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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen wenigstens zweier Bauteile, insbesondere zweier Blechbaueile einer Fahrzeugkarosserie, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Fließformniethülse zum Fügen wenigstens zweier Bauteile gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
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Ein derartiges Verfahren ist bereits der
DE 10 2007 058 393 A1 als bekannt zu entnehmen. Bei dem dortigen Verfahren zum Fügen von zumindest zwei Bauteilen, wird eine in einer Durchbrechung der Bauteile angeordnete Niethülse, insbesondere ein Blindniet, durch Eintreiben eines Fügedorns in eine Öffnung der Niethülse zumindest abschnittsweise derart verformt, dass eine formschlüssige Nietverbindung der beiden Bauteile erzeugt wird. Um auch hochfeste Nietverbindungen erzeugen zu können, ist es im dortigen Verfahren vorgesehen, dass der in der Öffnung der Niethülse eingeführte Fügedorn eine eine Relativbewegung zwischen dem Fügedorn und der Niethülse verursachende Rotationsbewegung ausführt. Derartige Fügeverfahren ermöglichen das Fügen jeweiliger Bauteile auch bei lediglich einseitiger Zugänglichkeit nur eines der Bauteile, wobei das andere Bauteil verdeckt ist. Die durch ein derartiges Verfahren beziehungsweise derartige Blindniete gefügten Bauteile sind nach dem Fügeprozess hochfest miteinander verbunden, jedoch benötigen die fixierten Niete verfahrensbedingt einen großen Bauraum, weil sie üblicherweise einen stabilen und besonders dick auftragenden Flansch aufweisen mittels welchem sie an einem der Bauteile angelegt werden. Der Flansch weist deshalb einen erhöhten Platzbedarf auf, da er stabil genug sein muss, um den Umformkräften zu wiederstehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie eine Fließformniethülse der eingangs genannten Art zu schaffen, mittels welchen jeweilige Bauteile unter besonders geringem Platzbedarf hochfest gefügt werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie eine Fließformniethülse mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 beziehungsweise 4 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welchem wenigstens zwei Bauteile, insbesondere zwei Blechbauteile einer Fahrzeugkarosserie, hochfest und unter besonders geringem Platzbedarf gefügt werden können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der zweite Randbereich mittels eines den Zugschaft umgebenden Umformwerkzeugs zum anderen Bauteil hin umgebogen und mit dem anderen Bauteil in Anlage gebracht wird.
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Demzufolge wird also neben dem ersten Randbereich, welcher bei dem Verfahren aufgeweitet wird, auch der zweite Randbereich der Fließformniethülse plastisch verformt und an das andere Bauteil angelegt. Anders als aus dem Stand der Technik bekannt, weist die Fließformniethülse also keinen vergleichsweise massiven Flansch auf, welcher üblicherweise derart dimensioniert ist, dass er den Umformkräften bei einem gewöhnlichen Fügeprozess Widerstand leistet, sondern es werden stattdessen beide einander gegenüberliegende Seiten, also beide Randbereiche der Fließformniethülse, bei dem Verfahren verformt. Bei diesem Verfahren wird eine die Fließformniethülse verformende Kraft derart in die Fließformniethülse eingeleitet, dass sowohl der erste Randbereich aufgeweitet, als auch der zweite Randbereich, welcher, wie bereits erwähnt, dem ersten Randbereich gegenüberliegt, zum anderen Bauteil hin umgebogen wird. Durch die Verformung beider Randbereiche ist es daher im Gegensatz zum Stand der Technik nicht erforderlich, dass einer der Randbereiche der Krafteinleitung durch das Umformwerkzeug widersteht und lediglich der andere Randbereich verformt wird. Durch das Umformen des zweiten Randbereichs beziehungsweise dessen Umbiegen hin zum anderen Bauteil wird der zweite Randbereich in einen sogenannten Setzkopf umgeformt. Der durch dieses Verfahren geformte Setzkopf eines entsprechenden Nietes, welcher z. B. beim Fügen einer Fahrzeugkarosserie, also beim Fügen von Blechen eines Fahrzeugdaches eingesetzt wird, weist beispielsweise eine Aufbauhöhe von maximal 1 Millimeter auf, wohingegen eine nach konventionellen Verfahren hergestellte Nietverbindung Niete mit einer jeweiligen Aufbauhöhe des Setzkopfes von bis zu 3 Millimeter aufweisen würde. Durch das Umformen sowohl des ersten Randbereichs als auch des zweiten Randbereichs wird also im besonderen Maße Bauraum eingespart, da die Aufbauhöhe des Setzkopfes im Vergleich zu bereits bekannten Verfahren deutlich reduziert werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
- 1a eine Schnittansicht gemäß einer in 1b dargestellten Schnittlinie A-A mit einer Fließformniethülse, in welche vorliegend ein Zugschaft eingeführt wurde;
- 1b eine Seitenansicht auf die Fließformniethülse sowie den in die Fließformniethülse eingeführten Zugschaft;
- 2a eine Schnittansicht gemäß einer in 2b dargestellten Schnittlinie C-C, wobei der Zugschaft vorliegend durch ein Umformwerkzeug aufgenommen und zusammen mit der Fließformniethülse in jeweilige Durchgangsöffnungen jeweiliger zu fügender Bauteile eingeführt wurde;
- 2b eine Seitenansicht auf den die Fließformniethülse aufnehmenden Zugschaft, welcher vorliegend durch das Umformwerkzeug aufgenommen wurde und zusammen mit der Fließformniethülse in die Durchgangsöffnungen der Bauteile eingeführt wurde;
- 2c eine ausschnittsweise vergrößerte Ansicht entsprechend eines Bereichs A aus 2a ;
- 3a eine Schnittansicht des mittels des Umformwerkzeugs relativ zu der Fließformniethülse bewegten Zugschaftes gemäß einer in 3b verdeutlichten Schnittlinie A-A, wobei infolge der Relativbewegung zwischen dem Zugschaft und der Fließformniethülse ein erster Randbereich der Fließformniethülse aufgeweitet und mit einem der Bauteile in Anlage gebracht wird;
- 3b eine Seitenansicht auf das Umformwerkzeug, mittels welchem eine Relativbewegung zwischen dem Zugschaft und der Fließformniethülse erfolgt, wobei der erste Randbereich der Fließformniethülse aufgeweitet und mit dem einen Bauteil in Anlage gebracht wird;
- 3c eine Detailansicht gemäß eines in 3a gezeigten Bereichs B;
- 4a eine einer in 4b dargestellten Schnittlinie A-A entsprechenden Schnittansicht des Zugschaftes sowie der Fließformniethülse, welche infolge der durch das Umformwerkzeug herbeigeführten Relativbewegung zwischen dem Zugschaft und der Fließformniethülse an einem zweiten Randbereich zu einem anderen Bauteil hin umgebogen und mit dem anderen Bauteil in Anlage gebracht wird;
- 4b eine Seitenansicht der mittels des Umformwerkzeugs an ihrem zweiten Randbereich umgeformten Fließformniethülse;
- 4c eine Detailansicht gemäß eines in 4a dargestellten Bereichs B;
- 5a eine einer in 5b dargestellten Schnittlinie A-A entsprechende Schnittansicht des Zugschaftes, bei welchem infolge der Relativbewegung zwischen der Fließformniethülse und dem Zugschaft ein Grundkörper des Zugschaftes von einem Schließkopf des Zugschaftes an einer Sollbruchstelle getrennt wurde;
- 5b eine Seitenansicht auf das Umformwerkzeug sowie den von dem Grundkörper getrennten Schließkopf des Zugschaftes sowie die die jeweiligen Bauteile fügende Fließformniethülse;
- 5c eine Detailansicht gemäß eines in 5a markierten Bereichs B;
- 6a eine Schnittansicht gemäß einer in 6b verdeutlichten Schnittlinie A-A, wobei die Fließformniethülse an den jeweiligen Bauteilen fixiert ist und der Schließkopf in der Fließformniethülse aufgenommen ist;
- 6b eine Seitenansicht auf den von dem Schließkopf getrennten Grundkörper des Zugschaftes, welcher aus dem Umformwerkzeug entfernt wurde; und in
- 6c eine Detailansicht gemäß eines in 6a gezeigten Bereichs B.
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In 1a ist eine Schnittansicht entsprechend einer in 1b dargestellten Schnittlinie A-A gezeigt, wobei eine Fließformniethülse 1 , welche einen konusförmigen Mantelbereich 2 sowie einen ersten Randbereich 3 und einen zweiten Randbereich 4 aufweist, durch einen Zugschaft 5 aufgenommen ist. Der Zugschaft 5 weist über weite Bereiche seiner Längserstreckung einen Grundkörper 6 auf, welcher im Wesentlichen aus einem zylinderförmigen Vollkörper mit dem Durchmesser d1 gebildet ist, wobei dieser Grundkörper an einem Ende von der Zylinderform in eine konusartige Form mit dem Durchmesser d2 übergeht. An den Bereich mit der konusartigen Form (Durchmesser d2) schließt eine Sollbruchstelle 8 an, welche den Grundkörper 6 mittels einer für Sollbruchstellen 8 typischen Einschnürung von einem Schließkopf 7 des Zugschaftes 5 abgrenzt. Der Schließkopf 7 weist eine deutlich kürzere Längserstreckung als der Grundkörper 6 auf und ist ebenfalls weitgehend zylinderförmig ausgebildet. An einem an die Sollbruchstelle 8 anschließenden Ende des Schließkopfes 7 weist der Schließkopf 7 einen Durchmesser auf, welcher im Wesentlichen dem Durchmesser d2 entspricht. An dem dazu gegenüberliegenden Ende des Schließkopfes 7 weist dieser eine konusförmige Aufweitung auf einen Durchmesser d3 auf. Mit anderen Worten weist also der Zugschaft 5 an dem einen Ende den Durchmesser d1 und an dem dazu gegenüberliegenden Ende den Durchmesser d3 auf.
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Die Fließformniethülse 1 entspricht einem einseitig zugänglichen Fließformniet (EFFN). Die Fließformniethülse 1 , in welche der Zugschaft 5 vorliegend eingeführt wurde, liegt an einem Auflagebereich 20 des Zugschaftes 5 auf diesem auf. Der Auflagebereich 20 entspricht dabei dem Bereich des Grundkörpers 6 , an welchem ein Durchmesserübergang von dem Durchmesser d1 auf den Durchmesser d2 erfolgt, also mit anderen Worten entspricht der Auflagebereich 20 dem Bereich des Grundkörpers 6 , an welchem die konusartige Aufweitung von dem Durchmesser d1 auf den Durchmesser d2 beginnt. Die Fließformniethülse 1 liegt also deshalb an dem Auflagebereich 20 auf, da der Innendurchmesser der Fließformniethülse 1 an ihrem ersten Randbereich 3 nur geringfügig größer ist als der Durchmesser d1 , jedoch deutlich kleiner als der Durchmesser d2 .
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1a und 1b zeigen ebenfalls zwei Bauteile 9, 10, wobei das andere Bauteil 10 dem Zugschaft 5 beziehungsweise der Fließformniethülse 1 zugewandt ist und dementsprechend zwischen dem einen Bauteil 9 und dem Zugschaft 5 angeordnet ist. Die Bauteile 9 , 10 schließen unmittelbar aneinander an und weisen jeweils miteinander fluchtende Durchgangsöffnungen 11 , 12 auf. Die Durchgangsöffnung 11 ist dabei an dem einen Bauteil 9 angeordnet, und die Durchgangsöffnung 12 an dem anderen Bauteil 10 .
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2a zeigt eine Schnittansicht gemäß einer in 2b dargestellten Schnittlinie C-C, wobei sowohl ein Umformwerkzeug 14 , als auch der Zugschaft 5 , die Fließformniethülse 1 sowie die Bauteile 9 , 10 dargestellt sind. 2c zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines in der Schnittdarstellung in 3a kreisförmig umrandeten Bereichs A. In den 2a bis 2c wird das Einsetzen der Fließformniethülse 1 sowie die Aufnahme des Zugschaftes 5 in dem Umformwerkzeug 14 , welches auch als Setzgerät bezeichnet wird, gezeigt. Das Umformwerkzeug 14 wird auf den Zugschaft 5 aufgeschoben, bis ein Schließkopfadapter 16 des Umformwerkzeugs 14 an dem zweiten Randbereich 4 der Fließformniethülse 1 (EFFN) zur Anlage kommt und dort verliersicher positioniert ist. Neben dem Schließkopfadapter 16 weist das Umformwerkzeug 14 auch jeweilige Klauen 15 , einen Zugadapter 18 sowie ein Konusspannelement 19 auf. Das Konusspannelement 19 , die Klauen 15 sowie der Zugadapter 18 sind in einem Gehäuse 17 des Umformwerkzeugs 14 aufgenommen. Der Schließkopfadapter 16 wird ebenfalls durch das Gehäuse 17 aufgenommen, ragt jedoch an seinem mit dem zweiten Randbereich der Fließformniethülse 1 in Kontakt stehenden Ende aus dem Gehäuse 17 hervor. Die an dem Umformwerkzeug 14 fixierte Fließformniethülse 1 (EFFN), deren zweiter Randbereich 4 an den Schließkopfadapter 16 angelegt ist, wird nun in das vorgelochte Blechpaket, also in die zueinander fluchtenden Durchgangsöffnungen 11 , 12 der jeweiligen Bauteile 9 , 10 eingeschoben.
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3a bis 3c zeigen die ersten Schritte des Umformprozesses der Fließformniethülse 1 mittels des Umformwerkzeugs 14 . 3a zeigt dabei eine Schnittansicht gemäß einer in 3b dargestellten Schnittlinie A-A, wobei sowohl das Umformwerkzeug 14 , als auch der Zugschaft 5 , die Fließformniethülse 1 sowie die Bauteile 9 , 10 dargestellt sind. 3c zeigt eine vergrößerte Detailansicht eines in der Schnittdarstellung in 3a kreisförmig umrandeten Bereichs B.
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Bei der Betätigung des Umformwerkzeugs 14 wird nun der Zugadapter 18 von einer Gehäusefläche 21 entfernt, bis sich zwischen der Gehäusefläche 21 und dem Zugadapter 18 ein Hub x einstellt. Das Konusspannelement 19 ist federkraftbetätigt und erzeugt bei Beabstandung des Zugadapters 18 von der Gehäusefläche 21 eine der Richtung einer mit einem Pfeil gekennzeichneten Relativbewegung 13 entgegenwirkende Kraft. Die Klauen 15 stehen mit dem Zugadapter 18 über eine jeweils konusförmige Kontur in Kontakt. Durch die Federkraft, welche durch das Konusspannelement 19 auf die Klauen 15 einwirkt, gleiten diese so lange an der konusförmigen Fläche des Zugadapters 18 ab, bis die Klauen 15 den Zugschaft 5 an seinem zylinderförmigen Grundkörper 6 umgreifen und diesen dabei kraft- und formschlüssig einklemmen. Somit wird also zunächst der Zugschaft 5 in dem Umformwerkzeug 14 kraft- und formschlüssig umschlossen und schließlich zusammen mit dem Zugadapter 18 entsprechend der Relativbewegung 13 von der Fließformniethülse 1 beabstandet, bis sich zunächst ein Hub x zwischen dem Zugadapter 18 und der Gehäusefläche 21 einstellt. Die Relativbewegung 13 zwischen dem Zugschaft 5 und der Fließformniethülse 1 erfolgt also mit anderen Worten dadurch, dass die Fließformniethülse 1 an ihrem zweiten Randbereich 4 unter Vermittlung des Schließkopfadapters 16 an dem Gehäuse 17 des Umformwerkzeugs 14 abgestützt wird, während der Zugadapter 18 und mit diesem der Zugschaft 5 entsprechend der Relativbewegung 13 bewegt wird. Wie insbesondere anhand von 3c erkennbar ist, wird durch die Relativbewegung 13 und damit durch die Einstellung des Hubs x der Schließkopf 7 in die Fließformniethülse 1 eingezogen und diese zylindrisch an die Durchgangsöffnungen 11 , 12 angepresst. Mit anderen Worten wird also bei der Relativbewegung 13 der Durchmesser des ersten Randbereichs 3 dadurch vergrößert, dass die Fließformniethülse 1 ausgehend von dem Auflagebereich 20 , also von dem Durchmesser d1 auf den Durchmesser d2 aufgeweitet wird. Dabei wird der im Grundzustand konusförmig ausgebildete Mantelbereich 2 der Fließformniethülse 1 so lange infolge der Relativbewegung 13 verformt, bis der Mantelbereich 2 an den jeweiligen Durchgangsöffnungen 11 , 12 der Bauteile 9 , 10 anliegt und dementsprechend nunmehr zylinderförmig ausgebildet ist. Mit anderen Worten ist also der Mantelbereich 2 zunächst als Konus ausgebildet und wird infolge der Relativbewegung 13 zu einem Zylinder verformt. Der erste Randbereich 3 wird durch die Relativbewegung 13 aufgeweitet und mit dem einen Bauteil 9 in Anlage gebracht. Der erste Randbereich 3 ragt dabei aus der Durchgangsöffnung 11 hervor und weist nunmehr einen größeren Durchmesser auf, als die Durchgangsöffnung 11 . Der aufgeweitete erste Randbereich 3 bildet zusammen mit dem Schließkopf 7 des Zugschaftes 5 einen sogenannten Sekundärschließkopf. Bemerkenswert ist beim Umformen der Fließformniethülse 1 , dass nahezu während des gesamten Umformprozesses, also während der Verformung der beiden Randbereiche 3 , 4 sowie des Mantelbereichs 2 , keine, oder zumindest nur eine sehr geringe Kraftwirkung auf die Bauteile 9 , 10 erfolgt, da der Kraftfluss der umformenden Verformungskraft weitgehend innerhalb der Fließformniethülse 1 erfolgt. Es ist natürlich klar, dass auf die Bauteile 9 , 10 spätestens dann eine Kraft wirkt, wenn die beiden Randbereiche 3 , 4 , bzw. der Mantelbereich 2 mit den Bauteilen 9 , 10 in Anlage gebracht wird.
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Die 4a bis 4c zeigen einen weiteren Schritt des Umformprozesses der Fließformniethülse 1 mittels des Umformwerkzeugs 14 , wobei infolge der Relativbewegung 13 der Hub x, also der Abstand zwischen dem Zugadapter 18 und der Gehäusefläche 21 , nunmehr auf einen Hub y vergrößert wurde. Beim Einstellen auf den Hub y wird dabei der zweite Randbereich 4 mittels des Umformwerkzeugs 14 zum anderen Bauteil 10 hin umgebogen, also plastisch verformt und somit mit dem anderen Bauteil 10 in Anlage gebracht. Ebenso wie der erste Randbereich 3 ragt dadurch der zweite Randbereich 4 über die entsprechende Durchgangsöffnung 12 hinaus und weist dementsprechend - infolge der Umformung - einen größeren Durchmesser auf, als die Durchgangsöffnung 12 .
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Die 5a bis 5c zeigen die letzte Phase des Umformprozesses, wobei nunmehr infolge der Relativbewegung 13 der Hub y auf einen Hub z vergrößert wird. Die Kraft des Zugadapters 18 erhöht sich dabei so weit, dass die maximal zulässige Zugspannung in dem Zugschaft 5 überschritten und dabei der Schließkopf 7 von dem Grundkörper 6 an der Sollbruchstelle 8 getrennt wird. Mit anderen Worten reißt also der Zugschaft 5 an der Sollbruchstelle 8 ab. Gleichzeitig wird durch den weiteren Kraftanstieg das Material der Fließformniethülse 1 so weit plastisch verformt, dass eine ausreichende Kaltverfestigung durch ein entsprechendes Gefüge-Setzverhalten erreicht wird.
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In den 6a bis 6c wird gezeigt, wie der von dem Schließkopf 7 getrennte Grundkörper 6 aus dem Umformwerkzeug 14 entfernt wird, wobei das Umformwerkzeug 14 nunmehr wieder bereit ist, die nächste Fließformniethülse 1 , beziehungsweise den nächsten Zugschaft 5 aufzunehmen. Wie insbesondere in 6c erkennbar ist, kann der Grundkörper 6 aus dem Umformwerkzeug 14 dadurch entfernt werden, dass der Hub zwischen dem Zugadapter 18 und der Gehäusefläche 21 wieder verkleinert wird. Der Schließkopf 7 des Zugschaftes 5 verbleibt vorliegend in der umgeformten Fließformniethülse 1 , es ist jedoch klar, dass der Schließkopf 7 aus der Fließformniethülse 1 auch wieder entfernt werden könnte.