung vor dem Stempelkopf einer handelsüblichen Stanznietzange der Niederhalter herunter gefahren, so dass er die zu nietenden Bleche zusammenpresst und gegen die auf der Bauteilunterseite angeordnete Matrize druckt Hierdurch wird der vorher auf den Innenseiten der zu verbindenden Bleche aufgebrachte Klebstoff verteilt Hierzu werden Klemmkrafte von 2 bis 10 kN über den Niederhalter für einen Zeitraum 0,1 bis 2 sec aufgebracht
Anschließend fahrt der Stempel mit dem vorgelagerten Halbhohl-Stanzniet auf die Bleche und durchdringt das oberste Blech, wahrend er aufgrund der Matrize unter dem untersten Blech im untersten Blech aufgeweitet wird, ohne aus diesem Blech herauszutreten Dieser Vorgang dauert ca 0,5 sec Hierbei werden Setzkrafte von bis zu 90 kN, je nach Blechmateπal und - starke aufgebracht
Nunmehr wird das erfmdungsgemaße Verfahren an Hand eines schematisiert dargestellten Verfahrensablaufs in der einzigen Figur mit den Positionen I bis IV naher dargestellt
In den Abbildungen sind mit 1 der Stempel, mit 2 der Niederhalter, mit 3 der Halbhohl-Stanzniet, mit 4 und 5 die zu verbindenden beiden Bleche und mit 6 die Matrize bezeichnet
Bei dem erfmdungsgemaßen Verfahren wird in bekannter Weise ebenfalls der Halbhohl-Stanzniet 3 vor den Stempelkopf 1 zugeführt (Position I)
Anschließend wird die Stanznietzange an der Nietstelle positioniert, so dass die Matrize 6 zur Anlage an das untere Blech 5 gelangt und der Niederhalter 2 mit dem Stempel 1 und dem Halbhohl-Stanzniet 3 oberhalb des oberen Bleches 4 steht (Position II)
Danach fahrt der Stempel 1 mit dem Halbhohl-Stanzniet 3 in Richtung auf das obere Blech 4 und zwar so weit, dass der Halbhohl-Stanzniet 3 die Blechoberflache berührt (Position III), wahrend der Niederhalter 2 nach wie vor kurz vor der Oberflache des obersten Bleches 4 verharrt, ohne es zu berühren Dann wird für 0, 1 bis 2 sec über den Halbhohl-Stanzniet 3 eine Klemmkraft von 2 bis 10 kN aufgebracht Diese Klemmkraft dient dazu, den Klebstoff zwischen den Blechen 4 und 5 zu verteilen
Anschließend wird die auf den Halbhohl-Stanzniet 3 ausgeübte Klemmkraft bis zur Setzkraft der Halbhohl-Stanzniet 3 auf bis zu 75 kN erhöht, so dass der Halbhohl-Stanzniet 3 in die zu verbindenden Bleche 4 und 5 eingetrieben wird (Position IV)
Da die Matrize 6 unter dem untersten Blech 5 vorhanden ist, wird der Halbhohl-Stanzniet 3 innerhalb des untersten Bleches 5 in üblicher weise aufgeweitet, ohne aus diesem Blech 5 auszutreten
Im Folgenden wird die Erfindung an Hand eines Beispiels erläutert In jedem Beispiel werden jeweils für das Stanznieten nach dem Stand der Technik und nach der Erfindung das gleiche Material, der gleiche Halbhohl-Stanzniet und der gleiche Klebstoff verwendet
Beispiel 1
Oberes Blech-Material AC-300 (Aluminium 6060),
Blechdicke 2,5 mm, Unteres Blech-Material H 220 LAD (Stahl),
Blechdicke 1 ,42 mm,
Klebstoff zwischen den Blechen Betamate 1480, Halbhohlstanzniet aus Stahl, C-Geometπe, 5,3 x 5 mm, Harte 4
Stanznietverfahren
Stand der Technik Erfindung
Klemmkraft über Niederhalter Klemmkraft über Stanzniet
6 kN, 6 kN,
Setzkraft 43 kN Setzkraft 34 kN
Beispiel 2
Oberes Blech-Material ZSTE 420 BH (Stahl),
Blechdicke 1 ,0 mm, Unteres Blech-Material EN AW 5454 (Aluminium),
Blechdicke 1 ,2 mm,
Klebstoff zwischen den Blechen Betamate 1496 Halbhohlstanzniet aus Stahl, C-Geometπe, 5,3 x 5 mm, Harte 4
Stanznietverfahren
Stand der Technik Erfindung
Klemmkraft über Niederhalter Klemmkraft über Stanzniet
6 kN, 6 kN,
Setzkraft 50 kN Setzkraft 40 kN
Wie diese beiden Beispiele zeigen, kann gemäß der Erfindung die Setzkraft um über 20% reduziert werden Damit können für den gleichen Anwendungsfall leichtere Stanznietzangen verwendet werden
Auch hat sich gezeigt, dass bei dem erfindungsgemaßen Verfahren der Klebstoff wesentlich gleichmäßiger zwischen den Blechen verteilt wird Die bisher im Stand der Technik beobachteten Luftkanale in der Klebstoffschicht sind wesentlich reduziert bzw nicht mehr aufgetreten
Claims
Patentansprüche
1 Verfahren zum Setzen von Stanznieten, insbesondere von Halbhohl- Stanzniete, zum Verbinden mindestens zweier Bauteile, insbesondere zweier Bleche, mit Hilfe einer Stanznietzange mit einem Stempel, wobei der zu setzende Stanzniet vom Stempel durch die zu verbindenden Bleche gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die zu verbindenden Bleche ausschließlich über den zu setzenden Stanzniet vor dem Setzen des Stanznietes zusammengedruckt werden, so dass ein evtl vorhandener Spalt zwischen den zu verbindenden Blechen nahezu aufgehoben wird und dass dann erst der Stanzniet gesetzt wird
2 Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zusammendrucken mit dem zu setzenden Stanzniet eine Wartezeit bei konstanter Klemmkraft eingestellt ist
3 Verfahren nach Anspruch 1 , wobei zwischen den zu verbindenden Bleche ein Klebstoff aufgetragen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Zusammendrucken mit dem zusetzenden Stanzniet eine Wartezeit bei veränderbarer Klemmkraft eingestellt ist
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wartezeit im Bereich von 0,1 bis 2 sec liegt
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkraft wahrend der Wartezeit im Bereich von 2 bis 10 kN hegt
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