DE102009053854A1

DE102009053854A1 - Verfahren zur Herstellung einer Nagelverbindung

Info

Publication number: DE102009053854A1
Application number: DE102009053854A
Authority: DE
Inventors: Dominik Dr. Ing. 85110 Hußmann; Andreas 63639 Eisenacher
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-06-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nagelverbindung zwischen wenigstens zwei nicht vorgelochten Bauteilen (1, 2) in einem Fügebereich (3) mittels eines Nagels (4), der einen Nagelkopf (4a), einen Nagelschaft (4b) und eine Nagelspitze (4c) aufweist, indem der Nagel (4) in die aufeinanderliegenden, an einem Gegenhalter (5) abgestützten Bauteile (1, 2) getrieben wird, wobei die Nagelspitze (4c) beide Bauteile (1, 2) vollständig durchdringt und über das nagelkopfabgewandte Bauteil (2) hinaus austritt und dort ein kraterförmiger Materialaufwurf (6) gebildet wird. Erfindungsgemäß ist der Gegenhalter als Matrize (5) mit einer Ausnehmung (7) ausgebildet, so dass während des Eintreibens des Nagels (4) der kraterförmige Materialaufwurf (6) in die Ausnehmung (7) der Matrize verdrängt wird und im Wesentlichen in die Kontur der Ausnehmung (7) verformt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Nagelverbindung zwischen wenigstens zwei nicht vorgelochten Bauteilen in einem Fügebereich mittels eines Nagels und eines Gegenhalters gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der DE 10 2006 002 238 A1 ist ein solches Verfahren bekannt, das einen Nagel verwendet, der einen Nagelkopf mit einer an der Kopfunterseite vorgesehenen Ringnut, einen Nagelschaft und eine Nagelspitze aufweist. Der Nagel wird vom Treiber eines Setzgerätes mit hoher Geschwindigkeit in mindestens ein nicht vorgelochtes Bauteil im Wesentlichen drehungsfrei axial so eingetrieben, dass die Nagelspitze und der Nagelschaft in das Bauteil eindringen, der Nagelkopf an der Oberseite des Bauteils aufliegt und hierbei an der Oberseite des Bauteils ein Materialaufwurf gebildet wird, der in die Ringnut an der Kopfunterseite des Nagels vorsteht, sowie im nagelkopfabgewandten Bauteil an dessen Unterseite ein kraterförmiger Materialaufwurf gebildet wird, der in nagelkopfabgewandter Richtung vorsteht. Wenn bei diesem bekannten Verfahren das nagelkopfabgewandte Bauteil keine ausreichende Steifigkeit aufweist, wird ein Gegenhalter in Form einer Hülse verwendet, in das die Nagelspitze beim Eintreiben eintaucht und das Bauteil abstützt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein gegenüber dem bekannten Verfahren verbessertes Verfahren hinsichtlich einer höheren Verbindungsqualität anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Bei einem solchen Verfahren zur Herstellung einer Nagelverbindung zwischen wenigstens zwei nicht vorgelochten Bauteilen in einem Fügebereich mittels eines Nagels, der einen Nagelkopf, einen Nagelschaft und eine Nagelspitze aufweist, indem der Nagel in die aufeinanderliegenden, an einem Gegenhalter abgestützten Bauteile getrieben wird, wobei die Nagelspitze beide Bauteile vollständig durchdringt und über das nagelkopfabgewandte Bauteil hinaus austritt und dort ein kraterförmiger Materialaufwurf gebildet wird, ist erfindungsgemäß der Gegenhalter als Matrize mit einer Ausnehmung ausgebildet, so dass während des Eintreibens des Nagels der kraterförmige Materialaufwurf in die Ausnehmung der Matrize verdrängt wird und im Wesentlichen in die Kontur der Ausnehmung verformt wird.
Mit diesem erfindungsgemäßen Verfahren wird mittels der Matrize nicht nur eine Abstützung der Bauteile während des Setzvorganges des Nagels erreicht, sondern auch eine Verpressung des auf der nagelkopfabgewandten Seite austretenden Materialaufwurfs in die Kontur der Ausnehmung der Matrize sowie ggf. in eine am Nagelschaft umlaufende Oberflächenprofilierung erreicht, wodurch die Verbindungsqualität gegenüber einer mit dem bekannten Verfahren hergestellten Nagelverbindung steigt.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Ausnehmung als Bohrung mit einer Versenkung ausgebildet, wobei die Versenkung vorzugsweise kegelstumpfförmig zur Aufnahme des Materialaufwurfs ausgebildet ist. Die Versenkung kann zusätzlich zur besseren Entnehmbarkeit der gefügten Bauteile aus der Matrize Fasen, Radien oder Entformungsschrägen aufweisen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines teilweise in zwei gegen eine Matrize abgestützten Bauteile eingetriebenen Nagels zur Herstellung einer Nagelverbindung gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 eine schematische Schnittdarstellung einer mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Nagelverbindung.
Die 1 zeigt einen Zustand während des Eintreibens eines Nagels 4 in zwei zu verbindende, flächig aufeinanderliegende, in dem zugehörigen Fügebereich 3 plattenförmig ausgebildeten und nicht vorgelochten Bauteile 1 und 2, die auf der nagelkopfabgewandten Seite von einer Matrize 5 abgestützt werden.
Der Nagel 4 besteht aus einem Nagelkopf 4a, einem Nagelschaft 4b, der auf seiner Oberfläche eine Oberflächenprofilierung 10 aufweist, und einer Nagelspitze 4c. Der Nagelkopf 4a weist an seiner Unterseite eine an den Nagelschaft 4b angrenzende Ringnut 11 auf, in die ein beim Eintreiben des Nagels 4 an der Oberseite des Bauteils 1 entstehender Materialaufwurf 12 eindringt, wenn nach dem Eintreiben des Nagels 4 der Nagelkopf 4a flächig auf der Oberseite des Bauteils 1 aufliegt. Gemäß 1 ist auch ein auf der Unterseite des Bauteils 2 ein entstehender Materialaufwurf 6 an der Stelle angedeutet, an der die Nagelspitze 4c aus der Oberfläche des Bauteils 2 austreten wird.
Das nagelkopfabgewandte Bauteil 2 liegt im Fügebereich 3 auf der eine Ausnehmung 7 aufweisende Matrize 5 auf. Die Ausnehmung 7 umfasst eine Bohrung 8, deren Durchmesser an den Durchmesser des Nagelschafts 4b angepasst ist. An diese Bohrung 8 schließt sich bauteilseitig eine kegelstumpfförmige Versenkung 9 an, die sich trichterförmig in Richtung der Austrittstelle der Nagelspitze 4 öffnet. Die Versenkung 9 kann zusätzlich zur besseren Entnehmbarkeit der mit dem Nagel 4 verbundenen Bauteile 1 und 2 aus der Matrize 5 Fasen, Radien oder Entformungsschrägen (nicht dargestellt) aufweisen.
2 zeigt den Zustand des vollständig in die beiden Bauteile 1 und 2 eingetriebenen Nagels 4, so dass die Unterseite des Nagelkopfes 4a flächig auf der Oberseite des Bauteils 1 aufliegt, wobei die Ringnut 11 auf der Unterseite des Nagelkopfes 4a von dem während des Eintreibens des Nagels 4 entstehenden Materialaufwurfs 12 ausgefüllt ist.
In diesem Zustand gemäß 2 ist auf der nagelkopfabgewandten Seite der beiden Bauteile 1 und 2 die Nagelspitze 4c und auch der Nagelschaft in die Ausnehmung 7 der Matrize 5 eingedrungen, wobei die Nagelspitze 4c nicht, wie in der 2 dargestellt, über die Matrize 5 hinausragen muss. ist. Wird ein dickeres Bauteil 2 verwendet, würde die Nagelspitze 4c nicht über die Rückseite der Matrize 5 hinausragen.
Der während des Eintreibens des Nagels 4 entstehende kraterförmige Materialaufwurf 6 wird aufgrund der abstützenden Wirkung des Matrize 5 in die Versenkung 9 eingepresst, d. h. es entsteht in diesem Bereich der Versenkung 9 ein kontrollierter Werkstofffluss in die Oberflächenprofilierung 10 am Nagelschaft 4b, so dass dies zu einer Verdichtung des Materials des Materialaufwurfs 6 mit dem Nagelschaft 4b führt und dadurch der Kraftschluss zwischen dem Nagel 4 und dem Bauteil 2 erhöht wird. Damit nimmt der Materialaufwurf 6 die Kontur der Versenkung 9 an, weist also eine Mantelfläche auf, die der Mantelfläche eines Kegelstumpfes entspricht. Derjenige Teil des Materialaufwurfs 6, der nicht in Kontakt mit der Innerfläche der Versenkung 9 kommt, läuft mit einer konkaven Oberfläche 13 auf den Nagelschaft 4b hin aus.
Die zusätzliche Verdichtung des Materialaufwurfs 6 mit dem Nagelschaft 4b führt zur Erhöhung der Verbindungsqualität.
Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere wegen der Abstützung durch die Matrize 5 auch dünne Bauteilkombinationen deformationsfrei gefügt werden können, ist es insbesondere für dünne Aluminiumverbindungen geeignet.
Die Matrize 5 kann als einfache Lochmatrize oder, wie in den Figuren dargestellt, als Formmatrize ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste

1: Bauteil
2: Bauteil
3: Fügebereich
4: Nagel
4a: Nagelkopf
4b: Nagelschaft
4c: Nagelspitze
5: Matrize
6: Materialaufwurf
7: Ausnehmung
8: Bohrung
9: Versenkung
10: Oberflächenprofilierung
11: Ringnut am Nagelkopf 4a
12: Materialaufwurf an der Oberseite des Bauteils 1

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102006002238 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Nagelverbindung zwischen wenigstens zwei nicht vorgelochten Bauteilen (1, 2) in einem Fügebereich (3) mittels eines Nagels (4), der einen Nagelkopf (4a), einen Nagelschaft (4b) und eine Nagelspitze (4c) aufweist, indem der Nagel (4) in die aufeinanderliegenden, an einem Gegenhalter (5) abgestützten Bauteile (1, 2) getrieben wird, wobei die Nagelspitze (4c) beide Bauteile (1, 2) vollständig durchdringt und über das nagelkopfabgewandte Bauteil (2) hinaus austritt und dort ein kraterförmiger Materialaufwurf (6) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Gegenhalter als Matrize (5) mit einer Ausnehmung (7) ausgebildet ist, so dass während des Eintreibens des Nagels (4) der kraterförmige Materialaufwurf (6) in die Ausnehmung (7) der Matrize verdrängt wird und im Wesentlichen in die Kontur der Ausnehmung (7) verformt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (7) als Bohrung (8) mit einer Versenkung (9) ausgebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Versenkung (9) kegelstumpfförmig zur Aufnahme des Materialauswurfs (6) ausgebildet ist.