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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer
Nagelverbindung zwischen zwei Bauteilen mittels eines Nagels, der
von einem Setzgerät mit hoher Geschwindigkeit in die Bauteile eingetrieben
wird, sowie einen Nagel hierfür.
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Dieses
Verfahren, auch unter dem Begriff „Bolzensetzen" bekannt,
ist ein umformtechnisches Fügeverfahren, bei dem der Nagel
(Bolzen) mit hoher Geschwindigkeit in die zu fügenden Bauteile
eingetrieben wird. Es hat den Vorteil, dass im Allgemeinen eine
einseitige Zugänglichkeit des Fügebereiches ausreicht
und häufig Vorlochoperationen vermieden werden können.
Das Bolzensetzen findet bereits in vielen Bereichen wie Stahlbau,
Fassadenbau, Metallbau, Schiffbau und Bauwirtschaft als verlässliches Fügeverfahren
Anwendung.
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Aus
DE 1 575 152 ,
1 940 447 ,
1 500 770 sind beispielsweise Nägel
(Setzbolzen) bekannt, die mittels Setzgeräten in Form von
pulverkraftbetriebenen Kartuschen in Stahl, Baueisen, Blech und ähnliche metallische
Werkstoffe eingetrieben werden. Ein solcher Nagel besteht üblicherweise
aus einem Nagelkopf, Nagelschaft und einer ogivalen Nagelspitze, wobei
der Schaft mit einer Oberflächenprofilierung in Form von
Kreuz- oder Pfeilrandrierungen, wendelförmig verlaufenden
Riffelungen und dergleichen versehen sein kann.
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Aus
DE-GM 72 26 710 ist
ein Nagel (Bolzen) mit einem Flachkopf, einem zylindrischen Schaft
und einer ogivalen Nagelspitze bekannt, der zum Befestigen von Blechen
an einem Metallteil von gegenüber dem Blech größerer
Stärke dient. Der Nagel wird durch ein vorgefertigtes Loch
des Bleches hindurch in das Metallteil eingeschossen. Im Kopf und/oder
im Schaft des Nagels ist eine Ausnehmung zur Aufnahme des beim Einschiessen
in das Metallteil aus diesem hervorquellenden Materials vorgesehen.
Gemäß einer Ausführungsform dieser Druckschrift
ist die Ausnehmung an der Unterseite des Nagelkopfes vorgesehen,
so dass der das vorgefertigte Loch umgebende Rand des Bleches von
dem verdrängten Material des Metallteils in die Ausnehmung
hochgebogen wird. Das Metallteil, dessen Dicke deutlich größer
ist als die Länge des Nagels, umschließt die Nagelspitze
vollständig. Das in dieser Druckschrift offenbarte Verfahren
dient in erster Linie zum Befestigen von Typenschildern an Maschinen.
Zum Befestigen von Blechen an Strangpressprofilen mit geschlossenem
Querschnitt oder an innenhochdruckumgeformten Bauteilen, wie beispielsweise
im Fahrzeugbau erforderlich, ist dieses Fügeverfahren nicht
geeignet.
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GB 1 479 600 beschreibt
ein Fügeverfahren, bei dem eine Schraube mit Nagelspitze
in zwei Bleche eingeschossen wird. Mit Hilfe dieses Verfahrens werden
die beiden Bleche weder aneinander befestigt noch die Schraube fest
eingefügt, so dass sie die beiden Bleche verlässlich
verbindet. Stattdessen wird durch das Einschiessen der Schraube
mit Nagelspitze ein Vorlochen ersetzt, bei dem nach dem Einschiessen
die Schraube in den beiden Blechen festgeschraubt und dadurch befestigt
werden muss. Bei dieser Art der Befestigung der beiden Bleche aneinander
ist die Vielzahl an auszuführenden Verfahrensschritten
von Nachteil. Des Weiteren ist fraglich, ob das Gewinde der Schraube
tatsächlich eine verlässliche Verbindung mit dem
in die Bleche eingeschossenen Loch bildet.
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Ein
für diesen Anwendungszweck geeignetes Fügeverfahren
ist beispielsweise das sogenannte Direktverschrauben, auch als „Flow
Drilling Screw (FDS)" bezeichnet. Bei diesem Verfahren (vgl. z.
B.
DE 102 48 427 A1 ,
DE 39 22 684 A1 ,
DE 39 09 725 C1 und
DE 196 37 969 C2 )
wird eine Schraube verwendet, die einen flachen Schraubenkopf, einen
mit Gewinde versehenen Schraubenschaft und eine Schraubenspitze
aufweist. Die Schraube wird zunächst mit hoher Drehzahl
und einer entsprechenden Anpresskraft auf die zu fügenden
Bauteile aufgesetzt. Die hierbei auftretende Reibungswärme
plastifiziert den umzuformenden Fügeteilwerkstoff. Hierbei bilden
sich sowohl entgegen wie auch in Vorschubrichtung krater- bzw. wulstförmige
Ansätze, in denen das Schraubengewinde ein Gegengewinde
ausfurcht. Wenn die Schraube die Bauteile durchdrungen und der Schraubenkopf
auf dem oberen Bauteil aufgesetzt hat, wird der Einschraubvorgang
beendet.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Herstellen einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen mittels
eines mit hoher Geschwindigkeit eingetriebenen Nagels sowie einen Nagel
hierfür zu schaffen, welche bei nur einseitiger Zugänglichkeit
der Bauteile einsetzbar sind, kein Vorlochen der Bauteile erfordern,
einen extrem einfachen und vor allem kurzzeitigen Fügevorgang
ohne Drehbewegung des Nagels ermöglichen und dennoch zu
einer hohen Verbindungsqualität führen.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung zum Lösen
dieser Aufgabe ist in den Patentansprüchen 1 und 34 definiert.
Ein bei diesem Verfahren verwendbarer Nagel ist in Patentanspruch
35 definiert.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Nagel
mit einem Nagelkopf, einem Nagelschaft und einer Nagelspitze zum
Verbinden von zwei Bauteilen in einem Fügebereich in diese
Bauteile eingetrieben. Zur verbesserten Befestigung der Bauteile aneinander
wird auf zumindest eines der Bauteile Klebstoff aufgebracht, so
dass der Klebstoff zwischen den zwei Bauteilen angeordnet ist. Nachdem die
Bauteile mit Hilfe einer Spannvorrichtung derart positioniert worden
sind, dass eine vorgegebene Spaltbreite eines Spalts zwischen den
zwei Bauteilen eingestellt wurde, erfolgt das Eintreiben des oben
genannten Nagels. Der Nagel wird mit Hilfe eines Setzgeräts
mit hoher Geschwindigkeit in die im Fügebereich nicht vorgelochten
Bauteile im Wesentlichen drehungsfrei axial eingetrieben. Der Schritt
des Eintreibens des Nagels ist derart ausgelegt, dass eine feste
Verbindung zwischen den zwei Bauteilen entsteht, die Nagelspitze
das nagelkopfseitige Bauteil durchdringt und zumindest in das nagelkopfabgewandte
Bauteil eindringt und im nagelkopfseitigen Bauteil nur ein Materialkragen
gebildet wird, der in nagelkopfabgewandter Richtung vom nagelkopfseitigen
Bauteil vorsteht. Basierend auf dem oben beschriebenen Verfahren
werden die Vorteile des Einfügens eines Bolzens mit hoher
Geschwindigkeit in zwei Bauteile mit einer zwischen diesen Bauteilen angeordneten
Klebstoffschicht kombiniert. Dabei wird die Klebstoffschicht und
die Ausrichtung der beiden Bauteile bzw. die Beabstandung der beiden
Bauteile zueinander derart gewählt, dass die Klebstoffschicht
trotz Fügestelle eine annähernd konstante Dicke
behält und zudem zumindest die Verformung des nagelkopfseitigen
Bauteils zu einer Stabilisierung der Verbindung zwischen den beiden
Bauteilen beiträgt. Die stabilisierende Wirkung im Rahmen
der hergestellten Verbindung wird dadurch erzielt, dass während
des Fligevorgangs ein Materialkragen am nagelkopfseitigen Bauteil
ausgebildet wird. Dieser Materialkragen steht nur in Eintreibrichtung
von dem nagelkopfseitigen Bauteil hervor. Entgegen der Eintreibrichtung
erfolgt kein Ausbilden eines Materialkragens oder -aufwurfs, der
beispielsweise das optimale Anliegen des Nagelkopfs am nagelkopfseitigen
Bauteil behindern würde. Des Weiteren ermöglicht
das obige Verfahren die Nutzung von Nägeln mit Nagelköpfen,
die keine Material aufnehmende Ringnut an der Unterseite des Nagelkopfes
aufweisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens
wird der Nagel ohne Ringnut derart eingetrieben, dass sich der Nagelkopf mit
einer Ringfläche, die durch einen Ringinnenradius und einen
Ringaußenradius definiert ist, auf dem nagelkopfseitigen
Bauteil abstützt, deren Ringaußenradius größer
als ein Außenradius des Materialkragens ist. In weiterer
Ausgestaltung dieses Verfahrens ist es ebenfalls denkbar, den Ringinnenradius
größer als den Außenradius des Materialkragens
einzustellen oder den Ringinnenradius größer als
einen Radius des Nagelschafts zu wählen.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens sind
Material und Geometrie der aneinander zu befestigenden Bauteile
sowie die Spaltbreite des Klebstoff enthaltenden Spalts zwischen
den beiden Bauteilen derart gewählt, dass sich der nur
in Eintreibrichtung ausbildende Materialkragen des nagelkopfseitigen
Bauteils am nagelkopfabgewandten Bauteil abstützt und den Spalt
zwischen dem nagelkopfseitigen und dem nagelkopfabgewandten Bauteil überbrückt.
Dadurch wird eine weitere Stabilisierung der Fügeverbindung erzielt.
Zudem stellt in diese Ausführungsform auch der sich abstützende
Materialkragen eine Aufrechterhaltung der Spaltbreite mit Klebstoff
sicher, so dass der Klebstoff zwischen den beiden Bauteilen im an den
Fügebereich angrenzenden Bereich nicht verdrängt
wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausgestaltung des vorliegenden Verfahrens wird zunächst
der Klebstoff in einem lokal beschränkten Bereich auf zumindest eines
der Bauteile aufgebracht. Nachfolgend erzielt man ein flächiges
Verteilen des Klebstoffs zwischen dem nagelkopfseitigen und dem
nagelkopfabgewandten Bauteil durch gezieltes Positionieren der Bauteile
mit Hilfe der Spannvorrichtung. Dieses Positionieren verteilt die,
beispielsweise als Raupe oder Wulst, aufgebrachten Klebstoffmengen,
so dass hier kein aufwendiges Klebstoffbeschichten zumindest eines
Bauteils oder Klebstoffverteilen in einer vordefinierten Schichtdicke
durchgeführt werden muss. Diese Verfahrensausgestaltung
verkürzt somit das Fügeverfahren, ohne Einbußen
in der Qualität der Verbindung hinnehmen zu müssen.
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Es
ist zudem bevorzugt, dass beim Setzen des Nagels die Nagelspitze
beide Bauteile vollständig durchdringt und über
das nagelkopfabgewandte Bauteil hinaus austritt. Bei dieser Art
der Verfahrensführung wird im nagelkopfabgewandten Bauteil
ein kraterförmiger Materialaufwurf gebildet, der nur in
nagelkopfabgewandter Richtung vom nagelkopfabgewandten Bauteil vorsteht.
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Der
Nagelschaft, der zylindrisch oder auch in Richtung auf den Nagelkopf
konvergierend oder divergierend ausgebildet sein kann, ist vorzugsweise mit
einer Oberflächenprofilierung versehen, die beim Fügevorgang
mit verdrängtem Material gefüllt wird.
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Die
Bauteile können aus Stahl, Aluminium, Magnesium oder Kunststoff
mit oder ohne Faseranteil bestehen. Der Nagel wird vorzugsweise
aus Stahl, insbesondere vergütetem Stahl hergestellt, kann
jedoch auch aus Aluminium, Magnesium, Messing, Keramik oder faserverstärktem
Kunststoff hergestellt sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch
große Einfachheit und extrem geringe Fügezeit
aus, da ein Vorlochen der Bauteile nicht erforderlich ist und der
Nagel ohne Drehbewegung in einem einzigen Fügevorgang mit
hoher Geschwindigkeit in und durch die beiden Bauteile oder in und
zumindest bis in das nagelkopfabgewandte Bauteil getrieben wird.
Wie durch Versuche erhärtet wurde, zeichnet sich die auf
diese Weise hergestellte Verbindung zwischen den beiden Bauteilen
durch eine hohe Verbindungsqualität aus. Ein weiterer Vorteil
des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass eine zweiseitige Zugänglichkeit des Fügebereiches bei
ausreichend steifer Ausführung des nagelkopfabgewandten
Bauteils nicht erforderlich ist.
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Bei
einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird ein Nagel in Form eines Heftbolzens verwendet, der
einen Nagelkopf, einen Nagelschaft mit einer Sägezahnprofilierung und
eine Nagelspitze aufweist. Der Nagel wird von einem Setzgerät
mit hoher Geschwindigkeit in die im Fügebereich nicht vorgelochten
Bauteile im Wesentlichen drehungsfrei axial so eingetrieben, dass
die Nagelspitze das nagelkopfseitige Bauteil durchdringt und in
das nagelkopfabgewandte Bauteil eindringt und dass sich am nagelkopfseitigen
Bauteil nur ein Materialkragen ausbildet, der in nagelkopfabgewandter
Richtung, also in Eintreibrichtung, vom nagelkopfabgewandten Bauteil
vorsteht. Im nagelkopfabgewandten Bauteil wird ein kraterförmiger
Materialaufwurf gebildet, wenn der Nagel das nagelkopfabgewandte
Bauteil zumindest teilweise durchdringt. Der kraterförmige
Materialaufwurf steht in nagelkopfabgewandter Richtung vom nagelkopfabgewandten Bauteil
vor. Vor zugsweise ist die Sägezahnprofilierung so gerichtet,
dass sich jeder Sägezahn zur Nagelspitze hin verjüngt.
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Mit
dieser Ausführungsform der Erfindung kann ein relativ dünnes
Bauteil an einem relativ dickem Bauteil mittels eines Heftbolzens
kleinster Abmessungen „angeheftet" werden. Hierbei ist
eine vollständige oder auch nur teilweise Durchdringung des
nagelkopfabgewandten Bauteils möglich.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen
aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
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Anhand
der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung
näher erläutert. Es zeigt:
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1A eine
teilweise geschnittene Ansicht einer mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Verbindung zwischen zwei Bauteilen mittels eines
Nagels mit Teilen der Herstellungsvorrichtung;
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1B eine
teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Verbindung zwischen zwei Bauteilen mittels
eines Nagels;
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1C eine
teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren mit dem erfindungsgemäßen
Verfahren hergestellten Verbindung zwischen zwei Bauteilen mittels
eines Nagels mit Teilen der Herstellungsvorrichtung;
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2 einen
Längsschnitt durch den Nagel in 1; 3 eine
mit III bezeichnete Einzelheit der 2 in vergrößertem
Maßstab;
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4 bis 8 der 2 entsprechende Längsschnitte
abgewandelter Ausführungsformen des Nagels gemäß der
Erfindung;
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9 eine
mit IX bezeichnete Einzelheit der 8 in vergrößertem
Maßstab;
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10 eine
Draufsicht auf den Nagelkopf des Nagels in 8;
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11 eine
teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform
des Nagels gemäß der Erfindung,
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12 eine
geschnittene Ansicht einer Verbindung zwischen zwei Bauteilen mittels
eines Nagels mit Teilen der Herstellungsvorrichtung gemäß einer
abgewandelten Ausführungsform der Erfindung;
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13 eine
teilweise geschnittene Seitenansicht des Nagels der Verbindung in 12.
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Die 1 zeigt eine fertige Verbindung zwischen
einem Bauteil 2 und einem Bauteil 4 mittels eines
Nagels 6a. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist
das Bauteil 2 ein dünnwandiges Bauteil in Form
eines Bleches, und das Bauteil 4 ist ein Bauteil größerer
Wandstärke, das beispielsweise ein Profilbauteil ist. Es
kann sich beispielsweise um Karosserieteile für den Fahrzeugbau
handeln, wenngleich die Erfindung hierauf nicht beschränkt
ist.
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Die
Bauteile 2, 4 können aus Stahl, Aluminium,
Magnesium oder Kunststoff mit und ohne Faseranteil bestehen. Sie
sind vor dem Fügevorgang nicht vorgelocht, wie noch genauer
erläutert wird.
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Wie
den
1 und
2 zu entnehmen
ist, besteht der Nagel
6a aus einem Nagelkopf
8,
einem Nagelschaft
10a und einer Nagelspitze
12.
Es ist ebenfalls bevorzugt, den Nagel als Funktionsbolzen auszuführen,
wie es in der
DE 10 2007
017 590.8 beschrieben ist.
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Der
Nagelkopf 8 ist ein Flachkopf mit einer ebenen Oberseite 14,
einer zylindrischen Umfangsfläche 16 und einer
ebenen Unterseite 20.
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Der
Nagelschaft 10a ist im Ausführungsbeispiel der 1, 2 im Wesentlichen
zylindrisch ausgebildet und in einem bestimmten Bereich seiner Oberfläche
mit einer Oberflächenprofilierung 28a versehen.
Wie insbesondere aus 3 hervorgeht, besteht die Oberflächenprofilierung 10a im
dargestellten Ausführungsbeispiel aus einer Reihe von ringförmigen
Vertiefungen 30 und Erhöhungen 32. Die
Oberflächenprofilierung 28a hat somit in Axialschnitten
ein abgerundet wellenförmiges Profil, das im dargestellten
Ausführungsbeispiel sinusförmig ausgebildet ist.
Die in 3 mit R1 bezeichneten Radien der Vertiefungen 30 und
Erhöhungen 32 sind daher identisch. Der Winkel α zwischen
den Flanken der Erhöhungen 32 liegt hierbei in
der Größenordnung von 90°.
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Wie
dargestellt, hat die Oberflächenprofilierung 28a nur
eine relativ geringe Tiefe. Vorzugsweise ist das Verhältnis
der Tiefe T der Oberflächenprofilierung 28a zum
mittleren Schaftdurchmesser D kleiner als 0,1 und insbesondere kleiner
als 0,05. Beispielsweise liegt dieses Verhältnis in der
Größenordnung von 0,03.
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Die
Nagelspitze 12 hat eine ogivale Oberfläche 34 mit
einem abgerundeten Endpunkt 36. Der Ogivalitätsfaktor,
d. h. das Verhältnis des Radius R2 zum Schaftdurchmesser
D der ogivalen Oberfläche 34, liegt z. B. in der
Größenordnung von 2 bis 6, vorzugsweise im Bereich
von 3 bis 5 und beträgt insbesondere ungefähr
4.
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Der
Nagel 6a einschließlich Kopf, Schaft und Spitze
ist rotationssymmetrisch ausgebildet, was auch für die
Ausführungsbeispiele der 4 bis 7 und 11 zutrifft.
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Der
Nagel 6a besteht vorzugsweise aus Stahl. Je nach Anwendung
kann er jedoch auch aus Aluminium, Magnesium, Messing, Keramik,
oder faserverstärktem Kunststoff bestehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist der Nagel 6a unbeschichtet; er kann jedoch auch beschichtet
sein.
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Wie
dargestellt, ist der Nagel 6a einteilig ausgebildet. Grundsätzlich
besteht jedoch auch die Möglichkeit, den Nagelkopf einerseits
und den Nagelschaft mit der Nagelspitze andererseits aus zwei Teilen
unterschiedlicher Härte herzustellen, die anschließend
miteinander verbunden werden. So kann beispielsweise der Nagelschaft
mit der Nagelspitze aus Metall und der Nagelkopf aus Aluminium hergestellt
werden, die dann mittels Reibschweißen zusammengesetzt
werden.
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Es
wird nun das Verfahren zum Herstellen der in 1 gezeigten
Verbindung zwischen den Bauteilen 2 und 4 mittels
des Nagels 6a beschrieben:
Nachdem die beiden Bauteile 2 und 4 in
einer zu fügenden Anordnung zueinander ausgerichtet worden sind,
wird Klebstoff 62 an zumindest einer Seite an einem der
Bauteile 2, 4 aufgebracht. Diese beiden Schritte
können in beliebiger Reihenfolge, also auch umgekehrt,
durchgeführt werden. Diese mit Klebstoff 62 versehene
Seite des einen Bauteils ist dem anderen Bauteil zugewandt, so dass
der Klebstoff 62 während des Fügens (siehe
unten) zwischen den Bauteilen 2, 4 angeordnet
ist. In diesem Zusammenhang ist es ebenfalls denkbar, den Klebstoff 62 auf
zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Bauteile 2, 4 aufzubringen,
um optimale Verbindungseigenschaften zu erzielen.
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Gemäß einer
Ausführungsform wird der Klebstoff 62 flächig,
vorzugsweise vollflächig, auf zumindest eines der Bauteile 2, 4 aufgebracht.
Es ist ebenfalls bevorzugt, den Klebstoff 62 in lokal begrenzten
Bereichen auf zumindest einer Seite eines oder beider Bauteile 2, 4 aufzubringen.
Dies wird beispielsweise durch das Aufbringen einer Klebstoffraupe
realisiert.
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Nachfolgend
werden die beiden Bauteile 2, 4 positioniert,
beispielsweise indem sie mechanisch gegeneinander vorgespannt werden.
Zum Positionieren oder Vorspannen setzt man eine externe Spannvorrichtung
(nicht gezeigt) oder einen Niederhalter 44 ein. Über
das Positionieren wird ein gewünschter Spalt zwischen den
Bauteilen 2, 4 bzw. eine Beabstandung der Bauteile 2, 4 eingestellt.
Gleichzeitig stellt das Einstellen einer definierten Spaltbreite
sicher, dass der Klebstoff 62 aus den lokal begrenzten Bereichen
gleichmäßig auf dem oder den Bauteilen verteilt
wird. Somit befindet sich innerhalb des Spalts definierter Spaltbreite
der zwischen den Bauteilen gleichmäßig verteilte
Klebstoff 62.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform bewirkt das Positionieren durch
ein Zusammendrücken der Klebstoffschicht 62 ein
Vorfixieren der Bauteile 2, 4 in der zu verbindenden
Anordnung. Auch wenn die Klebstoffschicht 62 noch nicht
ausgehärtet ist, haften die Bauteile 2, 4 nach
dem Positionieren aneinander. Auf dieser Grundlage kann die Spannvorrichtung
von den Bauteilen 2, 4 entfernt bzw. gelöst
werden, ohne dass die eingestellte Positionierung der beiden Bauteile 2, 4 zueinander
gestört wird. Wird beispielsweise die externe Spannvorrichtung
von den Bauteilen 2, 4 entfernt, kann das nachfolgende
Eintreiben der Nägel ohne lokale Einschränkungen
durch die Spannvorrichtung durchgeführt werden. Dieses
Vorgehen und diese Anordnung begünstigt gerade das Fügen
der Nägel durch einen Roboter, der sich kontinuierlich über
die Mehrzahl an Fügestellen bewegt. Dabei wird die Bewegung
des Setzgeräts nämlich nicht durch eine Spannvorrichtung
behindert.
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Wie
bereits erwähnt, sind die Bauteile 2 und 4 vor
dem Fügevorgang nicht vorgelocht. Wenn die beiden Bauteile 2 und 4 in
zu verbindender Anordnung ausgerichtet sind, wird der Nagel 6a von
einem Setzgerät mit hoher Geschwindigkeit von oben in die beiden
Bauteile 2 und 4 eingetrieben. Die Setzgeschwindigkeit
hängt vom Anwendungsfall ab und liegt z. B. zwischen 5
und 300 m/s, vorzugsweise 10 und 100 m/s.
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Das
Bolzensetzgerät ist beispielsweise ein Bolzenschussgerät,
eine pulverkraftbetriebene Kartusche oder dergleichen. In 1 ist ein Kolben 42 eines derartigen
Setzgerätes angedeutet. Ferner ist das Mundstück 44 eines
im Übrigen nicht dargestellten Niederhalters zu sehen.
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Wie
bereits erwähnt, ist das erfindungsgemäße
Verfahren bei nur einseitiger Zugänglichkeit der Fügestelle
durchführbar. Wenn jedoch das Bauteil 4 keine
ausreichende Steifigkeit hat, sollte ein Gegenhalter in Form einer
Hülse 46 vorgesehen werden, an der die Bauteile 2, 4 abgestützt
werden.
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Beim
Fügevorgang dringt zunächst die Nagelspitze 12 in
das Bauteil 2 ein. Dabei bildet sich nur in Eintreibrichtung
an der nagelkopfabgewandten Seite des Bauteils 2 ein Materialkragen 38 aus.
Der Materialkragen 38 umschließt den Nagelschaft 10 und
stabilisiert auf diese Weise die hergestellte Fügeverbindung
zwischen den Bauteilen 2, 4. Zudem ragt der Materialkragen 38 in
die Klebstoffschicht 62 hinein, wie es in den 1A–C
dargestellt ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
vorliegender Erfindung stützt sich der Materialkragen 38 zusätzlich am
gegenüberliegenden Bauteil 4 ab, wie es in den 1A und
B zu erkennen ist. Diese weitere Ausgestaltung des Verfahrens unterstützt
ebenfalls die Stabilität und Lebensdauer der hergestellten
Fügeverbindung.
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Nachdem
die Nagelspitze 12 das Bauteil 2 durchdrungen
hat, dringt es zumindest teilweise in das untere Bauteil 4 ein
(nicht gezeigt) oder durchdringt dieses vollständig (vgl. 1A–C).
Dies führt einerseits zu einem kraterförmigen
Materialaufwurf 40, der beim Durchdringen der Nagelspitze 12 in
Ein treibrichtung größer wird. Andererseits fließt
Material in die Oberflächenprofilierung 28a, wodurch
die Vertiefungen der Oberflächenprofilierung 28a vollständig mit
Material 4 ausgefüllt werden. Vorzugsweise handelt
es sich hierbei um Material des Bauteils 4. Unter Umständen
lässt sich jedoch nicht vermeiden, dass sich die Vertiefungen
der Oberflächenprofilierung 28a zumindest teilweise
mit Material des Bauteils 2 füllen.
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Der
Fügevorgang ist beendet, wenn der Nagelkopf 8 mit
seiner Unterseite an der Oberseite des Bauteils 2 aufliegt.
Der Nagelkopf 8 ist so ausgebildet, dass er eine gewisse
Flexibilität hat, um Spaltbildung unter dem Nagelkopf zu
vermeiden und leichte Schiefstellungen des Nagels ausgleichen zu
können. Wenn sich der Setzstempel 42 vom Nagelkopf 8 löst, federt
der Nagel 6a geringfügig zurück. Hierdurch werden
die Bauteile 2, 4 miteinander verspannt, was der
Verbindungsqualität zugute kommt.
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Vor
dem Eintreiben des Nagels 6 in die Bauteile 2, 4 wird
der Klebstoff 62 gleichmäßig auf zumindest
einem der Bauteile 2, 4 verteilt (siehe oben). Während
und nach dem Eintreiben der Nägel 6 mit hoher
Geschwindigkeit hat sich erstaunlicher Weise gezeigt, dass die Dicke
der Klebstoffschicht 62 trotz des Eintreibens des Nagels 6 erhalten
bleibt. Dies gilt im Speziellen für den Bereich nahe der
Fügezone, wo der Nagel 6 in die beiden Bauteile 2, 4 eindringt
und der Materialkragen 38 entsteht. Im Gegensatz zu herkömmlichen
Verfahren wird der Klebstoff 62 nicht aus dem Bereich angrenzend
an die Fügezone verdrängt, so dass beispielsweise
eine Klebstoffanhäufung zwischen zwei Fügestellen
entsteht. Außerdem gewährleistet diese Besonderheit
des Verfahrens ein verlässliches flächiges Verbinden
der Bauteile 2, 4 aneinander über die
Klebstoffschicht 62. Die in den 1B und
C vergrößerte dargestellte Verbindung wird mit
Dicken der Klebstoffschicht 62 von größer oder
gleich 0,1 mm erzielt. Vorzugsweise bewegt sich die Dicke der Klebstoffschicht 62 in
einem Bereich von 0,1 mm bis einschließlich 5 mm, während
sich in einer Ausführungsform des Verfahrens die Dicke
ab 0,3 mm der Klebstoffschicht 62 besonders vorteilhaft auswirkt,
da sich hier Materialkragen 38 und Klebstoffschicht 62 stabilisierend
ergänzen.
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Wie
dargestellt, ist die Oberflächenprofilierung 28a nur
in demjenigen Bereich des Nagelschaftes 10a vorgesehen,
der sich bei der fertigen Verbindung innerhalb des Werkstoffes des
Bauteils 4 befindet. Auf diese Weise entsteht eine Verbindung
hoher Auszugsfestigkeit, da die Bauteile 2, 4 einerseits durch
Kraft- und Formschluss zwischen Nagelschaft 10a und Bauteil 4 und
andererseits durch Formschluss zwischen Nagelkopf 8 und
Bauteil 2 miteinander verspannt werden. Wie dargestellt,
bleiben die Bauteile 2 und 4 in der Trennebene
im Wesentlichen unverformt, so dass die Ebenheit der Anlageflächen der
Bauteile 2 und 4 erhalten bleibt. Wie ferner in 1 zu sehen ist, ragt die Nagelspitze 12 im
Wesentlichen vollständig aus dem Bauteil 4 vor.
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Wie
ohne weiteres ersichtlich, ist für den Fügevorgang
eine Zugänglichkeit nur von der Oberseite her erforderlich.
Der Fügevorgang ist extrem einfach, da weder ein Vorlochen
der Bauteile 2, 4 noch eine Drehbewegung des Nagels 6a erforderlich
ist. Die Fügezeit ist äußerst gering.
Außerdem sind nur vergleichsweise geringe Fügekräfte
erforderlich. Dennoch ergibt sich eine hohe Verbindungsqualität
mit entsprechend hoher Auszugsfestigkeit.
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Wie
sich ferner gezeigt hat, führt die abgerundete Form der
Oberflächenprofilierung 28a zu vergleichsweise
geringen Spannungen in der Verbindung zwischen den Bauteilen 2, 4 und
dem Nagel 6a, was zu der Verbindungsqualität entsprechend
beiträgt.
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Wie
in 1 zu sehen ist, erstreckt sich
die Oberfläche des Nagelkopfes 8 bis nahezu zum äußeren
Rand (Umfangsfläche 16) des Nagelkopfes 8. Zwischen
der eben ausgebildeten Oberseite 14 und der Umfangsfläche 16 ist
nur eine relativ kleine Rundung oder Fase 18 vorgesehen,
so dass der Kolben 42 am Nagelkopf 8 im Wesentlichen über
dessen gesamte Breite angreift.
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Wenn
die Bolzenspitze 12 in die Bauteile 2, 4 eindringt,
wird der größte Teil der Setzkraft vom Kolben 42 auf
den zentralen Bereich des Nagelkopfes 8 übertragen,
so dass im zentralen Bereich des Nagelkopfes 8 entsprechend
hohe Spannungen entstehen. Wenn am Ende des Setzvorgangs der Nagelkopf 8 auf
der Oberseite des Bauteils 2 aufsetzt, wird der größte
Teil der Setzkraft vom Kolben 42 auf den radial äußeren
Bereich des Nagelkopfes 8 und von da über die
Außenfläche der Unterseite 20 auf die
Bauteile 2, 4 übertragen, während
der zentrale Bereich des Nagelkopfes 8 druckentlastet wird.
Daher wird der Nagel vorzugsweise derart eingetrieben, dass zwischen
Nagel 6 und Bauteil 2 ein geringer Freiraum im Übergangsbereich
von der Unterseite des Nagelkopfs 8 zum Nagelschaft 10 entsteht
(vgl. 1A–C). Dies gewährleistet,
dass der Nagelkopf 8 über eine Ringfläche
auf der Oberseite des Bauteils 2 aufliegt. Der Ringaußenradius
der Ringfläche ist durch den Außenradius des Nagelkopfs 8 bestimmt. Der
Ringinnenradius der Ringfläche wird minimal durch den Radius
des Nagelschafts 10 vorgegeben. Vorzugsweise wird über
die Eintreibkraft des Nagels 6 der Ringinnenradius der
Ringfläche derart eingestellt, dass er größer
oder gleich dem Außenradius des Materialkragens 38 ist.
Sieht man entgegen der Eintreibrichtung auf die Nagelspitze 12, überdecken sich
in gedachten Schnittbildern quer zur Eintreibrichtung dadurch die
abstützende Ringfläche des Nagelkopfs 8 und
die Ringfläche des Materialkragens 38 nicht. Somit
wird durch die gezielte Einstellung der Größe
der Ringfläche sichergestellt, dass die vom Kolben 42 ausgeübten
Setzkräfte nicht in den Nagelschaft 10a eingeleitet
werden. Auf diese Weise wird vermieden, dass es zu einem „Durchschlag"
beim Aufsetzen des Nagels 6a auf dem Bauteil 2 kommt,
selbst wenn der Setzvorgang mit Energieüberschuss betrieben
wurde. Bei einem so genannten „Durchschlag" dringt der
Nagelkopf 8 in das Bauteil 2 ein, und außerdem
entsteht ein Spalt zwischen der Oberflächenprofilierung 28a des
Nagelschaftes 10a und dem Loch des Bauteils 4.
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Der
Niederhalter 44 dient in erster Linie dazu, die Bauteile 2 und 4 vor
und während des Setzvorganges in Anlage gegeneinander zu
drücken. Hierzu reichen im Allgemeinen Niederhalterkräfte kleiner
3 kN aus. Höhere Niederhalterkräfte zum Beeinflussen
der Materialeigenschaften der Bauteile 2 und 4 sind
im Allgemeinen nicht erforderlich.
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Der
Gegenhalter in Form der Hülse 46 ist, wie bereits
erwähnt, nur dann erforderlich, wenn die Steifigkeit des
Bauteils 4 nicht ausreichend ist.
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Anhand
der 2 bis 10 werden nun verschiedene Ausführungsformen
des Nagels beschrieben, die bei dem Verfahren gemäß der
Erfindung verwendet werden können.
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Der
Nagel 6b der 4 unterscheidet sich von dem
Nagel 6a der 2 lediglich dadurch, dass zwischen
der Nagelspitze 12 und dem mit der Oberflächenprofilierung 28b versehenen
Teil des Nagelschaftes 10b ein zylindrischer Abschnitt 48 vorgesehen
ist, wodurch der Nagelschaft 10b eine entsprechend größere
Länge erhält. Der längere Nagelschaft 10b begünstigt
die Entspannungsphase nach dem Eindringen der Nagelspitze in die
Bauteile, wodurch Verformungen der Bauteile reduziert werden.
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Der
Nagel 6c der 5 unterscheidet sich von dem
Nagel 6a der 2 lediglich dadurch, dass der
Nagelschaft 10a eine im Wesentlichen konische Form hat,
die von der Nagelspitze 12 aus in Richtung auf den Nagelkopf 8 konvergiert.
Die Oberflächenprofilierung 28c ist hierbei an
die konische Form des Nagelschaftes 10c so angepasst, dass
ihre Tiefe im Wesentlichen konstant bleibt. Durch diese „Taillierung"
des Nagelschaftes 10c lässt sich eine höhere Auszugsfestigkeit
der Verbindung erreichen.
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Bei
dem Nagel 6d der 6 ist der
Nagelschaft 10d mit der Oberflächenprofilierung 28d ebenfalls
im Wesentlichen konisch ausgebildet, jedoch so, dass er von der
Nagelspitze 12 in Richtung auf den Nagelkopf 8 divergierend
verläuft. Hierdurch wird eine spannungsgünstige
Anordnung und ein besseres Hinterfliesen der Oberflächenprofilierung 28d erreicht.
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Der
Nagel 6e der 7 hat einen im Wesentlichen
zylindrischen Nagelschaft 10e mit einer Oberflächenprofilierung 28e,
die in Längsschnitten sägezahnförmig
ausgebildet ist. Hierdurch lässt sich eine höhere
Auszugsfestigkeit erzielen, die allerdings durch höhere
Spannungen in der Verbindung erkauft werden muss.
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Der
Nagel 6f der 8 bis 10 ist
mit einer Oberflächenprofilierung 28f in Form
eines Gewindes versehen. Das Gewinde, das in 9 vergrößert dargestellt
ist, ist als Feinstgewinde ausgebildet, dessen Steigung vorzugsweise
kleiner als 3,5 ist und z. B. in der Größenordnung
von 0,25 liegt.
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Die übrigen
Fügeparameter in Verbindung mit der Ausbildung der Oberflächenprofilierung 28f werden
so gewählt, dass der Nagel 6f beim Fügevorgang
durch die beiden Bauteile 2, 4 getrieben wird, ohne
dass der Nagel 6f eine merkliche Drehbewegung ausführt.
Wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen
füllen sich hierbei die Gewindegänge der Oberflächenprofilierung 28f mit
plastifiziertem Material. Hierbei wird zu den Bauteilen 2, 4 ein
Gegengewinde gebildet. Der Nagel 6f kann daher nach dem
Setzvorgang wieder aus den beiden Bauteilen 2, 4 gelöst
werden. Zu diesem Zweck ist der Nagelkopf 8f mit einem
Antriebsmerkmal 46 versehen, so dass der Nagel 6f mit
Hilfe eines Werkzeuges (nicht gezeigt) aus den Bauteilen herausgeschraubt werden
kann.
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Der
Nagel 6g der 11 entspricht im Wesentlichen
dem Nagel 6b der 4, d. h.
er besitzt einen Nagelkopf 8g, einen Nagelschaft 10g mit
einer Oberflächenprofilierung 28g, eine Nagelspitze 12 sowie
einen nicht profilierten Abschnitt 50, der zwischen der
Nagelspitze 12 und dem mit der Oberflächenprofilierung 28g versehenen
Teil des Nagelschaftes 10g angeordnet ist. Im Gegensatz
zu dem Ausführungsbeispiel der 4 hat jedoch
der profilfreie Abschnitt 50 eine verjüngte Form,
d. h. sein Durchmesser ist kleiner als der maximale Durchmesser
der Nagelspitze 12 und als der Durchmesser des mit der
Oberflächenprofilierung 28g versehenen Teils des
Nagelschaftes. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der
durchmesserverringerte Abschnitt 50 zylindrisch ausgebildet;
grundsätzlich könnte er jedoch auch eine andere
geometrische Form haben.
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Aufgrund
der Durchmesserverringerung des Abschnittes 50 entsteht
beim Eindringen des Nagels 8g in die Bauteile 2, 4 eine
Druckentlastung, sobald die Nagelspitze 12 vollständig
in das Material der Bauteile eingedrungen ist. Diese Druckentlastung begünstigt
eine geringere Verformung der Bauteile 2, 4 und
dadurch höhere Verbindungsfertigkeiten.
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Ein
wichtiger Vorteil des beschriebenen Verfahrens besteht darin, dass
eine nur sehr geringe Setzdauer zum Setzen eines Nagels erforderlich
ist. Ferner kann das Verfahren, wie bereits ausführlich erläutert,
ohne Vorlochen und bei nur einseitiger Zugänglichkeit der
Bauteile durchgeführt werden. Diese vorteilhaften Eigenschaften
machen das beschriebene Verfahren besonders geeignet für
ein „kontinuierliches Nageln", wie im Folgenden erläutert
wird:
Häufig müssen zwei Bauteile an mehreren
zueinander beabstandeten Fügestellen, beispielsweise entlang
von Fügeflanschen, miteinander verbunden werden. Bei herkömmlichen
mechanischen Fügeverfahren wird dann das Setzgerät
von einem Roboter nacheinander zu den Fügestellen bewegt.
An jeder Fügestelle wird das Setzgerät zunächst
abgebremst, der Fügevorgang durchgeführt und das
Setzgerät wieder beschleunigt. Dies führt naturgemäß zu
vergleichsweise langen Taktzeiten. So erfordern die Fügetechniken
Stanznieten, Clinchen, Blindnieten und das Nageln mittels dem eingangs
beschriebenen FDS-Verfahren Taktzeiten von 2–7 s, 2–6,5
s, 3–7,5 s bzw. 3–8 s.
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Im
Gegensatz zu dem beschriebenen diskontinuierlichen Fügen
der Bauteile an den Fügestellen erlaubt das erfindungsgemäße
Verfahren ein „kontinuierliches Fügen". Genauer
gesagt, erfolgt die vom Roboter erzeugte Bewegung des Setzgerätes von
Fügestelle zu Fügestelle kontinuierlich, wobei während
dieser Zustellbewegung die Nägel nach dem oben beschriebenen
Verfahren gesetzt werden. Die Bauteile werden zweckmäßigerweise
beim kontinuierlichen Ablauf dieser Fügevorgänge
von entsprechenden Spannvorrichtungen in der richtigen Position
zueinander gehalten. Voraussetzung ist lediglich, dass die Fügestellen
für das Setzgerät zugänglich sind. Dies
ist häufig der Fall, wenn sich die Fügestellen
an Fügeflanschen befinden.
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Das
kontinuierliche Nageln wird dadurch erleichtert, dass zum Setzen
der Nägel nach dem beschriebenen Verfahren eine präzise
Ansteuerung der Fügestellen im allgemeinen nicht erforderlich
ist. Die vom Roboter durchgeführte Zustellbewegung des Setzgerätes
kann berührungslos erfolgen. Statt dessen kann jedoch ein
am Setzgerät vorgesehenes Mundstück (Niederhalter 44 in 1) am oberen Bauteil 2 anliegen.
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In
jedem Fall ergibt sich eine beträchtliche Reduzierung der
Taktzeiten, da keine Brems- und Beschleunigungsvorgänge
des Roboters erforderlich sind und zudem kürzere Setzzeiten
als bei herkömmlichen mechanischen Fü geverfahren
erzielt werden. So sind mit dem beschriebenen Verfahren Taktzeiten in
der Größenordnung von 1,5–3 s möglich,
was eine Taktzeitreduzierung von ca. 50% ausmacht.
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Wie
bereits im Zusammenhang mit 1 erläutert,
ist es zweckmäßig, die zu verbindenden Bauteile 2, 4 während
des Bolzensetzens mittels eines Niederhalters zusammenzudrücken,
wobei Niederhalterkräfte in einer Größenordnung
bis zu 20 kN denkbar sind. Der Niederhalter bildet üblicherweise Teil
des Setzgerätes. Ein kontinuierliches Nageln, wie es vorstehend
beschrieben wurde, ist dann bei Verwendung eines Niederhalters nicht
möglich. Statt eines Niederhalters kann jedoch auch ein
stationärer Spannmechanismus (nicht gezeigt) vorgesehen
werden, der unabhängig von dem Setzgerät und an
Stellen außerhalb der Fügebereiche die beiden
Bauteile mit einer entsprechenden Kraft gegeneinander drückt.
In diesem Fall ist dann ein kontinuierliches Nageln möglich,
bei dem das Setzgerät berührungsfrei verfahren
wird, wobei nur ein Treibdorn des Setzgerätes über
den Nagel Kontakt zu den zu verbindenden Bauteilen hat und das Mundstück
des Setzgerätes somit gewissermaßen „schwebend" über
das nagelkopfseitige Bauteil bewegt wird.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform (nicht gezeigt) eines erfindungsgemäß ausgebildeten Nagels 6 ähnlich 7 ist
dessen Nagelkopf als Senkkopf ausgebildet. Der Nagelkopf des Nagels 6 hat
an seiner Unterseite einen schräg verlaufenden Abschnitt.
Der schräg verlaufende Abschnitt ist vorzugsweise geringfügig
gewölbt, um für eine gleichmäßige
Kraftverteilung zwischen dem Nagelkopf 8 und der Oberseite
des Bauteils 2 zu sorgen. Im Übrigen hat der als
Senkkopf ausgebildete Nagelkopf 8 eine deutlich geringere
Dicke als die Nagelköpfe der vorhergehenden Ausführungsbeispiele.
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Aufgrund
der beschriebenen Geometrie dringt der Senkkopf des Nagels 6 zumindest
teilweise in die Oberseite des Bauteils 2 ein. Genauer
gesagt, verformt der Nagelkopf 8 das obere Bauteil 2 so, dass
eine trichterartige Mulde gebildet wird, die den Nagelkopf 8h weitgehend
aufnimmt. Außerdem werden die Bauteile 2, 4 im
Fügebereich, d. h. unterhalb des Senkkopfes nach unten verformt,
so dass sich wiederum innerhalb der Klebstoffschicht 62 der
Materialkragen 38 ausbildet.
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Die 12, 13 zeigen
eine Ausführungsform der Erfindung, bei der der Nagel 6i als „Heftbolzen"
ausgebildet ist. Er dient dazu, ein relativ dünnes Bauteil 2 an
einem dickeren Bauteil 4 „anzuheften". Hierbei
wird das Bauteil 2 durch einen oder mehrere Heftbolzen
an dem Bauteil 4 angeheftet, damit die Klebstoffschicht 62 aushärten
kann.
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Der
als Heftbolzen ausgebildete Nagel 6i hat einen Nagelkopf 8 entsprechend
den Ausführungsbeispielen der 1 bis 8.
Der Schaft 10i des Nagels 6i ist so ausgebildet,
dass sich an den Nagelkopf 8 ein zylindrischer Abschnitt 56 anschließt,
der in einen sich konisch verjüngenden Schaftabschnitt mit
einer Sägezahnprofilierung 28i übergeht.
Die Sägezahnprofilierung 28i ist so gerichtet,
dass sich jeder Zahn in Richtung auf die Nagelspitze 12i verjüngt,
so dass an der dem Nagelkopf 8 zugewandten Seite jedes
Zahnes eine radial verlaufende Schulterfläche gebildet
wird. Die sich an die Sägezahnprofilierung 28i anschließende
Nagelspitze 12i setzt sich aus einem kegelstumpfförmigen
Abschnitt 58 und einem kegelspitzenförmigen Abschnitt 60 zusammen, wobei
der Kegelwinkel des Abschnittes 58 geringer als der Kegelwinkel
des Abschnittes 60 ist.
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Wenngleich
bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Nagelspitze 12i sich
aus den beiden Abschnitten 58, 60 unterschiedlichen
Kegelwinkels zusammensetzt, kann die Nagelspitze auch auf andere
Weise, beispielsweise als ogivale Nagelspitze entsprechend den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen ausgebildet werden. Wichtig ist die
Konizität der Nagelspitze und des Nagelschaftes im Bereich
der Sägezahnprofilierung 28i.
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In 12 sind
wiederum, ähnlich wie in 1,
ein Niederhalter 44 und ein Gegenhalter in Form einer Hülse 46 angedeutet.
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Der
als Heftbolzen ausgebildete Nagel 6i hat deutlich kleinere
Abmessungen als die vorhergehenden Ausführungsformen der
Erfindung. So hat der Heftbolzen beispielsweise eine Länge
in der Größenordnung von 6 mm. Aufgrund der geschilderten
Ausbildung des Nagelschaftes 10i und der Nagel spitze 12i hat
eine gedachte Umhüllende der Sägezahnprofilierung 28i in
Verbindung mit dem Umriss der Nagelspitze 12i eine Form,
die in Axialschnitten ungefähr an die Form einer Parabel
angenähert ist.
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Die
Geometrie des Nagelschaftes 10i und der Nagelspitze 12i und
insbesondere die Ausrichtung der Oberflächenprofilierung 28i stellen
sicher, dass der Nagel 6i von dem Kolben 42 (Treibdorn)
des im Übrigen nicht dargestellten Setzgerätes
mit vergleichsweise geringer Eintreibkraft in die Bauteile 2, 4 eingetrieben
werden kann, während der Auszugswiderstand entgegen der
Eintreibrichtung aufgrund der schulterförmigen Flächen
zwischen den Zähnen der Sägezahnprofilierung 28i vergleichsweise
hoch ist. Ein wesentlicher Vorteil des als Heftbolzens ausgebildeten
Nagels 6i besteht darin, dass er bei dem „Heftvorgang"
die Klebstoffschicht 62 praktisch nicht beeinflusst. Wie
sich bei Versuchen gezeigt hat, ist die Dicke der Klebstoffschicht 62 vor
und nach dem Heftvorgang gleich.
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Bei
der in 12 dargestellten Verbindung steht
der Nagelkopf 12i weitgehend über den kraterförmigen
Materialaufwurf 40 des Bauteils 4 vor. Vorzugsweise
werden jedoch der Nagel 6i und die Bauteile 2, 4 so
dimensioniert, dass das freie Ende der Nagelspitze 12i nur
geringfügig oder überhaupt nicht aus dem Bauteil 4 vorsteht.
Denkbar ist auch eine Lösung, bei der das freie Ende der
Nagelspitze 12i gerade mit dem unteren Ende des Materialaufwurfes 40 abschließt.
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Wie
bereits erwähnt, besteht ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens darin, dass der Nagel mit einem einzigen Schlag des Bolzensetzgerätes
in die beiden Bauteile 2, 4 eingetrieben werden
kann, so dass der Nagelkopf am nagelkopfseitigen Bauteil aufliegt.
Dies gilt für alle dargestellten Ausführungsformen.
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, den
Setzvorgang so durchzuführen, dass der Nagel durch einen
vom Setzgerät ausgeübten Schlag nicht ganz bis
zur Kopfanlage in die Bauteile eingetrieben wird, sondern nur beispielsweise
80 bis 90% des maximal möglichen Eindringweges. Das weitere
Eintreiben des Nagels bis zur Kopfanlage kann dann mit einem oder
mehreren weiteren Schlägen erfolgen. Diese weiteren Schläge können
entweder manuell mittels eines Hammers, beispielsweise über
einen Treibdorn, oder auch maschinell durchgeführt werden.
Wie durch Versuche festgestellt wurde, hat dieses „mehrstufige"
Bolzensetzen keinen negativen Einfluss auf die Festigkeit der Verbindung,
was sowohl für Bauteile aus Aluminium wie auch für
Bauteile aus Stahl gilt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 7226710 U [0004]
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- - DE 10248427 A1 [0006]
- - DE 3922684 A1 [0006]
- - DE 3909725 C1 [0006]
- - DE 19637969 C2 [0006]
- - DE 102007017590 [0033]