EP1946864A1 - Onlinebestimmung der Qualitätskenngrössen beim Stanznieten und Clinchen - Google Patents

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EP1946864A1
EP1946864A1 EP07001042A EP07001042A EP1946864A1 EP 1946864 A1 EP1946864 A1 EP 1946864A1 EP 07001042 A EP07001042 A EP 07001042A EP 07001042 A EP07001042 A EP 07001042A EP 1946864 A1 EP1946864 A1 EP 1946864A1
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EP
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punch
force
rivet
point
displacement data
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EP07001042A
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Andreas Wenzel
Adnan Kolac
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Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
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Boellhoff Verbindungstechnik GmbH
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/28—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups
    • B21J15/285—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups for controlling the rivet upset cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T29/00—Metal working
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/49—Member deformed in situ
    • Y10T403/4974—Member deformed in situ by piercing

Definitions

  • the present invention relates to an on-line determination of compression measure and and Nietkopfendlage a rivet in a punch riveting process.
  • Punch riveting is a joining process performed with rivet elements. These rivet elements include solid rivets and semi-hollow punch rivets.
  • the punched rivet joint is subjected to quality control.
  • quality control A distinction is made between non-destructive and destructive quality control.
  • non-destructive quality control the visual inspection, the control of the outer joining geometry and the process monitoring are used on an industrial scale.
  • the visual inspection only provides general information about a manufactured rivet connection, since only external features of the punched rivet connection are available. These include, for example, in a half-holed rivet joint, the flush of the rivet head, the condition of the die-side sheet, the damage of adherend surfaces by the hold-down, and the orientation of the rivet with respect to the die.
  • the quality control process monitoring is used, which is based on force-displacement data of the joining process.
  • the force-displacement curve of a manufactured optimum joint connection is used as a reference curve.
  • envelopes, tolerance bands or process windows are placed around this reference curve in order to be able to determine a deviation of the force-displacement data from the reference curve during a joining process.
  • Another alternative to quality control is the above-mentioned destructive examination of the joint connection produced.
  • macrosections of the joint connection are made and / or strength tests of the joints Joined joint performed. From a macrosection is a flatness of the joining parts in the joining zone, a gap formation between the joining parts, a flush of the rivet head with a punch side plate, an undercut and a crack-free joint connection evaluable.
  • the mentioned strength test allows statements about the carrying capacity of the punched rivet joint under shear, peel and Kopfzugbelastept.
  • the joining parameters and geometric parameters for the joint connection are determined in preliminary tests in practice.
  • the characteristics Nietkopfendlage and upsetting dimension of an optimal joint connection are assumed as reference variables, since they can be determined non-destructive.
  • the cost of destructive quality inspection can be reduced.
  • these reference variables must be measured individually after each joining process. This involves a lot of time and is not suitable for mass production.
  • Another alternative is the random control of the above reference quantities.
  • the method according to the invention discloses an online determination of compression measure x ST and rivet head end position K HS of a semi-hollow punch rivet having a length L in a punch riveting operation with the aid of a movable punch and a rigid die.
  • the present invention is based on the acquisition and evaluation of force-displacement data of each individual joining operation.
  • the punch riveting operation on the one hand, the path traveled by the punch and, on the other hand, the force applied by the punch to the semi-hollow punch rivet are recorded and evaluated together. If the recorded force-displacement data of the punch riveting process are represented as a curve in a force-displacement diagram, relevant variables for calculating compression dimension x ST and rivet head end position K HS from this illustration or even from typical changes in force-displacement data are without Curve representation derivable.
  • the attachment point x 2 of the Halbhohlstanzniets on joining part can be detected, for example, in the force-displacement data on detecting a missing change in the detected movable path of the punch despite a punch feed.
  • the attachment point x 2 in the force-displacement data is identifiable as the path at which the detected force exceeds a holding force of a setting head or hold-down by a certain threshold. If no setting head or hold-down is used, it is also conceivable to set the threshold at any other initial power value.
  • the detected force-displacement data are detected and evaluated according to an embodiment in a data processing unit, in particular in a computer.
  • a data processing unit in particular in a computer.
  • the data of the transducer and the force sensor are transmitted directly or via an analog-to-digital converter to the data processing unit.
  • This reference value indicates how yielding the constructive connection between punch and die is. If, for example, the punch riveting process is carried out with the aid of a C-frame, it can be determined from the reference variable ⁇ x C whether material fatigue occurs due to the joining processes in the C-frame. To calculate this reference quantity, the point x 3 is detected from the force-displacement data as the path at which the maximum force F max of the punch is reached during the joining operation.
  • the force-displacement data of the joining process are displayed as a curve in a force-displacement diagram.
  • the punch is returned, resulting in a mechanical relief of the punch and the rivet connection. This retraction of the punch is called return in the force-displacement data of the joining operation.
  • the return is Immediately after reaching the maximum force F max of the punch, the return at the beginning of an approximately linearly sloping course.
  • a point x 4 can be identified within this retrace by applying a tangent to the approximately linear force-displacement data at the beginning of the retrace, such that deviating the force-displacement data by a predetermined value from the tangent to the point x 4 indicates.
  • FIG. 1 An embodiment of a joining device for punch riveting a semi-hollow punch rivet is in FIG. 1 shown. It comprises a punch 10 and a die 20, which are arranged opposite one another with the aid of a C-frame 30.
  • the force applied by the punch 10 is detected by means of a force sensor 40, for example a load cell (step A in FIG FIG. 6 ).
  • the distance covered by the stamp 10 is detected by a displacement transducer 50 of known design (compare step B in FIG FIG. 6 ).
  • the force data detected by the force sensor 40 and the path data detected by the displacement transducer 50 are transmitted to a data processing unit 60, such as a computer, where they are stored as force-displacement data of the punch riveting operation.
  • a data processing unit 60 such as a computer
  • FIG. 2 schematically shows an enlarged section FIG. 1 in which various components of the half-hollow punch rivet are shown.
  • joining parts 5 are first pressed against the die 20 via a setting head or hold-down 12 with a predetermined hold-down force.
  • the punch 10 then moves a semi-hollow punch rivet 3 toward the die 20 to make the joint.
  • the path traveled by the punch 10 during this movement is detected with the aid of the displacement sensor 50.
  • the force applied to the rivet 3 during this movement of the punch 10 is detected by the force sensor 40. It is also preferred to record the holding forces of the hold-down 12 for the joining parts 5 via the force sensor 40 and to include them in the force-displacement data of the joining operation to be evaluated later.
  • FIG. 3 shows a schematic section through the joint connection consisting of Halbhohlstanzniet 3 and Füge tone 5.
  • the joint connection can be characterized by the quality characteristics Stauchcroft x ST and Nietkopfendlage K HS whose geometric significance in a joint in FIG. 3 is shown.
  • the rivet head end position K HS denotes the distance between the rivet head surface of the half-hollow punch rivet 3 and the surface of the joining part 5.
  • the upsetting dimension x ST denotes the distance between the rivet head surface of the half-hollow punch rivet 3 and the bottom surface of the joining part 5 below the semi-hollow punch rivet 3.
  • Fig. 8 shows a joint connection consisting of joining parts 5 and a solid punch rivet 4.
  • This connection is characterized by the Nietkopfendlage K VS as a distance between the Nietkopfober measurements of Vollstanzniets 4 and the upper surface of the joining part 5.
  • Another quality parameter is the embossing depth h d , which is a Einpresstiefe a Die 20 (cf. Fig. 7 ) in the lower joining part 5 describes.
  • the quality characteristic floor thickness t b can be determined online during clinching Fig. 10 is shown.
  • the travel signals of the punch 10 are recorded (step A).
  • the setting head 12 leads the punch 10 ahead of the punch stroke length.
  • the setting head 12 sits on the joining parts 5 and presses the joining parts 5 on the die 20. This moment is in the force-displacement curve of the joining operation according to FIG. 4 at the point P1, to which the path x 1 has been covered by the stamp 10.
  • the punch 10 retraces the path corresponding to the punch stroke minus a length L of the rivet 3, and sets the half-hollow punch rivet 3 on the adherends 5 (see point P2 in FIG. 4 ).
  • the return stroke of the punch 10 is shown by a dashed line.
  • This return of the punch 10 begins by reducing the force applied by the punch 10 so that the bowing of the C-frame 30 decreases.
  • the force of the punch 10 decreases linearly until the punch 10 at point P4 after the path x 4, the Nietkopfober composition only with a minimum force compared to the maximum force F max during the previous run of the punch 10 touched.
  • the path difference between the points P3 and P4 is attributable to the bending of the C-frame 30. After reaching point P4 in FIG. 4 drive punch 10 and hold-down or setting head 12 back to their normal position.
  • the process described above can thus be read from the detected force-displacement data of the joining process.
  • This quantity x results from the construction of the joining device as a constant value. It can be measured manually or is the result of a reference movement of the punch 10 until it touches the die mandrel or the die bottom.
  • FIGS. 4 and 5 shown exemplary process curve or the force-displacement curve or automatically determined in the data processing unit based on certain mathematical criteria from the force-displacement data. To properly detect these positions, the transducer 50 must be calibrated accordingly.
  • the distance x 1 up to the position P 1 can be determined by the fact that, at the position P 1 , the force applied by the ram 10 exceeds a predetermined threshold value.
  • the exceeding of the threshold value indicates that a pressing force is exerted on the joining parts 5 in the direction of the die 20 by the setting head or holding-down device 12. After the force has reached a preset value with which the set head or hold-down 12 presses against the joining parts 5, this is held over a certain path between the points P1 and P3.
  • the attachment point x 2 at point P2 of the punch 10 at the joining parts 5 can be identified by detecting a missing change in the detected movable travel of the punch 10 despite a punch feed.
  • the missing path change preferably takes place via a punch feed of 1 to 20 increments.
  • the preferred displacement sensor 50 measures, for example, a measuring range of 0-100 mm, 0-150 mm or 0-200 mm. Depending on the detected path, it provides an output signal in a range of 0-10 V.
  • this voltage range is subdivided into 4096 increments. If this is applied to a measuring range of 150 mm, an increment corresponds to a distance of 0.036 mm and an output signal of 0.0024 V. If, according to another alternative, a digital displacement sensor with a 16-bit resolution is used, the measuring range of the Displacement sensor in 65536 increments. For a measuring range of 150 mm, therefore, an increment corresponds to a path change of 0.00229 mm.
  • the starting point x 2 at the point P2 in the force-displacement data can be identified as the way in which the detected force of the punch 10 exceeds the holding force of the setting head / hold-down 12 by a certain threshold.
  • it is conceivable to computationally determine the path x 1 from the relationship x 1 x 2 - (punch stroke + L), while L designates the length of the semi-hollow punch rivet.
  • the punch stroke designates the distance between the underside of the punch 10 and the underside of the setting head / hold-down 12.
  • the path x 3 to the point P3 is identified by reaching the maximum force F max of the punch 10.
  • This maximum force F max is adjustable according to the components 3, 5 to be joined before the joining process and therefore known.
  • the path x 4 to point P4 is identifiable as follows (step D).
  • step D a tangent to the approximately linearly running return (see dashed curve in FIGS FIGS. 4 and 5 ), so that a deviation of the force-displacement curve by a predetermined value from the tangent provides the point P4 after the path x 4 .
  • a threshold value for the maximum permissible path change or deviation of the path from the tangent with ⁇ x ⁇ 1-20 increments. If the maximum permissible deviation .DELTA.x is exceeded by the tangent, this defines the point P4 and the way x 4mm.
  • a reference variable ⁇ x C for the rigidity of the C-frame 30 was determined in preliminary tests.
  • the compression dimension x ST and the rivet head end position K HS can be calculated in accordance with the following equations (step E).
  • x 1 designates the setting point of the setting head 12 on the joining parts 5 at the point P1
  • L the length of Halbhohlstanzniets3
  • x 4 the position of rivet head after releasing the C-frame 30
  • Ax S is the difference between the variables x 2 and x 1 as the distance traveled Ax S of the die 10 after the attachment of the placement head / down device 12 at the joining portions 5 at point P1 to the attachment of the Rivet 3 at the point P2 at the joining parts 5.
  • the quality characteristics of the rivet head end position K VS and the embossing depth h d for the punch rivet with solid punch rivet and the bottom thickness t b during clinching can also be determined.
  • FIG Fig. 7 The components for joining a solid punch rivet 4 are shown schematically in FIG Fig. 7 shown.
  • the solid punch 4 with the length L is driven by means of a punch 10 in the joining parts 5.
  • the joining parts 5 are pressed against a die 20.
  • the force-displacement data are detected and evaluated during the joining process.
  • the paths x 2 to the attachment point of the punch 10 on the solid punch rivet 4 and x 4 after relieving the punch 10 at the point P 4 can be seen, as described with respect to the joining of a semi-hollow punch rivet 3 ( see. Fig. 4 . 5 ).
  • Fig. 9 When clinching, that in Fig. 9 is shown schematically, presses a punch 10, the joining parts 5 against a die 20.
  • the force-displacement data are detected and evaluated in the same manner as in the joining of semi-hollow punch rivets 3.
  • the quantities x 3 , x 4 and ⁇ x c are identifiable, as has already been described above.
  • the maximum distance x between the bottom of the punch 10 and the top of the die 20 is known.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Length Measuring Devices With Unspecified Measuring Means (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart ein Verfahren zur Online-Bestimmung von Stauchmaß X ST und Nietkopfendlage K eines Niets 3 mit einer Länge L bei einem Stanznietvorgang mit Hilfe eines verfahrbaren Stempels 10 und einer starren Matrize 20. Während des Fügevorgangs werden online der durch den Stempel 10 zurückgelegte Weg und die durch ihn aufgebrachte Kraft erfasst und ausgewertet. Mit Hilfe von definierten Schwellenwerten oder einer grafischen Auswertung von Kraft-Weg-Daten des Fügevorgangs lassen sich die Qualitätskenngrößen der Fügeverbindung bestimmen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Online-Bestimmung von Stauchmaß und und Nietkopfendlage eines Niets bei einem Stanznietvorgang.
  • Beim Stanznieten handelt es sich um Fügeverfahren, die mit Nietelementen durchgeführt werden. Diese Nietelemente umfassen Vollstanzniete und Halbhohlstanzniete.
  • Nach dem Stanznieten wird die Stanznietverbindung einer Qualitätskontrolle unterzogen. Man unterscheidet hierbei in eine zerstörungsfreie und in eine zerstörende Qualitätskontrolle. Als Mittel für die zerstörungsfreie Qualitätskontrolle werden großtechnisch die Sichtkontrolle, die Kontrolle der äußeren Fügegeometrie und die Prozessüberwachung eingesetzt. Die Sichtkontrolle liefert jedoch nur allgemeine Aussagen über eine hergestellte Stanznietverbindung, da nur äußere Merkmale der Stanznietverbindung zur Verfügung stehen. Zu diesen zählen beispielsweise bei einer Verbindung mit Halbhohlstanzniet die Bündigkeit des Nietkopfs, der Zustand des matrizenseitigen Blechs, die Beschädigung von Fügeteiloberflächen durch den Niederhalter und die Ausrichtung des Niets mit Bezug auf die Matrize.
  • Auch bei der Kontrolle der äußeren Fügeelementgeometrie stehen nur die von außen sichtbaren Größen der hergestellten Fügeverbindung zur Verfügung. Diese sind die Nietkopfendlage, das Stauchmaß beim Stanznieten mit Halbhohlstanzniet und die Prägetiefe beim Stanznieten mit Vollstanzniet.
  • Des Weiteren wird zur Qualitätskontrolle die Prozessüberwachung genutzt, die auf Kraft-Weg-Daten des Fügevorgangs basiert. Zur Auswertung der Fügevorgänge wird die Kraft-Weg-Kurve einer hergestellten optimalen Fügeverbindung als Referenz-Kurve genutzt. Um diese Referenz-Kurve werden beispielsweise Hüllkurven, Toleranzbänder oder Prozessfenster gelegt, um eine Abweichung der Kraft-Weg-Daten von der Referenz-Kurve während eines Fügevorgangs feststellen zu können.
  • Eine weitere Alternative zur Qualitätskontrolle stellt die bereits oben erwähnte zerstörende Prüfung der hergestellten Fügeverbindung dar. Zur zerstörenden Qualitätskontrolle werden Makroschliffe der Fügeverbindung angefertigt und/oder Festigkeitsprüfungen der Fügeverbindung durchgeführt. Aus einem Makroschliff ist eine Ebenheit der Fügeteile in der Fügezone, eine Spaltbildung zwischen den Fügeteilen, eine Bündigkeit des Nietkopfs mit einem stempelseitigen Blech, eine Hinterschnittbildung und eine Rissfreiheit der Fügeverbindung auswertbar. Die erwähnte Festigkeitsprüfung ermöglicht Aussagen über die Tragfähigkeit der Stanznietverbindung unter Scher-, Schäl- und Kopfzugbelastungen.
  • Üblicherweise werden in der Praxis die Fügeparameter und geometrischen Kenngrößen für die Fügeverbindung in Vorversuchen festgelegt. Auf dieser Grundlage werden die Kenngrößen Nietkopfendlage und Stauchmaß einer optimalen Fügeverbindung als Referenzgrößen angenommen, da sie zerstörungsfrei ermittelt werden können. Dadurch lässt sich der Aufwand der zerstörenden Qualitätsprüfung reduzieren. Aber auch diese Referenzgrößen müssen nach jedem Fügevorgang einzeln gemessen werden. Dies bringt einen hohen Zeitaufwand mit sich und ist für die Serienfertigung nicht geeignet. Eine weitere Alternative stellt die stichprobenartige Kontrolle der obigen Referenzgrößen dar.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein im Vergleich zum Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Überprüfung der Qualitätskenngrößen von Fügeverbindungen bereit zu stellen.
  • Die obige Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Weiterentwicklungen und vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen und den anhängenden Patentansprüchen hervor.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren offenbart eine Online-Bestimmung von Stauchmaß xST und Nietkopfendlage KHS eines Halbhohlstanzniets mit einer Länge L bei einem Stanznietvorgang mit Hilfe eines verfahrbaren Stempels und einer starren Matrize. Die Online-Bestimmung weist die folgenden Schritte auf: Erfassen eines vom verfahrbaren Stempel zurückgelegten Wegs während des Stanznietvorgangs mit Hilfe eines Wegaufnehmers, Erfassen einer vom verfahrbaren Stempel auf den Halbhohlstanzniet aufgebrachten Kraft während des Stanznietvorgangs in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg, Bestimmen eines Ansetzpunkts x2 des Niets an einem Fügeteil und eines Entlastungspunkts x4, der ein Entlasten des Stempels nach dem Stanznietvorgang identifiziert, aus den erfassten Kraft-Weg-Daten und Berechnen der Nietkopfendlage KHS gemäß K = x2+L-x4 und des Stauchmaßes xST gemäß xST=x-x4, während x den Maximalabstand zwischen einander zugewandten Seiten von Stempel und Matrize beschreibt.
  • Die vorliegende Erfindung basiert auf dem Erfassen und Auswerten von Kraft-Weg-Daten jedes einzelnen Fügevorgangs. Während des Stanznietvorgangs wird einerseits der durch den Stempel zurückgelegte Weg und andererseits die durch den Stempel auf den Halbhohlstanzniet aufgebrachte Kraft aufgezeichnet und gemeinsam ausgewertet. Stellt man die erfassten Kraft-Weg-Daten des Stanznietvorgangs in einem Kraft-Weg-Diagramm als Kurve dar, sind relevante Größen zur Berechnung von Stauchmaß xST und Nietkopfendlage KHS aus dieser Darstellung oder bereits aus typischen Änderungen der Kraft-Weg-Daten ohne Kurvendarstellung ableitbar. Der Ansetzpunkt x2 des Halbhohlstanzniets am Fügeteil lässt sich beispielsweise in den Kraft-Weg-Daten über ein Erkennen einer fehlenden Änderung im erfassten verfahrbaren Weg des Stempels trotz eines Stempelvorschubs erkennen. Gemäß einer weiteren Alternative ist der Ansetzpunkt x2 in den Kraft-Weg-Daten als der Weg identifizierbar, an dem die erfasste Kraft eine Haltekraft eines Setzkopfs oder Niederhalters um einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Sollte kein Setzkopf oder Niederhalter verwendet werden, ist es ebenfalls denkbar, den Schwellenwert an einen beliebigen anderen Anfangskraftwert anzulehnen.
  • Die erfassten Kraft-Weg-Daten werden gemäß einer Ausführungsform in einer Datenverarbeitungseinheit, insbesondere in einem Computer, erfasst und ausgewertet. Zu diesem Zweck werden beispielsweise die Daten des Wegaufnehmers und des Kraftsensors direkt oder über einen Analog-Digital-Wandler an die Datenverarbeitungseinheit übertragen.
  • Es ist des Weiteren bevorzugt, eine Referenzgröße Δxc für eine Maschinensteifigkeit der Fügemaschine gemäß ΔxC=x3-x4 zu berechnen. Diese Referenzgröße gibt an, wie nachgiebig die konstruktive Verbindung zwischen Stempel und Matrize ist. Wird beispielsweise der Stanznietvorgang mit Hilfe eines C-Rahmens durchgeführt, ist aus der Referenzgröße ΔxC erkennbar, ob es auf Grund der Fügevorgänge im C-Rahmen zu Materialermüdung kommt. Zur Berechnung dieser Referenzgröße wird aus den Kraft-Weg-Daten der Punkt x3 als der Weg erfasst, bei dem die maximale Kraft Fmax des Stempels während des Fügevorgangs erreicht ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Kraft-Weg-Daten des Fügevorgangs in einem Kraft-Weg-Diagramm als Kurve dargestellt. Nach dem Erreichen der maximalen Kraft Fmax des Stempels wird der Stempel zurückgeführt, was zu einer mechanischen Entlastung des Stempels und der Nietverbindung führt. Dieses Zurückfahren des Stempels wird in den Kraft-Weg-Daten des Fügevorgangs als Rücklauf bezeichnet. Unmittelbar nach Erreichen der maximalen Kraft Fmax des Stempels zeigt der Rücklauf zu Beginn einen annähernd linear abfallenden Verlauf. Ein Punkt x4 lässt sich innerhalb dieses Rücklaufs identifizieren, indem man eine Tangente an die annähernd linear verlaufenden Kraft-Weg-Daten zu Beginn des Rücklaufs anlegt, so dass ein Abweichen der Kraft-Weg-Daten um einen vorgegebenen Wert von der Tangente den Punkt x4 angibt.
  • Mit dem Erfassen der Kraft-Weg-Daten während des Fügevorgangs und der sofortigen Auswertung im Computer lässt sich somit eine Online-Bestimmung von Stauchmaß xST und Nietkopfendlage KHS als Qualitätskontrolle durchführen. Mit diesen automatisch dokumentierten Qualitätskenngrößen werden Prozessfähigkeitsuntersuchungen durchgeführt und Qualitätsregelkarten geschrieben. Des Weiteren können Aussagen über geometrische Größen und Tragverhalten der erzielten Fügeverbindung gemacht werden, die bisher nur durch die zerstörende Prüfung der Fügeverbindung zu ermitteln waren. Dabei werden die Zusammenhänge und Korrelationen der Qualitätskenngrößen genutzt, die durch neuronale Netze verwaltet werden können.
  • In Analogie zur Online Bestimmung von Qualitätskenngrößen beim Stanznieten von Halbhohlstanznieten ist dieses Verfahren ebenfalls auf das Stanznieten von Vollstanznieten und auf das Clinchen anwendbar. Die wesentlichen Verfahrensschritte zur Online-Bestimmung von Prägetiefe hd und Nietkopfendlage KVS eines Vollstanzniets mit einer Länge L bei einem Stanznietvorgang mit Hilfe eines verfahrbaren Stempels und einer Matrize lassen sich folgendermaßen zusammenfassen: Erfassen eines vom verfahrbaren Stempel zurückgelegten Wegs während des Stanznietvorgangs mit Hilfe eines Wegaufnehmers, Erfassen einer vom verfahrbaren Stempel auf den Vollstanzniet aufgebrachten Kraft F während des Stanznietvorgangs in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg, Bestimmen eines Ansetzpunkts x2 des Vollstanzniets mit Stempel an einem Fügeteil und eines Entlastungspunkts x4 aus den erfassten Kraft-Weg-Daten, während der Entlastungspunkt x4 ein Entlasten des Stempels nach dem Stanznietvorgang identifiziert, und Berechnen der Nietkopfendlage KVS gemäß KVS=x2+L-x4 und der Prägetiefe hd gemäß hd=t-[x-(x2+L)], während x den Maximalabstand zwischen einander zugewandten Seiten von Stempel und Matrize und t eine Dicke der Fügeteile beschreibt.
  • Beim Clinchen werden zur Online-Bestimmung der Qualitätskenngröße Bodendicke tb die folgenden Schritte durchgeführt: Erfassen eines vom verfahrbaren Stempel zurückgelegten Wegs während des Clinchvorgangs mit Hilfe eines Wegaufnehmers, Erfassen einer vom verfahrbaren Stempel auf ein Fügeteil aufgebrachten Kraft F während des Clinchvorgangs in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg, Bestimmen eines Entlastungspunkts x4 aus den erfassten Kraft-Weg-Daten, der ein Entlasten des Stempels nach dem Clinchvorgang identifiziert, und Berechnen der Bodendicke tb gemäß tb=x-x4, während x den Maximalabstand zwischen einander zugewandten Seiten von Stempel und Matrize beschreibt.
  • Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine teilweise Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Anordnung zur Durchführung des Stanznietens,
    Figur 2
    eine schematische Teilansicht eines Ausschnitts aus Figur 1,
    Figur 3
    eine Darstellung der Größen Nietkopfendlage KHS und Stauchmaß xST beim Fügen eines Halbhohlstanzniets,
    Figur 4
    ein Kraft-Weg-Diagramm, das die während eines Stanznietvorgangs aufgezeichneten Kraft-Weg-Daten sowie markante Positionen während des Fügevorgangs von Halbhohlstanznieten enthält,
    Figur 5
    die Kraft-Weg-Daten eines Stanznietvorgangs eingetragen in einem Kraft-Weg-Diagramm sowie die markanten Punkte der Kurve, aus denen sich verschiedene geometrische Größen zur Qualitätsbestimmung der hergestellten Stanznietverbindung ergeben,
    Figur 6
    ein Flussdiagramm zur Darstellung der Verfahrensschritte zum Stanznieten und Clinchen,
    Figur 7
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Vollstanznietens,
    Figur 8
    eine Darstellung der Größen Nietkopfendlage KVS und Prägetiefe hd beim Vollstanznieten,
    Figur 9
    eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Clinchens und
    Figur 10
    eine Darstellung der Größe Bodendicke tb beim Clinchen.
  • Die Online-Bestimmung von Stauchmaß xST und Nietkopfendlage KHS eines Niets wird im Folgenden am Beispiel eines Stanznietvorgangs eines Halbhohlstanzniets beschrieben. In Analogie zur folgenden Beschreibung ist die Online-Bestimmung von Qualitätskenngrößen für den Halbhohlstanzniet auch auf das Stanznieten eines Vollstanzniets oder auf das Clinchen anwendbar (siehe unten).
  • Eine Ausführungsform einer Fügevorrichtung zum Stanznieten eines Halbhohlstanzniets ist in Figur 1 dargestellt. Sie umfasst einen Stempel 10 und eine Matrize 20, die mit Hilfe eines C-Rahmens 30 einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die durch den Stempel 10 aufgebrachte Kraft wird mittels eines Kraftsensors 40, beispielsweise eine Kraftmessdose, erfasst (Schritt A in Figur 6). Den durch den Stempel 10 zurückgelegten Weg erfasst ein Wegaufnehmer 50 bekannter Bauart (vgl. Schritt B in Figur 6). Die durch den Kraftsensor 40 erfassten Kraft-Daten und die durch den Wegaufnehmer 50 erfassten Weg-Daten werden an eine Datenverarbeitungseinheit 60, beispielsweise einen Computer, übermittelt und dort als Kraft-Weg-Daten des Stanznietvorgangs gespeichert. Neben der bevorzugten Darstellung der Kraft-Weg-Daten in einem Kraft-Weg-Diagramm (vgl. Schritt C in Figur 6) wird allgemein in der Datenverarbeitungseinheit 60 parallel zum Fügevorgang die Online-Auswertung der erfassten Kraft-Weg-Daten durchgeführt.
  • Figur 2 zeigt schematisch einen vergrößerten Ausschnitt aus Figur 1, in dem verschiedene Komponenten des Halbhohlstanznietens dargestellt sind. Beim Halbhohlstanznieten werden zunächst Fügeteile 5 über einen Setzkopf oder Niederhalter 12 mit einer vorbestimmten Niederhalterkraft gegen die Matrize 20 gedrückt. Der Stempel 10 bewegt dann einen Halbhohlstanzniet 3 in Richtung der Matrize 20, um die Fügeverbindung herzustellen. Der bei dieser Bewegung durch den Stempel 10 zurückgelegte Weg wird mit Hilfe des Wegsensors 50 erfasst. In gleicher Weise wird die während dieser Bewegung des Stempels 10 auf den Niet 3 aufgebrachte Kraft durch den Kraftsensor 40 erfasst. Es ist ebenfalls bevorzugt, die Haltekräfte des Niederhalters 12 für die Fügeteile 5 über den Kraftsensor 40 aufzuzeichnen und in die später auszuwertenden Kraft-Weg-Daten des Fügevorgangs aufzunehmen. Die auf diese Weise ermittelten Kraft-Weg-Daten des Fügevorgangs, die sowohl den Vorlauf des Stempels 10 bis zum Einpressen des Halbhohlstanzniets 3 in die Fügeteile 5 (vgl. durchgezogene Kurve in Figur 4) als auch den Rücklauf des Stempels 10 und Niederhalters 12 in ihre Ausgangspositionen enthalten (vgl. gestrichelte Linie in Figur 4), werden online zum Fügevorgang in der Datenverarbeitungseinheit 60 ausgewertet.
  • Figur 3 zeigt einen schematischen Schnitt durch die Fügeverbindung bestehend aus Halbhohlstanzniet 3 und Fügeteilen 5. Die Fügeverbindung lässt sich über die Qualitätskenngrößen Stauchmaß xST und Nietkopfendlage KHS charakterisieren, deren geometrische Bedeutung in einer Fügeverbindung in Figur 3 dargestellt ist. Die Nietkopfendlage KHS bezeichnet den Abstand zwischen der Nietkopfoberfläche des Halbhohlstanzniets 3 und der Oberfläche des Fügeteils 5. Das Stauchmaß xST bezeichnet den Abstand zwischen der Nietkopfoberfläche des Halbhohlstanzniets 3 und der unteren Oberfläche des Fügeteils 5 unterhalb des Halbhohlstanzniets 3.
  • In Analogie zum Fügen von Halbhohlstanznieten sind ebenfalls Qualitätskenngrößen beim Fügen von Vollstanznieten und beim Clinchen online bestimmbar. Fig. 8 zeigt eine Fügeverbindung bestehend aus Fügeteilen 5 und einem Vollstanzniet 4. Charakterisiert wird diese Verbindung durch die Nietkopfendlage KVS als Abstand zwischen der Nietkopfoberfläche des Vollstanzniets 4 und der oberen Oberfläche des Fügeteils 5. Eine weitere Qualitätskenngröße ist die Prägetiefe hd, die eine Einpresstiefe einer Matrize 20 (vgl. Fig. 7) in das untere Fügeteil 5 beschreibt. In Ergänzung dazu ist beim Clinchen die Qualitätskenngröße Bodendicke tb online bestimmbar, die in Fig. 10 dargestellt ist.
  • Bei der Prozessüberwachung des Fügevorgangs, also der Online-Bestimmung und Auswertung der oben erläuterten Kraft-Weg-Daten, werden die Wegsignale des Stempels 10 aufgezeichnet (Schritt A). Der Setzkopf 12 eilt dem Stempel 10 um die Stempelhublänge voraus. Zuerst setzt sich der Setzkopf 12 auf die Fügeteile 5 und drückt die Fügeteile 5 auf die Matrize 20. Dieser Moment ist in der Kraft-Weg-Kurve des Fügevorgangs gemäß Figur 4 am Punkt P1 dargestellt, bis zu dem der Weg x1 vom Stempel 10 zurückgelegt worden ist. Der Stempel 10 legt den Weg zurück, der dem Stempelhub abzüglich einer Länge L des Niets 3 entspricht, und setzt den Halbhohlstanzniet 3 auf die Fügeteile 5 auf (vgl. Punkt P2 in Figur 4). Dieser Punkt wird als Ansetzpunkt bezeichnet, der durch den Weg x2 beschrieben ist. Bei weiterer Erhöhung der Druckkraft des Stempels 10 wird der Halbhohlstanzniet 3 in die Fügeteile 5 gedrückt und durch die Gegenkraft der Matrize 20 verformt. Mit Erreichen einer vordefinierten Maximalkraft Fmax des Fügevorgangs oder eines vordefinierten Wegs des Stempels ist der Halbhohlstanzniet3 in den Fügeteilen 5 versenkt (vgl. P3 nach dem Weg x3 in Figur 4). Während dieses Vorgangs wird der C-Rahmen durch das Aufeinanderdrücken von Stempel 10 und Matrize 20 auf Grund seiner elastischen Materialeigenschaften und Konstruktion aufgebogen. Die Kraft-Weg-Kurve bis zum Punkt P3 ist in Figur 4 durch die durchgezogene Linie beschrieben und wird als Vorlauf des Stempels 10 bezeichnet. Beginnend am Punkt P3 bis zu einer Stempelkraft Null verläuft der durch eine gestrichelte Linie dargestellte Rücklauf des Stempels 10. Dieser Rücklauf des Stempels 10 beginnt mit dem Reduzieren der durch den Stempel 10 aufgebrachten Kraft, so dass die Aufbiegung des C-Rahmens 30 zurückgeht. Während des Reduzierens der Stempelkraft zu Beginn des Rücklaufs fällt die Kraft des Stempels 10 linear ab, bis der Stempel 10 im Punkt P4 nach dem Weg x4 die Nietkopfoberfläche nur noch mit einer minimalen Kraft verglichen zur maximalen Kraft Fmax während des vorhergegangenen Vorlaufs des Stempels 10 berührt. Die Wegdifferenz zwischen den Punkten P3 und P4 ist auf die Aufbiegung des C-Rahmens 30 zurückführbar. Nach Erreichen von Punkt P4 in Figur 4 fahren Stempel 10 und Niederhalter bzw. Setzkopf 12 in ihre Grundstellung zurück.
  • Der oben beschriebene Vorgang ist somit aus den erfassten Kraft-Weg-Daten des Fügevorgangs ablesbar. Um die Online-Bestimmung der Qualitätskenngröße Stauchmaß xST und Nietkopfendlage KHS durchzuführen, muss der maximale Abstand x zwischen der Unterseite des Stempels 10 und der Oberseite der Matrize 20, vorzugsweise des Matrizendorns, bekannt sein. Diese Größe x ergibt sich aus der Konstruktion der Fügevorrichtung als konstanter Wert. Sie kann manuell gemessen werden oder geht aus einer Referenzfahrt des Stempels 10 bis zur Berührung des Matrizendorns oder des Matrizenbodens hervor. Die Position des Ansetzpunkts des Setzkopfs x1 im Punkt P1, des Ansetzpunkts des Halbhohlstanznietsx2 im Punkt P2, des zurückgelegten Stempelwegs x3 bei Erreichen der maximalen Fügekraft Fmax im Punkt P3, der Nietkopfposition x4 nach Entlastung des C-Rahmens im Punkt P4 werden aus der in den Figuren 4 und 5 dargestellten beispielgebenden Prozesskurve bzw. der Kraft-Weg-Kurve abgelesen oder in der Datenverarbeitungseinheit basierend auf bestimmten mathematischen Kriterien automatisch aus den Kraft-Weg-Daten bestimmt. Um diese Positionen richtig erfassen zu können, muss der Wegaufnehmer 50 entsprechend kalibriert sein.
  • Bezug nehmend auf Figur 5 ist der Weg x1 bis zur Position P1 dadurch ermittelbar, dass an der Position P1 die durch den Stempel 10 aufgebrachte Kraft einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Das Übersteigen des Schwellenwerts zeigt an, dass durch den Setzkopf oder Niederhalter 12 eine Druckkraft auf die Fügeteile 5 in Richtung der Matrize 20 ausgeübt wird. Nachdem die Kraft einen voreingestellten Wert erreicht hat, mit dem der Setzkopf bzw. Niederhalter 12 gegen die Fügeteile 5 drückt, wird dieser über einen bestimmten Weg zwischen den Punkten P1 und P3 gehalten.
  • Beim Übergang vom Punkt P1 zum Punkt P2 fährt der Stempel 10 mit dem Halbhohlstanzniet3 in Richtung der Matrize 20, bis der Halbhohlstanzniet 3 im Punkt P2 die Oberseite der Fügeteile 5 berührt. Der Ansetzpunkt x2 im Punkt P2 des Stempels 10 an den Fügeteilen 5 lässt sich über ein Erkennen einer fehlenden Änderung im erfassten verfahrbaren Weg des Stempels 10 trotz eines Stempelvorschubs identifizieren. Die fehlende Wegänderung findet vorzugsweise über einen Stempelvorschub von 1 bis 20 Inkrementen statt. Der bevorzugte Wegsensor 50 misst beispielsweise einen Messbereich von 0-100 mm, 0-150 mm oder 0-200 mm. Entsprechend dem erfassten Weg liefert er ein Ausgangssignal in einem Bereich von 0-10 V. Bei einer Auflösung von 12 Bit wird dieser Spannungsbereich in 4096 Inkremente unterteilt. Wendet man dies auf einen Messbereich von 150 mm an, entspricht ein Inkrement einem Weg von 0,036 mm und einem Ausgangssignal von 0,0024 V. Nutzt man gemäß einer weiteren Alternative einen digitalen Wegsensor mit einer 16-Bit-Auflösung, teilt sich der Messbereich des Wegsensors in 65536 Inkremente auf. Bei einem Messbereich von 150 mm entspricht daher ein Inkrement einer Wegänderung von 0,00229 mm.
  • Gemäß einer weiteren Alternative lässt sich der Ansatzpunkt x2 im Punkt P2 in den Kraft-Weg-Daten als der Weg identifizieren, an dem die erfasste Kraft des Stempels 10 die Haltekraft des Setzkopfs/Niederhalters 12 um einen bestimmten Schwellenwert übersteigt. Des Weiteren ist es denkbar, den Weg x1 rechnerisch aus dem Zusammenhang x1=x2-(Stempelhub+ L) rechnerisch zu ermitteln, während L die Länge des Halbhohlstanzniets bezeichnet. Der Stempelhub bezeichnet den Abstand zwischen Unterseite des Stempels 10 und Unterseite des Setzkopfs/Niederhalters 12.
  • Der Weg x3 bis zum Punkt P3 wird über das Erreichen der maximalen Kraft Fmax des Stempels 10 identifiziert. Diese maximale Kraft Fmax ist entsprechend den zu fügenden Komponenten 3, 5 vor dem Fügevorgang einstellbar und daher bekannt.
  • Während des Rücklaufs des Stempels 10 (vgl. gestrichelte Linie in den Figuren 4 und 5) ist der Weg x4 bis zum Punkt P4 folgendermaßen identifizierbar (Schritt D). Im Punkt P3 nach dem Weg x3 wird eine Tangente an den annähernd linear verlaufenden Rücklauf (vgl. gestrichelte Kurve in den Figuren 4 und 5) angelegt, so dass ein Abweichen der Kraft-Weg-Kurve um einen vorgegebenen Wert von der Tangente den Punkt P4 nach dem Weg x4 liefert. Man definiert hier einen Schwellenwert für die maximal zulässige Wegänderung oder Abweichung des Wegs von der Tangente mit Δx≤1-20 Inkremente. Wenn die maximal zulässige Abweichung Δx von der Tangente überschritten ist, legt dies den Punkt P4 und den Weg x4 fest.
  • Es ist ebenfalls denkbar, den Punkt x4 aus den Kraft-Weg-Daten ohne Darstellen einer Kurve abzulesen. In diesem Fall würde man beginnend am Punkt P3 eine lineare Änderung der Kraft-Weg-Daten während des Rücklaufs des Stempels 10 annehmen, bis dieser entlastet ist. Sobald die als linear angenommene Änderung der Kraft-Weg-Daten von ihrer Linearität abweicht, legt dieser Punkt der Abweichung den Weg x4 fest.
  • Gemäß einer weiteren Alternative wurde eine Referenzgröße ΔxC für die Steifigkeit des C-Rahmens 30 in Vorversuchen ermittelt. Mit Hilfe dieser Referenzgröße ΔxC ergibt x4 aus der Differenz von x3 und ΔxC gemäß x4=x3- ΔxC. Wenn x3 und x4 aus der Kraft-Weg-Kurve ermittelt worden sind, lässt sich Δxc auch aus der Differenz der Wege x3 und x4 gemäß ΔxC = x3-x4 berechnen (Schritt F).
  • Basierend auf den aus den Kraft-Weg-Daten ermittelten Größen lassen sich das Stauchmaß xST und die Nietkopfendlage KHS gemäß folgender Gleichungen berechnen (Schritt E). Das Stauchmaß xST ergibt sich gemäß xST=x-x4, während x den Maximalabstand zwischen Stempelunterseite und Matrizenoberseite und x4 die Position des Nietkopfes nach dem Entlasten des C-Rahmens 30 im Punkt P4 beschreibt.
  • Die Nietkopfendlage KHS ergibt sich aus der Gleichung KHS=(x1+Δxs+L)-x4=x2+L-x4. In dieser Formel bezeichnet x1 den Ansetzpunkt des Setzkopfes 12 auf die Fügeteile 5 im Punkt P1, x2=Δxs+x1 den Ansetzpunkt des Halbhohlstanzniets3 auf die Fügeteile 5 im Punkt P2, L die Länge des Halbhohlstanzniets3, x4 die Position des Nietkopfs nach dem Entlasten des C-Rahmens 30 und ΔxS die Differenz aus den Größen x2 und x1 als den zurückgelegten Weg ΔxS des Stempels 10 nach dem Ansetzen des Setzkopf/Niederhalters 12 an den Fügeteilen 5 im Punkt P1 bis zum Ansetzen des Niets 3 im Punkt P2 an den Fügeteilen 5.
  • In Analogie zu den oben beschriebenen Berechnungen lassen sich ebenfalls die Qualitätskenngrößen Nietkopfendlage KVS und Prägetiefe hd für das Stanznieten mit Vollstanzniet und die Bodendicke tb beim Clinchen ermitteln.
  • Die Komponenten zum Fügen eines Vollstanzniets 4 sind schematisch in Fig. 7 dargestellt. Der Vollstanzniet 4 mit der Länge L wird mit Hilfe eines Stempels 10 in die Fügeteile 5 getrieben. Während des Fügens werden die Fügeteile 5 gegen eine Matrize 20 gedrückt. In gleicher Weise wie beim Fügen des Halbhohlstanzniets 3 werden die Kraft-Weg-Daten während des Fügevorgangs erfasst und ausgewertet. In den Kraft-Weg-Daten des Fügens mit Vollstanzniet 4 sind die Wege x2 bis zum Ansetzpunkt des Stempels 10 am Vollstanzniet 4 und x4 nach Entlasten des Stempels 10 am Punkt P4 erkennbar, wie es bezüglich des Fügens eines Halbhohlstanzniets 3 beschrieben ist (vgl. Fig. 4, 5). Des Weiteren ist der Punkt P3 mit dem Weg x3 bei Erreichen der maximalen Fügekraft Fmax sowie der Wert ΔxC=x3-x4 aus den Kraft-Weg-Daten ableitbar. Somit lässt sich die Nietkopfendlage KVS gemäß KVS=x2+L-x4=x2+L-(x3-ΔxC) berechnen. Die Prägetiefe hd ergibt sich aus hd=t-[x-(x2+L)], während t die gemeinsame Dicke der Fügeteile 5 an der Fügestelle beschreibt (siehe Fig. 7).
  • Beim Clinchen, das in Fig. 9 schematisch dargestellt ist, drückt ein Stempel 10 die Fügeteile 5 gegen eine Matrize 20. Bei diesem Vorgang werden in gleicher Weise wie beim Fügen von Halbhohlstanznieten 3 die Kraft-Weg-Daten erfasst und ausgewertet. In diesen Kraft-Weg-Daten sind die Größen x3, x4 und Δxc identifizierbar, wie es bereits oben beschrieben worden ist. Zudem ist der maximale Abstand x zwischen der Unterseite des Stempels 10 und der Oberseite der Matrize 20 bekannt. Auf dieser Grundlage wird die Bodendicke tb gemäß tb=x-x4=x-(x3-ΔxC) berechnet, um die erzeugte Clinchverbindung zwischen den Fügeteilen 5 zu charakterisieren.

Claims (12)

  1. Online-Bestimmung von Stauchmaß xST und Nietkopfendlage KHS eines Halbhohlstanzniets (3) mit einer Länge L bei einem Stanznietvorgang mit Hilfe eines verfahrbaren Stempels (10) und einer Matrize (20), die die folgenden Schritte aufweist:
    a. Erfassen (A) eines vom verfahrbaren Stempel (10) zurückgelegten Wegs während des Stanznietvorgangs mit Hilfe eines Wegaufnehmers (50),
    b. Erfassen (B) einer vom verfahrbaren Stempel (10) auf den Halbholhlstanzniet (3) aufgebrachten Kraft F während des Stanznietvorgangs in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg,
    c. Bestimmen eines Ansetzpunkts x2 des Halbhohlstanzniets (3) mit Stempel (10) an einem Fügeteil (5) und eines Entlastungspunkts x4 aus den erfassten Kraft-Weg-Daten (D), während der Entlastungspunkt x4 ein Entlasten des Stempels (10) nach dem Stanznietvorgang identifiziert, und
    d. Berechnen (E) der Nietkopfendlage KHS gemäß KHS=x2+L-x4 und des Stauchmaßes xST gemäß xST=x-x4, während x den Maximalabstand zwischen einander zugewandten Seiten von Stempel (10) und Matrize (20) beschreibt.
  2. Online-Bestimmung von Prägetiefe hd und Nietkopfendlage KVS eines Vollstanzniets mit einer Länge L bei einem Stanznietvorgang mit Hilfe eines verfahrbaren Stempels (10) und einer Matrize (20), die die folgenden Schritte aufweist:
    a. Erfassen (A) eines vom verfahrbaren Stempel (10) zurückgelegten Wegs während des Stanznietvorgangs mit Hilfe eines Wegaufnehmers (50),
    b. Erfassen (B) einer vom verfahrbaren Stempel (10) auf den Vollstanzniet aufgebrachten Kraft F während des Stanznietvorgangs in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg,
    c. Bestimmen eines Ansetzpunkts x2 des Vollstanzniets mit Stempel an einem Fügeteil (5) und eines Entlastungspunkts x4 aus den erfassten Kraft-Weg-Daten (D), während der Entlastungspunkt x4 ein Entlasten des Stempels (10) nach dem Stanznietvorgang identifiziert, und
    d. Berechnen (E) der Nietkopfendlage KVS gemäß KVS=x2+L-x4 und der Prägetiefe hd gemäß hd=t-[x-(x2+L)], während x den Maximalabstand zwischen einander zugewandten Seiten von Stempel (10) und Matrize (20) und t eine Dicke der Fügeteile (5) beschreibt.
  3. Online-Bestimmung gemäß Anspruch 1 oder 2, die die weiteren Schritte aufweist:
    Erfassen der aufgebrachten Kraft mit einem Kraftsensor (40) und
    Speichern der Kraft-Weg-Daten in einer Datenverarbeitungseinheit (60), insbesondere einem Computer.
  4. Online-Bestimmung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die den weiteren Schritt umfasst:
    Identifizieren des Ansetzpunkts x2 in den Kraft-Weg-Daten über ein Erkennen einer fehlenden Änderung im erfassten verfahrbaren Weg trotz eines Stempelvorschubs, vorzugsweise eine fehlende Änderung über 1-20 Inkremente beim Stempelvorschub, oder
    Identifizieren des Ansetzpunkts x2 in den Kraft-Weg-Daten als den Weg, an dem die erfasste Kraft einen bestimmten Schwellenwert, vorzugsweise eine Haltekraft eines Setzkopfs oder Niederhalters (12), übersteigt.
  5. Online-Bestimmung gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, die den weiteren Schritt aufweist:
    Identifizieren des Punkts x3 als den Weg, an dem die maximale Kraft Fmax des Stempels (10) erreicht ist.
  6. Online-Bestimmung gemäß Anspruch 5, die den weiteren Schritt aufweist:
    Berechnen (F) einer Referenzgröße ΔxC für eine Maschinensteifigkeit gemäß ΔxC=x3-x4, die angibt, wie nachgiebig eine konstruktive Verbindung zwischen Stempel (10) und Matrize (20), vorzugsweise ein C-Rahmen (30), ist.
  7. Online-Bestimmung gemäß Anspruch 1 oder 2, die die weiteren Schritte aufweist:
    Darstellen (C) der erfassten Kraft-Weg-Daten in Form einer Kurve und
    Identifizieren (D) des Punkts x4 durch Anlegen einer Tangente an die annähernd linear verlaufenden Kraft-Weg-Daten nach Erreichen einer maximalen Kraft Fmax des Stempels (10), so dass ein Abweichen der Kraft-Weg-Daten um einen vorgegebenen Wert von der Tangente den Punkt x4 angibt.
  8. Online-Bestimmung einer Bodendicke tb bei einem Clinchvorgang mit Hilfe eines verfahrbaren Stempels (10) und einer Matrize (20), die die folgenden Schritte aufweist:
    a. Erfassen (A) eines vom verfahrbaren Stempel (10) zurückgelegten Wegs während des Clinchvorgangs mit Hilfe eines Wegaufnehmers (50),
    b. Erfassen (B) einer vom verfahrbaren Stempel (10) auf ein Fügeteil (5) aufgebrachten Kraft F während des Clinchvorgangs in Abhängigkeit vom zurückgelegten Weg,
    c. Bestimmen eines Entlastungspunkts x4 aus den erfassten Kraft-Weg-Daten (D), der ein Entlasten des Stempels (10) nach dem Clinchvorgang identifiziert, und
    d. Berechnen (E) der Bodendicke tb gemäß tb=x-x4, während x den Maximalabstand zwischen einander zugewandten Seiten von Stempel (10) und Matrize (20) beschreibt.
  9. Online-Bestimmung gemäß Anspruch 8, die die weiteren Schritte aufweist:
    Erfassen der aufgebrachten Kraft mit einem Kraftsensor (40) und
    Speichern der Kraft-Weg-Daten in einer Datenverarbeitungseinheit (60), insbesondere einem Computer.
  10. Online-Bestimmung gemäß Anspruch 8 oder 9, die den weiteren Schritt aufweist:
    Identifizieren des Punkts x3 als den Weg, an dem die maximale Kraft Fmax des Stempels (10) erreicht ist.
  11. Online-Bestimmung gemäß Anspruch 10, die den weiteren Schritt aufweist:
    Berechnen (F) einer Referenzgröße ΔxC für eine Maschinensteifigkeit gemäß ΔxC=x3-x4, die angibt, wie nachgiebig eine konstruktive Verbindung zwischen Stempel (10) und Matrize (20), vorzugsweise ein C-Rahmen (30), ist.
  12. Online-Bestimmung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, die die weiteren Schritte aufweist:
    Darstellen (C) der erfassten Kraft-Weg-Daten in Form einer Kurve und
    Identifizieren (D) des Punkts x4 durch Anlegen einer Tangente an die annähernd linear verlaufenden Kraft-Weg-Daten nach Erreichen einer maximalen Kraft Fmax des Stempels (10), so dass ein Abweichen der Kraft-Weg-Daten um einen vorgegebenen Wert von der Tangente den Punkt x4 angibt.
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US12/014,512 US7797126B2 (en) 2007-01-18 2008-01-15 Online determination of the quality characteristics for punch riveting and clinching
JP2008007180A JP5192830B2 (ja) 2007-01-18 2008-01-16 パンチリベット接合及びクリンチングの品質特性のオンライン測定

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015108561A1 (de) 2014-06-06 2015-12-10 Avl List Gmbh Verfahren zur Fertigung eines elektrischen Energiespeichers
DE102015122255A1 (de) 2015-12-18 2017-06-22 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung sowie Steuerverfahren für ein Verbinden einer Mehrzahl von Blechen mithilfe einer Fügevorrichtung
DE102017011460A1 (de) 2017-12-12 2018-06-28 Daimler Ag Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Spalthöhe bei Fügeverfahren mit Hilfsfügeelementen
WO2021013622A1 (de) * 2019-07-19 2021-01-28 Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur prozessüberwachung beim fügen von wenigstens zwei werkstücken mittels einer stanznietvorrichtung mit einer fügezange, sowie vorrichtung mit einem steuergerät eingerichtet zum durchführen eines solchen verfahrens
DE102020107696A1 (de) 2020-03-19 2021-09-23 Audi Aktiengesellschaft Prozessanordnung zur Qualitätsprüfung einer Bauteilverbindung

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9015920B2 (en) 1997-07-21 2015-04-28 Newfrey Llc Riveting system and process for forming a riveted joint
US6276050B1 (en) * 1998-07-20 2001-08-21 Emhart Inc. Riveting system and process for forming a riveted joint
US7997190B2 (en) * 2007-09-14 2011-08-16 Pem Management, Inc. Dual force ram drive for a screw press
JP2010036214A (ja) * 2008-08-05 2010-02-18 Nippon Pop Rivets & Fasteners Ltd セルフピアスリベット締結機
JP5443933B2 (ja) * 2009-10-05 2014-03-19 積水化学工業株式会社 釘打ち機
JP5954937B2 (ja) * 2011-04-28 2016-07-20 三菱重工業株式会社 ファスナー打ち込み装置
CN102319859B (zh) * 2011-06-03 2013-09-11 哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 一种封闭结构内铆接托板螺母的方法
US9027220B2 (en) * 2012-08-07 2015-05-12 Newfrey Llc Rivet setting machine
US9718157B2 (en) 2014-02-21 2017-08-01 Ford Global Technologies, Llc Expanding die for clinching and riveting operations
KR101723657B1 (ko) * 2014-03-21 2017-04-05 정승문 리벳팅장치의 제어방법
DE102015101950A1 (de) * 2015-02-11 2016-08-11 Newfrey Llc Stanzniet und Verfahren zum Herstellen einer Stanznietverbindung
JP6514008B2 (ja) * 2015-04-07 2019-05-15 トヨタ自動車株式会社 カシメ方法
JP6668989B2 (ja) * 2016-07-15 2020-03-18 日産自動車株式会社 セルフピアスリベット接合方法およびセルフピアスリベット接合装置
CN107282791A (zh) * 2017-07-21 2017-10-24 广西汽车集团有限公司 汽车拉索芯接头铆压装置
US10898943B2 (en) * 2018-09-25 2021-01-26 Ford Global Technologies, Llc Self-piercing rivet device and method of operating a self-piercing rivet device to inhibit incorrect die usage
CN109570427A (zh) * 2019-01-24 2019-04-05 中汽研（天津）汽车工程研究院有限公司 一种铝材的半空心铆钉自冲铆接装置
CN109883364A (zh) * 2019-03-25 2019-06-14 东风汽车集团有限公司 一种用于自冲铆接接头的质量评价方法
CN110640068B (zh) * 2019-10-16 2021-04-13 昆明理工大学 一种自冲铆接头机械内锁区几何特征尺寸的测量方法
JP7485333B2 (ja) 2020-03-05 2024-05-16 三徳コーポレーション株式会社 締結装置及びそれを用いた締結体製造方法
CN111266469B (zh) * 2020-04-20 2022-02-22 山东建筑大学 一种无铆钉铆接马氏体钢板的装置及其方法
CN111966062A (zh) * 2020-07-29 2020-11-20 安徽巨一科技股份有限公司 一种自冲孔铆接工艺质量状态的自动判定方法
CN116429565B (zh) * 2023-06-13 2023-08-29 天津正道机械制造有限公司 一种金属材料无铆钉连接的接头质量检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1459819A2 (de) * 2003-03-20 2004-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Verpressungsgrades einer formschlüssigen Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen
DE10327886A1 (de) * 2003-06-20 2005-01-20 Prokos Produktions-Kontroll-System Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Bodendicke von Clinchpunkten einer Clinchverbindung
US20050081360A1 (en) * 2001-01-15 2005-04-21 Newfrey Llc Method for riveting or piercing and a device for carrying out the method
US20060207079A1 (en) * 1997-07-21 2006-09-21 Dieter Mauer Riveting system and process for forming a riveted joint

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1998013156A1 (en) * 1996-09-27 1998-04-02 General Electro Mechanical Corporation Control system and method for fastening machines
DE19731222C5 (de) * 1997-07-21 2016-10-13 Newfrey Llc Verfahren zum Ausbilden einer Stanznietverbindung sowie eine Fügevorrichtung für Stanzniete
DE19752367A1 (de) * 1997-11-26 1999-05-27 Emhart Inc Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung
US6067696A (en) * 1998-04-08 2000-05-30 Dimitrios G. Cecil Quality control system for a clinching station
DE10015239A1 (de) * 2000-03-27 2001-10-04 Profil Verbindungstechnik Gmbh Funktionselementanordnung, Funktionselement, Hilfsfügeteil, Zusammenbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Zusammenbauteils
JP4381021B2 (ja) * 2003-04-09 2009-12-09 ポップリベット・ファスナー株式会社 自己穿孔型リベットの締結装置及び方法
WO2005095019A1 (en) * 2004-03-24 2005-10-13 Newfrey Llc Riveting system and process for forming a riveted joint

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060207079A1 (en) * 1997-07-21 2006-09-21 Dieter Mauer Riveting system and process for forming a riveted joint
US20050081360A1 (en) * 2001-01-15 2005-04-21 Newfrey Llc Method for riveting or piercing and a device for carrying out the method
EP1459819A2 (de) * 2003-03-20 2004-09-22 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Verpressungsgrades einer formschlüssigen Verbindung zwischen wenigstens zwei Bauteilen
DE10327886A1 (de) * 2003-06-20 2005-01-20 Prokos Produktions-Kontroll-System Gmbh Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung der Bodendicke von Clinchpunkten einer Clinchverbindung

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIEBIG H P ET AL: "VERBINDEN VON BLECHTEILEN ZWISCHEN STEMPEL UND GRAVUR", VDI Z, SPRINGER VDI VERLAG, DUSSELDORF, DE, vol. 131, no. 1, January 1989 (1989-01-01), pages 95 - 102, XP000025506, ISSN: 0042-1766 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102015108561A1 (de) 2014-06-06 2015-12-10 Avl List Gmbh Verfahren zur Fertigung eines elektrischen Energiespeichers
DE102015122255A1 (de) 2015-12-18 2017-06-22 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verfahren zur Bestimmung der Qualität einer Fügeverbindung sowie Steuerverfahren für ein Verbinden einer Mehrzahl von Blechen mithilfe einer Fügevorrichtung
WO2017102335A1 (de) * 2015-12-18 2017-06-22 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Verfahren zur bestimmung der qualität einer fügeverbindung sowie steuerverfahren für ein verbinden einer mehrzahl von blechen mithilfe einer fügevorrichtung
US11135637B2 (en) 2015-12-18 2021-10-05 Böllhoff Verbindungstechnik GmbH Method for determining the quality of a joint, and control method for a process of joining a plurality of metal sheets by means of a joining device
DE102017011460A1 (de) 2017-12-12 2018-06-28 Daimler Ag Vorrichtung und Verfahren zur Messung der Spalthöhe bei Fügeverfahren mit Hilfsfügeelementen
WO2021013622A1 (de) * 2019-07-19 2021-01-28 Tox Pressotechnik Gmbh & Co. Kg Verfahren zur prozessüberwachung beim fügen von wenigstens zwei werkstücken mittels einer stanznietvorrichtung mit einer fügezange, sowie vorrichtung mit einem steuergerät eingerichtet zum durchführen eines solchen verfahrens
DE102020107696A1 (de) 2020-03-19 2021-09-23 Audi Aktiengesellschaft Prozessanordnung zur Qualitätsprüfung einer Bauteilverbindung

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