Verfahren zum Verbinden von Bauteilen mittels Nieten
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von Bauteilen, bei welchem wenigstens eine Niete zumindest ein Bauteil durchgreift und mittels einer Umformmaschine ein Schliesskopf der Niete oder einem beliebigen Formteil angeformt wird.
Bei herkömmlichen Verfahren wird zur Stellung einer Bauteilpaarung bzw. einer Bauteilnietverbindung die Niete durch das Bauteil gesteckt und ein Nietüberstand bestimmt. Liegt ein gemessener bzw. bestimmter Nietüberstand ausserhalb eines minimalen oder maximalen Bereiches bzw.
Nietüberstandsbereiches, so wird kein konstantes < Nietergebnis gewährleistet und die Maschine hält an oder die Nietverbindung wird als Ausschluss deklariert . Nachteilig ist hierbei, dass sehr enge Toleranzbereiche
eingehalten werden müssen. Daher ist es erforderlich, Nieten zu verwenden, die exakt im Toleranzbereich liegen. Zusätzlich muss die Lochleibung bzw. das Bauteil ebenfalls in sehr engen Toleranzbereichen fertiggestellt bzw. gefertigt werden, so dass im Nietprozess eine optimale Nietung gewährleistet wird.
Dabei werden diese Toleranzbereiche häufig über- oder unterschritten, was zur Folge hat, dass der Nietprozess angehalten werden muss oder eine hohe Anzahl an Ausschuss im Fertigungsprozess entsteht, was unerwünscht ist.
Da Nietverbindungen in hohen Stückzahlen immer häufiger zum Verbinden von Bauteilen eingesetzt werden, werden häufig Nieten verwendet, die in Drehautomaten zu recht hohen Kosten gefertigt werden.
Es ist jedoch auch denkbar, dass Nieten verwendet werden können, die beispielsweise kaltgeschlagen hergestellt werden und daher wesentlich kostengünstiger herzustellen sind, die allerdings einen grösseren Toleranzbereich durch einen günstigeren Fertigungsprozess aufweisen. Im bisher herkömmlichen Fertigungsprozess können derartige günstigere Nieten nicht verwendet werden, um im Fertigungsprozess permanent eine exakte Nietverbindung herzustellen bzw. zu gewährleisten. Beispielsweise können die kaltgeschlagenen Nieten einen Toleranzbereich von etwa 1 mm haben. Die Überstandtoleranz des Nietüberstandes liegt jedoch bei diesem o. g. Beispiel im Toleranzbereich von etwa 0,3 mm. Daher sind beim Niet- bzw. Umformprozess, da ein konstanter Umformweg oder eine konstante Umformzeit vorgewählt ist, diese nicht verwendbar, um eine geforderte und spezifizierte Nietverbindung zu erhalten.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren der eingangs genannten Art zu verbessern, bei welchem kostengünstige Nieten verwendet werden können und eine Nietverbindung hergestellt werden kann, die auch bei Über- oder Unterschreiten eines zulässigen Nietüberstandes noch eine perfekte zulässige Nietverbindung erzielt.
Zur Lösung dieser Aufgabe führen die Merkmale der Kennzeichen der Patentansprüche 1 und 2.
Bei der vorliegenden Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass für jede Nietverbindung bzw. Bauteilpaarung aus Niet- und Bauteil ein Nietüberstand des NietSchaftes vor dem Umformprozess bzw. vor dem Verformen exakt ermittelt wird. Liegt der Nietüberstand im Toleranzbereich, so wird mit vorgewählten Umformparametern der Umformweg und die Umformzeit der Schliesskopf zur korrekten Nietverbindung verformt. Überschreitet jedoch die das Bauteil durchgreifende Niete den zulässigen Nietüberstand, so wird beim erfindungsgemässen Verfahren automatisch für die jeweilige Nietverbindung bei Ermittlung des tatsächlichen Nietüberstandes der Niet- bzw. Umformprozess kompensiert, in dem Umformweg, Umformzeit und Umformkraft verändert und angepasst werden, so dass noch eine perfekte Nietung gewährleistet werden kann. Gleiches gilt im umgekehrten Fall, sollte der tatsächlich gemessene und ermittelte Nietüberstand vor dem Umformprozess die Mindestgrenze bzw. den minimalen Nietüberstand unterschreiten, so dass dann ebenfalls Einfluss genommen wird auf die Niet- bzw. Umformparameter, wie Umformweg und Umformzeit. Bevorzugt wird automatisch nach Ermittlung jedes Nietüberstandes der Umformprozess automatisch neu bestimmt bzw. dessen Parameter werden neu ermittelt und eingestellt in Abhängigkeit der Abweichung vom geforderten Nietüberstand.
Insbesondere wird als Korrekturfaktor ein Prozentsatz des Betrages des überschreitenden oder unterschreitenden zulässigen Nietüberstandes als Korrekturf ktor für die Umformprozessparameter, wie Umformweg, Umformkraft und Umformzeit verwendet .
Dabei soll auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen, dass zur Ermittlung des tatsächlichen Nietüberstandes Messelemente ggf . auch mechanische Tastorgane verwendet werden, wobei einer davon die Basisfläche des Bauteiles abtastet und der zweite, meist direkt mit dem Nietdöpper verbunden, die Höhe der Niete beim Aufsetzen auf dieser misst, um den Nietüberstand zu ermitteln. Wichtig ist auch bei der vorliegenden Erfindung, dass die beiden Tastorgane in einer gemeinsamen Messachse liegen. Hierdurch kann mit nur einem Messkanal gemessen werden. Zudem können die Messergebnisse in Echtzeit in einer Recheneinheit errechnet werden.
Insgesamt können bei der vorliegenden Erfindung Nieten mit weiten Fertigungstoleranzen verwendet werden, um ein durchgehendes zuverlässiges Nietergebnis zu erhalten. Hierdurch können erhebliche Einsparungen im Fertigungsprozess realisiert werden, durch die Verwendung von kostengünstigeren Nieten. Zudem wird während des Fertigungsprozesses auch bei herkömmlichen Nieten eine hohe Genauigkeit, eine permanente Prozess- und Nietüberwachung gewährleistet, wobei im Umform- bzw. Nietprozess die Fehlerquote minimiert oder sogar ausgeschlossen wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in
Figur 1 eine schematisch dargestellte Ansicht eines Nietes, eingesteckt in eine Öffnung eines Bauteiles vor dem Umform-, insbesondere Nietprozess;
Figur 2 eine schematisch dargestellte Ansicht auf eine Bauteilpaarung nach dem Umformprozess, insbesondere ein korrekt verformter Schliesskopf;
Figur 3 eine schematisch dargestellte Ansicht auf eine Bauteilpaarung, insbesondere auf ein Niet- und ein Bauteil bei nicht korrektem Schliesskopf und deformierter Lochleibung;
Figur 4 eine schematisch dargestellte Ansicht auf eine feherbehaftete Nietverbindung, bei zu geringem Nietüberstand und fehlerhaftem Schliesskopf;
Figur 5 eine schematisch dargestellte Ansicht eines korrekten Schliesskopfes einer Nietverbindung bei zu grossem Nietüberstand;
Figur 6 eine schematisch dargestellte Ansicht einer Nietverbindung bei zu kleinem Nietüberstand aber korrektem Schliesskopf und korrekter Nietverbindung.
Gemäss Figur 1 wird zum Herstellen einer Nietverbindung bzw. Bauteilpaarung eine Niete 1 durch eine Öffnung 2 durchgesteckt, bis ein Absatz 3 der Niete 1 an einer Lochleibung 4 des Bauteiles 5 anliegt. Ein zylinderartiger Nietschaft 1 oder ein zu verformendes Bauteil 1 durchgreift
die Öffnung 2 und ragt in einem Nietüberstand U aus dem Bauteil 5 heraus. Nach dem Verformen ist der Nietschaft la bzw. das zu verformende Bauteil zu einem Nietkopf 6 verformt. Als Niete 1 kann, hierauf wird ausdrücklich hingewiesen, auch ein Überstand eines Bauteiles, welches durch Umformen mit einem anderen Bauteil zu verbinden ist, verstanden werden. Der Einfachheit halber, wird in der vorliegenden Anmeldung als Überstand eines Bauteiles die Formulierung Niete gewählt.
Je nach Fertigungsgenauigkeit und Toleranz des Nietes 1 ist für den Umform-, insbesondere Nietprozess von Bedeutung, dass der Nietüberstand U sich in einem Toleranzbereich des herkömmlichen Fertigungs- oder Nietprozesses bewegt. Dabei kann ein minimaler Nietüberstand Umin oder ein maximaler Nietüberstand Umaχ vordefiniert werden, um bei einem herkömmlichen Umform- oder Nietprozess die Umformparameter, die Umformkraft, Umformgeschwindigkeit, Umformweg und Umformzeit fest einzustellen, um an dieser bestimmten Maschineneinstellung ein konstantes Nietergebnis zu erzielen, welches noch im zulässigen Toleranzbereich liegt. Bauteilpaarungen bzw. Nieten mit einem Nietüberstand U, die den Nietüberstand Umin oder Jmax nach oben oder nach unten überschreiten, werden als Ausschuss ausgeschieden.
Bei einem Umformprozess, insbesondere einem Nietprozess beispielsweise mittels eines hier nicht dargestellten Döppers einer Nietmaschine wird, wie es insbesondere in Figur 2 dargestellt ist, der Schliesskopf 6 geformt, so dass eine Schliesskopfhohe H gebildet ist. Der Schliesskopf 6 ist im Bereich der Lochleibung 4 verdickt. Der Schliesskopf 6 bildet zudem einen ausreichenden Übergriff über die Lochleibung 4 bzw. Öffnung 2 bzw. Bohrung, wobei keine wesentliche Deformation des Bauteils 5 im Bereich der
Lochleibung zu erkennen ist. Dieser Schliesskopf 6 ist korrekt geformt.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 3 ist der Schliesskopf 6 nicht korrekt verformt, da die Lochleibung 4 deformiert ist. Dies kann daher rühren, dass bei einem herkömmlichen Niet- oder Umformprozess der Nietüberstand U zu gross ist und einen zulässigen Nietüberstand Umax überschritten wurde. Zur Erzielung einer konstanten Schliesskopfhohe H wird bei zu hohem Nietüberstand U das Bauteil 5 bzw. Blech, insbesondere dessen Lochleibung 4 verbogen bzw. gebläht und der Absatz 3 des Nietes 1 gestaucht. Die Nietverbindung ist nicht korrekt .
Eine zweite Fehlermöglichkeit besteht darin, dass bei Unterschreiten eines Nietüberstandes U bzw. Nietüberstandes Umin, wie es insbesondere in dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 4 aufgezeigt ist, zur Erzielung eines korrekten Schliesskopfes 6 bei konstanter Schliesskopfhohe H zu wenig
Material für den Schliesskopf 6 beim Umformen vorhanden ist, so dass kein genügender Übergriff des Schliesskopfes 6 über die Lochleibung 4 bzw. Öffnung 2 erzielt wird und zusätzlich innerhalb der Öffnung 2 kein Stauchen bzw. Anpressen des Nietes 1 gewährleistet ist, so dass keine ausreichende Nietverbindung entsteht.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 5 ist aufgezeigt, dass bei der Durchführung des erfindungsgemassen Verfahrens durch die tatsächliche
Bestimmung des Nietüberstandes für jede Nietung bzw. für jede Bauteilpaarung vor der Nietung durch entsprechende Tast oder Messorgane, die am Döpper oder an der Spindel einer Nietmaschine angebracht sein können, ein exakter Nietüberstand U zunächst vor dem Nietbeginn ermittelt wird.
Dann wird automatisch bei dem vorliegenden erfindungsgemassen Verfahren aufgrund des Nietüberstandes zur Erzielung einer spezifizierten und korrekten Nietverbindung der Umformweg, die Umformzeit, Umformkraft etc. über die jeweilige Nietverbindung bzw. für den tatsächlich bestehenden Nietüberstand in der Umformmaschine bzw. in der Nietmaschine automatisch eingestellt bzw. angepasst .
Ist beispielsweise der Nietüberstand U um einen Betrag X zu gross, wie es insbesondere in Figur 5 aufgezeigt ist, steuert die Umform- oder Nietmaschine auf eine neue Schliesskopfhohe H, die um einen bestimmten Prozentsatz des Fehlers X, um welche der Nietüberstand U zu gross ist, an, d.h., es wird um einen wählbaren Prozentsatz X weniger tief genietet, als bei einem herkömmlichen Verfahren. Hierdurch entsteht ein Mehrvolumen an Nietüberstand, welches sich im höheren Schliesskopfräum befindet. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Funktion und eine korrekte Nietung erhalten bleibt. D.h., es kann eine Niete verwendet werden, die einen beliebigen Nietüberstand besitzt, der über den maximalen Nietüberstand Uraax hinausgeht, um noch eine perfekte Nietung zu gewährleisten bzw. durchzuführen.
Dies setzt allerdings voraus, dass der tatsächlich bestehende, für die jeweilige Nietverbindung gegebene Nietüberstand U exakt ermittelt wird und anhand der Abweichung vom Sollmass des vorgegebenen Nietüberstandes hierdurch der Nietprozess automatisch, was die
Umformparameter, wie Umformweg, Umformzeit, Umformkraft etc. betrifft, angepasst werden.
In dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gemäss Figur 6 ist angedeutet, dass der Nietüberstand U um
einen Betrag X der Niete 1 zu klein ist, wobei dann nach Ermittlung des tatsächlichen Nietüberstandes U die Umformmaschine, insbesondere die Nietmaschine auf eine neue Schliesskopfhohe H steuert, die um einen bestimmten Prozentsatz des Betrages bzw. Fehlers X verringert worden ist, d.h., es wird um einen bestimmten Prozentsatz tiefer genietet, der abhängig von dem Betrag X des zu kleinen bzw. zu geringen Nietüberstandes U. Ebenfalls wird der Nietüberstand U bzw. der tatsächliche Nietüberstand ermittelt und anschliessend wird automatisch Einfluss genommen auf eine neue, zu verfahrende bzw. zu nietende Schliesskopfhohe mit entsprechender automatischen Anpassung von Umformzeit- und Umformweg bzw. Nietzeit und Nietweg. Hierdurch wird gewährleistet, dass bei einem zu geringen Nietüberstand, der ein Nietüberstand U unterschreitet, dennoch eine korrekte Nietverbindung hergestellt werden kann, so dass der Schliesskopf ausreichenden Übergriff über die Bohrung bzw. Lochung besitzt, ohne das Bauteil bzw. die Lochleibung zu verformen oder zu beschädigen. Die Funktionsweise bleibt bei korrekter Nietung erhalten.
Hierdurch ergibt sich folgender Vorteil bei der vorliegenden Erfindung, dass auch ausserhalb des Toleranzbereiches liegende Nieten zur Herstellung einer korrekten Nietverbindung verwendet werden können. Hierdurch kann auf wesentlich kostengünstigere Nieten beim Umformen bzw. Nietprozess zurückgegriffen werden. Die Fehlerquote ist verringert, die Nietverbindung optimiert und verbessert. Hierdurch werden Fertigungskosten ebenfalls eingespart.
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