EP3156148A1 - Verfahren zum verbinden wenigstens zweier bauteile mittels einer stanznietvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum verbinden wenigstens zweier bauteile mittels einer stanznietvorrichtung Download PDF

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EP3156148A1
EP3156148A1 EP16187734.5A EP16187734A EP3156148A1 EP 3156148 A1 EP3156148 A1 EP 3156148A1 EP 16187734 A EP16187734 A EP 16187734A EP 3156148 A1 EP3156148 A1 EP 3156148A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
punch
components
counter
holder
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16187734.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Sebastian Engler
Florian Woelke
Ingo Kesel
Jens Koenig
Thomas Kiedrowski
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3156148A1 publication Critical patent/EP3156148A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
    • B21J15/06—Riveting hollow rivets by means of hydraulic, liquid, or gas pressure
    • 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
    • B21J15/10—Riveting machines
    • 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
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/36—Rivet sets, i.e. tools for forming heads; Mandrels for expanding parts of hollow rivets
    • 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
    • B21J15/38—Accessories for use in connection with riveting, e.g. pliers for upsetting; Hand tools for riveting

Definitions

  • the present invention relates to a method and a punch riveting apparatus for connecting at least two components.
  • Punching riveting methods are used to connect at least two components that are particularly flat in a connection region (joining partner).
  • a punch riveting method is characterized in that a pre-punching of the components to be joined together is not required. Rather, a punch rivet is pressed by means of a punch or a punch tool in the at least two components, being ensured by a correspondingly shaped counter-holder, for example.
  • a punch rivet is pressed by means of a punch or a punch tool in the at least two components, being ensured by a correspondingly shaped counter-holder, for example.
  • a die which cooperates with the punch tool, that the rivet or the components in a certain Deforming manner to produce a positive and positive connection between the components.
  • Ultrasonic punch riveting known, in which a vibration generator, such as.
  • An ultrasonic generator is used to enable one or more components when connecting the components in vibration. By this vibration, for example, the expended force is reduced to push the rivet.
  • a film is introduced in a punch riveting process between the counter-holder and a component facing the counter-holder in order to avoid direct contact between counter-holder and component.
  • the film used acts in particular as a sliding or protective film and in particular is sufficiently ductile or elastically deformable in order to conform to the counter-holder during the punch riveting process.
  • a counter-holder for a punch riveting device is usually milled or turned, hardened and possibly mechanically polished or ground.
  • the counter-holder thus has a relatively rough surface, on which material can adhere from a component abutting the punch riveting process. This is especially the case, for example, when punching riveting soft materials such as aluminum.
  • the introduced foil prevents direct contact between the component and the counterholder so that material can no longer adhere.
  • the service life of the counter-holder is increased (thereby lengthening the counterholder change intervals) and the reproducibility of the rivet connections is improved by avoiding buildup in the counter-holder.
  • a film for punch riveting with a vibrator, eg. An ultrasonic generator.
  • a portion of the punch riveting apparatus is vibrated during the punch riveting operation so that the rivet can be more easily pressed into the components to be connected.
  • a relative movement can arise between the counter-holder and the component adjacent thereto, through which not only adhesions of material, but, for example, also alloys can occur in conventional counter-holders. In the invention, this is no longer or at least hardly the case.
  • Such punch riveting have special advantages in automotive lightweight body construction, since the vibration or ultrasonic punch riveting facilitates with the appropriately designed equipment many joining tasks in the field of material mixing and new material thickness combinations possible.
  • a punch riveter with vibration support may also be used to advantage in other areas (such as in the aerospace industry or in cable car and gondola construction) and / or for joining other materials.
  • punching riveting the process forces required for the riveting process, usually very high, are considerably reduced.
  • process advantages such as the improvement of the cutting process or the material separation during punching, the change, the plastic deformation capacity of material (eg Al / Mg sheet metal or die-cast) and the avoidance of collapsing rivet elements
  • the film is provided as sheets (ie, singulated pieces) or as rolls (ie, endless web).
  • a preferred punch riveting apparatus has an associated foil insertion device in order to introduce the foil sheets or foil web between the component and the counterholder.
  • the foil has metal.
  • a metal foil is relatively robust and tear-resistant and can reliably prevent direct contact between component and counter-holder.
  • the film may comprise plastic (e.g., PTFE (Teflon)). Plastic is usually less expensive than metal and easier to handle due to its low density.
  • a release-containing film such as e.g. a ceramic or polymer based (e.g., PTFE) coated (metal) foil), which performs the function of a permanent separation of the original 'mating component' contact mating. Due to the isolation of the contact pairing between the counterholder and the component, adhesions in the counter holder are avoided.
  • suitable lubricant films for example, (metal) film systems with graphite, wax or oil coating
  • suitable lubricant films provide additional sliding assistance and thereby achieve a friction reduction coupled with a Fügekraftredulement.
  • each film section (ie, during the joining of the at least two components with the counter-holder in contact portion of the film) is used only for a single punch riveting operation. In this way you can prevent a through a punch riveting operation, possibly damaged or contaminated film section is reused and leads to damage or contamination of the component and / or the counter-holder.
  • the film can also be used as corrosion protection on the product, i. the portion of the film remains on the component.
  • a thin stainless steel foil e.g., No. 1.4301 or 1.4303 or 1.4567
  • another corrosion resistant foil could be used.
  • FIGS. 1a to 1d a punch riveting apparatus 10 is shown at various stages of performing a punch riveting process.
  • the punch riveting apparatus 10 has a punch 15, which for example has a round cross section.
  • the punch 15 is radially surrounded by a sleeve-shaped hold-down 16 and arranged movable relative to this in the longitudinal direction.
  • the punch 15 is coupled to a drive, not shown here, for example a hydraulic or pneumatic drive, which serves to apply a force F required to press a rivet 20 into the two components 11, 12.
  • the hold-down 16 is adapted to press against the surface of the die 15 facing member 11 with a hold-down force.
  • a separate drive can be provided.
  • the hold-down can also be coupled to the drive of the punch 15, for example by means of a spring.
  • an inventive counter-holder 18 which acts as a die here, arranged.
  • the punch 15 and the die 18 are movable relative to each other in the direction of a longitudinal axis 19, in the direction of which also the hold-down 16 are arranged to be movable.
  • the hold-down 16 and the die 18 serve to clamp or compress the two components 11, 12 between the hold-down 16 and the die 18 during processing by the punch 15.
  • the die 18 has, on the side facing the component 12, a region 21 with a flat surface, from which a trough-shaped or recess 22 extends.
  • the rivet 20 preferably consists of a material which is harder than the materials of the two components 11, 12, at least in the region of the rivet shank 24.
  • the planar top side 26 facing away from the component 11 is arranged in operative connection with the ram 15, which is secured to the top side 26 of FIG Rivet 20 is flat.
  • the punch 15 is operatively connected to a vibration generator 30 for generating vibrations.
  • a vibration generator 30 for generating vibrations.
  • ultrasonic vibrations with an amplitude (distance between maximum positive and negative amplitude of a vibration) between 10 .mu.m and 110 .mu.m (or an amplitude between 5 .mu.m and 55 .mu.m) and a frequency between 15 kHz and 35 kHz are generated.
  • vibrations are coupled by the vibrator 30 via the punch 15 in the rivet 20.
  • the coupling-in direction of the vibrations of the vibration generator 30 can take place, for example, parallel to the longitudinal axis 19, that is to say parallel to the joining direction of the rivet 20 into the components 11, 12
  • FIG. 1a Phase shown represents a beginning of the Stanzniethabilits in which the rivet shank 24 comes into operative connection with the top of the component 11. In this case, the punch 15 is pressed with the force F against the stamp 15 facing member 11.
  • the rivet shank 24 initially cuts or punches into the component 11.
  • the two components 11, 12 are plastically deformed, wherein the recess 22 facing the component 12 is pressed in the corresponding areas in the recess 22.
  • the rivet shank 24 is spread outwards in the region of the recess 22, whereby the two components 11, 12 are securely connected to each other in the axial direction in a positive and non-positive manner.
  • FIG. 2 and 3 two preferred embodiments of a punch riveting device according to the invention are shown in fragmentary form in a schematic side view or sectional view and designated by 101 and 102, respectively.
  • the elements corresponding to those of the punch riveting device 10 FIG. 1 correspond, are provided with the same reference numerals and will not be explained again at this point.
  • the punch riveting devices 101 and 102 are shown in a state in which the die 18 is shown downwardly from each of the components 11 and 12 to be connected.
  • the die is not movable relative to a frame (for example, pliers) of the punch riveting apparatus, but the punch and the downholder.
  • a film 41 and 42 is introduced.
  • the film 41 is provided as sheet goods
  • the film 42 is provided as a roll product.
  • separated film sheets 41 are accordingly introduced between component 12 and die 18, in order to avoid direct contact between component 12 and die 18 during the punch riveting process.
  • a film insertion device 411 is provided, which introduces the separated film sheets, for example by means of rollers or gripping arms between the component 12 and the die 18.
  • the punch riveting device 102 has a film insertion device 421 which, in the example shown, has a plurality of rollers over which the web-shaped film (film web) 42 is guided. Specifically, an unwind roll 422, two idler rolls 423, and a take-up roll 424 are shown.
  • the illustrated embodiments have in common that a respective foil section, which comes into contact with the die 18 in a punch riveting operation, is used only for a single punch riveting operation and after this punch riveting operation the foil section between the component 12 and the die 18 is removed again.
  • the portion A may each comprise an entire foil sheet 41, in the punch riveting apparatus 102, the portion each comprises a portion A on the foil web 42.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Stanznietvorrichtung (101) zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12), wobei die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen einem Stempel (15) und einem Gegenhalter (18) der Stanznietvorrichtung (101) angeordnet werden, wobei zwischen den Gegenhalter (18) und ein dem Gegenhalter zugewandtes Bauteil (12) der wenigstens zwei Bauteile eine Folie (41) eingebracht wird, wobei ein zwischen dem Stempel (15) und einem dem Stempel zugewandten Bauteil (11) der wenigstens zwei Bauteile angeordneter Niet (20) mittels des Stempels (15) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) eingedrückt wird, indem der Stempel (15) mit einer Kraft (F) beaufschlagt wird.

Description

    Beschreibung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Stanznietvorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile.
    • Stand der Technik
  • Verfahren zum Stanznieten dienen zum Verbinden mindestens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Stanzniet mittels eines Stempels oder eines Stempelwerkzeugs in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Stempelwerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt ist, dass der Niet oder die Bauteile sich in einer bestimmten Art und Weise verformen, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen.
  • Weiterhin sind bspw. aus der EP 2 318 161 B1 oder der DE 10 2014 203 357 A1 sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bekannt, bei denen ein Schwingungserzeuger, wie bspw. ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird bspw. die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß werden ein Verfahren und eine Stanznietvorrichtung zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
    • Vorteile der Erfindung
  • Im Rahmen der Erfindung wird bei einem Stanznietvorgang zwischen den Gegenhalter und ein dem Gegenhalter zugewandtes Bauteil zur Vermeidung eines direkten Kontaktes zwischen Gegenhalter und Bauteil eine Folie eingebracht. Die verwendete Folie wirkt insbesondere als Gleit- oder Schutzfolie und ist insbesondere ausreichend duktil oder elastisch verformbar, um sich bei dem Stanznietvorgang an den Gegenhalter anzuschmiegen.
  • Ein Gegenhalter für eine Stanznietvorrichtung wird in der Regel gefräst oder gedreht, gehärtet und ggf. mechanisch poliert oder geschliffen. Der Gegenhalter weist somit eine relativ raue Oberfläche auf, an welcher Material von einem beim Stanznietvorgang anliegenden Bauteil anhaften kann. Dies ist insbesondere bspw. beim Stanznieten von weichen Materialien wie bspw. Aluminium der Fall. Durch die eingebrachte Folie wird nun ein direkter Kontakt zwischen Bauteil und Gegenhalter verhindert, so dass Material nicht mehr anhaften kann. Die Standzeit des Gegenhalters wird erhöht (dadurch Verlängerung der Gegenhalterwechselintervalle) und die Reproduzierbarkeit der Nietverbindungen wird durch die Vermeidung von Anhaftungen im Gegenhalter verbessert.
  • Besonders vorteilhaft ist das Einbringen einer Folie für Stanznietvorrichtungen mit einem Schwingungserzeuger, bspw. einem Ultraschallgenerator. Bei solchen Stanznietvorrichtungen wird während des Stanznietvorgangs ein Bereich der Stanznietvorrichtung in Schwingung versetzt, so dass sich der Niet leichter in die zu verbindenden Bauteile eindrücken lässt. Gerade durch die Schwingungen bzw. den Ultraschall kann zwischen dem Gegenhalter und dem daran anliegenden Bauteil eine Relativbewegung entstehen, durch welche bei herkömmlichen Gegenhaltern nicht nur Anhaftungen von Material, sondern bspw. auch Anlegierungen entstehen können. Bei der Erfindung ist dies nicht mehr oder zumindest kaum mehr der Fall. Solche Stanznietvorrichtungen haben besondere Vorteile im automobilen Karosserieleichtbau, da das Vibrations- bzw. Ultraschallstanznieten mit der entsprechend ausgelegten Anlagentechnik viele Fügeaufgaben im Bereich Materialmischbau erleichtert und neue Materialdickenkombinationen ermöglicht. Jedoch kann eine Stanznietvorrichtung mit Vibrationsunterstützung auch in anderen Bereichen (wie beispielsweise in der Luftfahrtindustrie oder im Seilbahn- und Gondelbau) und/oder zum Fügen anderer Materialein vorteilhaft verwendet werden. Mittels Vibrationen beim Stanznieten werden die für den Nietprozess erforderlichen, i.d.R. sehr hohen, Prozesskräfte erheblich reduziert. Daraus resultieren vor allem Prozessvorteile (wie beispielsweise die Verbesserung des Schnittprozess bzw. der Materialtrennung beim Stanzen, die Veränderung, des plastischen Formänderungsvermögens von Werkstoff (z.B. Al/Mg-Blech oder -Druckguss) und die Vermeidung kollabierender Nietelemente), wodurch das nietbare Materialspektrum erweitert werden kann. Vorzugsweise wird die Folie als Bogenware (d.h. vereinzelte Stücke) oder als Rollenware (d.h. endlose Bahn) bereitgestellt. Eine bevorzugte Stanznietvorrichtung weist eine zugehörige Folieneinbringeinrichtung auf, um die Folienbögen bzw. Folienbahn zwischen Bauteil und Gegenhalter einzubringen.
  • Vorzugsweise weist die Folie Metall auf. Eine Metallfolie ist relativ robust und reißfest und kann einen direkten Kontakt zwischen Bauteil und Gegenhalter sicher verhindern. Alternativ oder zusätzlich kann die Folie Kunststoff (z.B. PTFE (Teflon))) aufweisen. Kunststoff ist üblicherweise kostengünstiger als Metall und aufgrund seiner geringen Dichte leichter in der Handhabung.
  • Besonders geeignet ist die Verwendung einer trennmittelbehafteten Folie, wie z.B. eine auf keramischer oder polymerer Basis (z.B. PTFE) beschichtete (Metall-)Folie), welche die Funktion einer beständigen Trennung der ursprünglichen Kontaktpaarung 'Gegenhalter-Bauteil' übernimmt. Durch die Isolation der Kontaktpaarung zwischen Gegenhalter und Bauteil werden Anhaftungen in dem Gegenhalter vermieden.
  • Weiterhin können geeignete Schmierstofffolien (beispielsweise (Metall-)Foliensysteme mit Graphit-, Wachs- oder Öl-Beschichtung) an der Kontaktpaarung zwischen Gegenhalter und Bauteil eine zusätzliche Gleithilfe schaffen und dadurch eine Reibungsreduktion, gekoppelt mit einer Fügekraftreduktion, erreichen.
  • Vorzugsweise wird jeder Folienabschnitt (d.h. während des Verbindens der wenigstens zwei Bauteile mit dem Gegenhalter in Kontakt stehender Abschnitt der Folie) nur für einen einzigen Stanznietvorgang verwendet. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein durch einen Stanznietvorgang möglicherweise beschädigter bzw. verunreinigter Folienabschnitt erneut verwendet wird und zu einer Schädigung oder Verunreinigung des Bauteils und/oder des Gegenhalters führt.
  • In einer weiteren Ausführung ist die Folie auch als Korrosionsschutz am Produkt einsetzbar, d.h. der Abschnitt der Folie verbleibt an dem Bauteil. Als Beispiel könnte eine dünne Edelstahlfolie (z.B. WNr. 1.4301 oder 1.4303 oder 1.4567), mit ca. 25µm Foliendicke) oder eine andere korrosionsbeständige Folie verwendet werden.
  • Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
    • Figurenbeschreibung
    • Figuren 1a bis 1d
    zeigen eine Stanznietvorrichtung bei verschiedenen Phasen eines Stanznietvorgangs.
    Figur 2
    zeigt schematisch in einer Seitenansicht einen Ausschnitt einer Stanznietvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Folienbogen.
    Figur 3
    zeigt schematisch in einer Seitenansicht einen Ausschnitt einer Stanznietvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer Folienrolle.
    Detaillierte Beschreibung der Zeichnung
  • In den Figuren 1a bis 1d ist eine Stanznietvorrichtung 10 bei verschiedenen Phasen der Durchführung eines Stanznietverfahrens dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Stempel 15 auf, der beispielhaft einen runden Querschnitt aufweist.
  • Der Stempel 15 ist von einem hülsenförmigen Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Insbesondere ist der Stempel 15 mit einem hier nicht dargestellten Antrieb, bspw. einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb, gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken eines Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen.
  • Ebenfalls ist der Niederhalter 16 dazu eingerichtet, gegen die Oberfläche des dem Stempel 15 zugewandten Bauteils 11 mit einer Niederhaltekraft zu drücken. Hierzu kann bspw. ein eigener Antrieb vorgesehen sein. Jedoch kann der Niederhalter auch an den Antrieb des Stempels 15 gekoppelt sein, bspw. mittels einer Feder.
  • Auf der dem Stempel 15 und dem Niederhalter 16 gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist ein erfindungsgemäßer Gegenhalter 18, der hier als Matrize wirkt, angeordnet. Der Stempel 15 und die Matrize 18 sind in Richtung einer Längsachse 19, in deren Richtung auch der Niederhalter 16 beweglich angeordnet sind, relativ zueinander bewegbar. Der Niederhalter 16 und die Matrize 18 dienen dazu, die beiden Bauteile 11, 12 zwischen dem Niederhalter 16 und der Matrize 18 während der Bearbeitung durch den Stempel 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken. Die Matrize 18 weist auf der dem Bauteil 12 zugewandten Seite eine einen Bereich 21 mit einer ebenen Oberfläche auf, von der eine mulden- bzw. kuhlenförmige Ausnehmung 22 ausgeht.
  • In den Figuren 2 und 3 ist eine zwischen das Bauteil 12 und die Matrize 18 eingebrachte Folie dargestellt.
  • Der Niet 20 besteht bevorzugt aus einem gegenüber den Werkstoffen der beiden Bauteile 11, 12 härteren Material, zumindest im Bereich des Nietschaftes 24. Die dem Bauteil 11 abgewandte, ebene Oberseite 26 ist in Wirkverbindung mit dem Stempel 15 angeordnet, der an der Oberseite 26 des Niets 20 flächig anliegt.
  • Der Stempel 15 ist mit einem Schwingungserzeuger 30 zur Erzeugung von Schwingungen bzw. Vibrationen wirkverbunden. Insbesondere werden mittels des Schwingungserzeugers 30 Ultraschallschwingungen mit einer Schwingweite (Abstand zwischen maximaler positiver und negativer Amplitude einer Schwingung) zwischen 10 µm und 110 µm (bzw. einer Amplitude zwischen 5 µm und 55 µm) und einer Frequenz zwischen 15 kHz und 35 kHz erzeugt.
  • Diese Schwingungen werden von dem Schwingungserzeuger 30 über den Stempel 15 in den Niet 20 eingekoppelt. Die Einkopplungsrichtung der Vibrationen des Schwingungserzeugers 30 kann dabei bspw. parallel zur Längsachse 19, das heißt parallel zur Fügerichtung des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 erfolgen
  • Die in Figur 1a gezeigte Phase stellt einen Beginn des Stanznietverfahrens dar, bei dem der Nietschaft 24 in Wirkverbindung mit der Oberseite des Bauteils 11 gelangt. Dabei wird der Stempel 15 mit der Kraft F gegen das dem Stempel 15 zugewandte Bauteil 11 gedrückt.
  • In einer in Figur 1b gezeigten weiteren Phase, d.h. während des weiteren Verlaufs des Nietvorgangs und unter Unterstützung der in die Bauteile 11, 12 eingekoppelten Schwingungen schneidet bzw. stanzt der Nietschaft 24 sich zunächst in das Bauteil 11 ein. Dabei werden die beiden Bauteile 11, 12 plastisch verformt, wobei das der Ausnehmung 22 zugewandte Bauteil 12 in den entsprechenden Bereichen in die Ausnehmung 22 eingedrückt wird.
  • Während des weiteren Bewegungswegs bzw. der weiteren Abwärtsbewegung des Niets 20 entsprechend der Figur 1c wird der Nietschaft 24 im Bereich der Ausnehmung 22 nach außen gespreizt, wodurch die beiden Bauteile 11, 12 in Axialrichtung sicher form- und kraft schlüssig miteinander verbunden werden.
  • Dabei ist zu erkennen, dass entsprechend der Figur 1d, die die Endposition des Niets 20 zeigt, der Nietschaft 24 nicht aus dem Bauteil 12 herausragt bzw. dieses nicht vollständig durchdringt.
  • Nachdem der Niet 20 die in der Figur 1d dargestellte Endposition erreicht hat, bei der die Oberseite 26 des Niets 20 zumindest in etwa bündig mit der Oberseite des Bauteils 11 abschließt, wird anschließend der Stempel 15 wieder von den Bauteilen 11, 12 in entgegengesetzte Richtung nach oben bewegt.
  • In den Figuren 2 und 3 sind zwei bevorzugte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Stanznietvorrichtung in einer schematischen Seiten- bzw. Schnittansicht ausschnittsweise dargestellt und mit 101 bzw. 102 bezeichnet. Die Elemente, die denen der Stanznietvorrichtung 10 aus Figur 1 entsprechen, sind mit denselben Bezugszeichen versehen und werden an dieser Stelle nicht erneut erläutert.
  • Die Stanznietvorrichtungen 101 und 102 sind in einem Zustand dargestellt, in welchem die Matrize 18 jeweils von den zu verbindenden Bauteilen 11 und 12 nach unten abgerückt dargestellt ist. Üblicherweise jedoch ist die Matrize relativ zu einem Gestell (z.B. Zange) der Stanznietvorrichtung nicht beweglich, sondern der Stempel und der Niederhalter.
  • Jeweils zwischen dem der Matrize 18 zugewandten Bauteil 12 und der Matrize 18 ist eine Folie 41 bzw. 42 eingebracht. Bei der Stanznietvorrichtung 101 ist die Folie 41 als Bogenware bereitgestellt, wohingegen bei der Stanznietvorrichtung 102 die Folie 42 als Rollenware bereitgestellt ist.
  • Bei der Stanznietvorrichtung 101 werden demnach vereinzelte Folienbögen 41 zwischen Bauteil 12 und Matrize 18 eingebracht, um einen direkten Kontakt zwischen Bauteil 12 und Matrize 18 beim Stanznietvorgang zu vermeiden. Für die Folienbögen 41 ist eine Folieneinbringeinrichtung 411 vorgesehen, die die vereinzelten Folienbögen beispielsweise mittels Rollen oder Greifarmen zwischen das Bauteil 12 und die Matrize 18 einbringt.
  • Im Unterschied hierzu weist die Stanznietvorrichtung 102 eine Folieneinbringeinrichtung 421 auf, die im gezeigten Beispiel mehrere Walzen aufweist, über die die bahnförmige Folie (Folienbahn) 42 geführt wird. Im Einzelnen sind eine Abwickelwalze 422, zwei Umlenkwalzen 423 und eine Aufwickelwalze 424 gezeigt.
  • Den dargestellten Ausführungsformen ist gemein, dass ein jeweiliger Folienabschnitt, der bei einem Stanznietvorgang mit der Matrize 18 in Kontakt kommt, nur für einen einzigen Stanznietvorgang verwendet und nach diesem Stanznietvorgang der Folienabschnitt zwischen dem Bauteil 12 und der Matrize 18 wieder entfernt wird. Bei der Stanznietvorrichtung 101 kann der Abschnitt A jeweils einen gesamten Folienbogen 41 umfassen, bei der Stanznietvorrichtung 102 umfasst der Abschnitt jeweils einen Abschnitt A auf der Folienbahn 42.

Claims (11)

  1. Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels einer Stanznietvorrichtung (101, 102), wobei die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen einem Stempel (15) und einem Gegenhalter (18) der Stanznietvorrichtung (101, 102) angeordnet werden, wobei zwischen den Gegenhalter (18) und ein dem Gegenhalter zugewandtes Bauteil (12) der wenigstens zwei Bauteile eine Folie (41, 42) eingebracht wird, wobei ein zwischen dem Stempel (15) und einem dem Stempel zugewandten Bauteil (11) der wenigstens zwei Bauteile angeordneter Niet (20) mittels des Stempels (15) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) eingedrückt wird, indem der Stempel (15) mit einer Kraft (F) beaufschlagt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Folie (41, 42) Metall und/oder Kunststoff aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Folie (41, 42) als Bogenware oder als Rollenware bereitgestellt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein während des Verbindens der wenigstens zwei Bauteile (11, 12) mit dem Gegenhalter (18) in Kontakt stehender Abschnitt (A) der Folie (41, 42) nur für einen einzigen Stanznietvorgang verwendet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Abschnitt (A) der Folie (41, 42) an dem dem Gegenhalter (18) zugewandten Bauteil (12) der wenigstens zwei Bauteile verbleibt.
  6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Folie (41, 42) einseitig oder beidseitig trenn- und/oder schmiermittelbehaftet ist.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) beteiligte Komponente (11, 12, 15, 18, 20), insbesondere der Stempel (15), beim Eindrücken mittels eines Schwingungserzeugers (30) in Schwingung versetzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei als Schwingungserzeuger (30) ein Schall-Generator, insbesondere ein Ultraschall-Generator, verwendet wird.
  9. Stanznietvorrichtung (101, 102) zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12), mit einem Stempel (15) und einem Gegenhalter (18), wobei die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen dem Stempel (15) und dem Gegenhalter (18) anordenbar sind, mit einer Folieneinbringeinrichtung (411, 412), die dazu eingerichtet ist, eine Folie (41, 42) zwischen den Gegenhalter (18) und ein dem Gegenhalter zugewandtes Bauteil (12) der wenigstens zwei Bauteile einzubringen.
  10. Stanznietvorrichtung (101, 102) nach Anspruch 9, wobei die Folieneinbringeinrichtung (411, 412) weiterhin dazu eingerichtet ist, die Folie (41, 42) zwischen dem Gegenhalter (18) und dem dem Gegenhalter zugewandten Bauteil (12) der wenigstens zwei Bauteile wieder zu entfernen.
  11. Stanznietvorrichtung (101, 102) nach Anspruch 9 oder 10, weiterhin mit einem Schwingungserzeuger (30), der dazu eingerichtet ist, den Stempel (15), den Gegenhalter (18) und/oder wenigstens eines der wenigstens zwei Bauteile (11, 12) in Schwingung zu versetzen.
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