DE10329447A1

DE10329447A1 - Joining process for connecting two overlapping parts involves stamping opening in one part and forming projection in other part to form engaging rear-cut section

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Publication number: DE10329447A1
Application number: DE2003129447
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. Freitag; Ortwin Prof. Dr.-Ing. Hahn; Gerson Dr.-Ing. Meschut; Michael Dipl.-Ing. Ruther (Fh); Rüdiger Dipl.-Ing. Timmermann; Thomas Dipl.-Ing. Wiese
Original assignee: DaimlerChrysler AG; Dr Ing HCF Porsche AG; Volkswagen AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG; Volkswagen AG; Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-07-01
Filing date: 2003-07-01
Publication date: 2005-02-10

Abstract

The joining process involves providing one part (14) with a stamped opening (18) which is produced during the joining process by deforming the first part (12). A projection (22) is formed on the first part to produce a rear-cut section (20) which adjoins the outside (24) of the second part outside of the stamped opening. Forming the stamped opening and forming the rear cut section are two separate successive steps. Independent claim describes joining device having a movable stamp to form the opening in the first part, and an anvil matrix unit. To form the rear cut section the stamp can be blocked with the first part and the anvil/ matrix unit can be moved.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fügeverfahren zum Verbinden von mindestens zwei überlappend angeordneten Fügeteilen, bei welchem ein Fügeteil eine Stanzöffnung aufweist und durch Bilden eines Hinterschnitts eine formschlüssige Verbindung zwischen den Fügeteilen erzeugt wird, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a joining method for joining at least two overlapping parts to be joined, in which a joining part a punch opening has and by forming an undercut a positive connection between the parts to be joined is generated, according to the preamble of Claim 1.

Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Fügevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.Further The invention relates to a joining device for carrying out the Procedure, according to the preamble of claim 16.

Fügeverfahren und Fügevorrichtungen der eingangs genannten Art sind bekannt. Beispielsweise offenbart die DE 197 18 576 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren für mechanische Fügetechniken und insbesondere für die Stanzniet- und Durchsetzfügetechnik. Beim Durchsetzfügen werden Bleche ohne die Verwendung zusätzlicher Hilfsfügeteile miteinander verbunden, indem die Fügeelemente unmittelbar aus dem Werkstoff bzw. den Werkstoffen der zu verbindenden Bleche gebildet werden. Durch einen lokalen Umformgang mit einem genau aufeinander abgestimmten Stempel- und Matrizenpaar entsteht eine kraft- und formschlüssige Verbindung. Dagegen wird beim Stanznieten ein Hilfsfügeteil, wie beispielsweise ein Vollniet oder ein Halb hohlniet, gleichzeitig als Schneidstempel verwendet. Somit können Bleche ohne vorheriges Vorlochen miteinander verbunden werden. Im Verfahrensablauf des Stanznietens erhält das Hilfsfügeteil typischerweise im plastisch durch die Matrize umgeformten Werkstoff der zu vernietenden Teile über eine Kragenbildung seinen Schließkopf. Der aus dem oberen Blech ausgestanzte Butzen füllt dabei den hohlen Nietschaft auf und wird dort so umgeformt, dass er nicht herausfallen kann. Im Verlauf des Eindringens in die Fügeteile weitet sich der Nietschaft auf und hinterschneidet das zuvor durchdrungene Material der oberen und unteren Fügeteile.Joining methods and joining devices of the type mentioned are known. For example, the DE 197 18 576 A1 an apparatus and method for mechanical joining techniques and in particular for the punch riveting and clinching technique. During clinching, metal sheets are joined together without the use of additional auxiliary joining parts, in that the joining elements are formed directly from the material or materials of the sheets to be joined. By a local forming process with a precisely matched stamp and die pair creates a positive and positive connection. In contrast, an auxiliary joining part, such as a solid rivet or a semi-tubular rivet, simultaneously used as a punch during punch riveting. Thus, sheets can be joined together without pre-punching. In the process sequence of the punch rivet, the auxiliary joining part typically receives its closing head in the plastically deformed by the die material of the parts to be riveted via a collar. The stump punched out of the upper sheet fills up the hollow rivet shank and is reshaped so that it can not fall out. In the course of penetration into the joining parts, the rivet shank widens and undercuts the previously penetrated material of the upper and lower joining parts.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Fügeverfahren und eine geeignete Fügevorrichtung zur Herstellung einer alternativen Verbindung von mindestens zwei überlappend angeordneten Fügeteilen vorzuschlagen.It Object of the invention, a joining method and a suitable joining device for making an alternative compound of at least two overlapping arranged joining parts propose.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Fügeverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Das erfindungsgemäße Fügeverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Stanzöffnung beim Fügeprozess durch Verformen eines ersten Fügeteils in ein zweites Fügeteil gestanzt und zur Herstellung des Hinterschnitts ein Vorsprung des ersten Fügeteils gebildet wird, der an einer Außenseite des zweiten Fügeteils außerhalb der Stanzöffnung anliegt. Es handelt sich somit um ein selbstlochendes Fügeverfahren. Dabei kann die Verformung des ersten, stempelseitigen Fügeteils mittels eines Stempels bzw. mittels eines zwischenangeordneten Niets als Hilfsfügeteil erzeugt werden zur Realisierung einer Stanzöffnung im zweiten, matrizenseitigen Fügeteil. Die Verformung des ersten Fügeteils und die Herstellung der Stanzöffnung im zweiten Fügeteil erfolgt dabei in einem einzigen Fügeschritt. Das zweite Fügeteil ist somit zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Verbindung nicht mit einer vorgestanzten Öffnung versehen. Bei Herstel lung der Stanzöffnung wird während des Verformungsvorgangs Material des ersten Fügeteils durch die Stanzöffnung gezogen, so dass das erste Fügeteil im Bereich der Stanzöffnung das zweite Fügeteil durchsetzt. Zur Gewährleistung einer hinreichend stabilen Verklammerung zwischen den Fügeteilen wird ein Vorsprung des ersten Fügeteils an der freien Außenseite des zweiten Fügeteils gebildet, so dass mittels des Vorsprungs ein außerhalb der Stanzöffnung sich erstreckender Hinterschnitt erhalten wird. Es entsteht somit eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Fügeteilen, wobei lediglich das zweite Fügeteil, d. h. das während des Stanzschritts matrizenseitige Fügeteil, während des Fügeprozesses mit einer Stanzöffnung versehen wird.to solution the task becomes a joining process proposed with the features of claim 1. The joining method according to the invention is characterized characterized by the fact that the punched opening during joining process by deforming a first joining part in a second joining part punched and for the production of the undercut a projection of first part to be joined which is formed on an outside of the second joining part outside the punch opening is applied. It is therefore a self-piercing joining process. In this case, the deformation of the first, punch-side joining part by means of a punch or by means of an intermediate rivet as auxiliary joining part be produced for the realization of a punching opening in the second, the die side Joining part. The Deformation of the first part to be joined and the production of the punch opening in the second joining part takes place in a single joining step. The second joining part is Thus, for the preparation of a compound of the invention not with a pre-punched opening Mistake. When manufac turing the punch opening is during the Deformation process material of the first joining part pulled through the punching opening, so that the first joining part in the area of the punch opening the second joining part interspersed. To guarantee a sufficiently stable clamping between the parts to be joined becomes a projection of the first joining part at the free outside of the second joining part formed, so that by means of the projection, a outside of the punch opening itself extending undercut is obtained. It thus creates a non-positive and positive Connection between the parts to be joined, only the second adherend, i. H. that while the punching step matrizenseitige joining part, provided during the joining process with a punched opening becomes.

Mit Vorteil sind die Bildung der Stanzöffnung und die Bildung des Hinterschnitts zwei voneinander getrennte, nacheinander ablaufende Fügeschritte. Mittels der Bildung der Stanzöffnung (erster Fügeschritt) wird das zweite Fügeteil von einem verformten Anteil des ersten Fügeteils durchsetzt, während die Bildung des Hinterschnitts (zweiter Fügeschritt) mittels des Vorsprungs des ersten Fügeteils an der freien Außenseite des zweiten Fügeteils zur Herstellung einer formschlüssigen Verklammerung zwischen den zwei Fügeteilen dient.With Advantage are the formation of the punch opening and the formation of the Undercut two separate, successively running Joining steps. through the formation of the punch opening (first joining step) becomes the second joining part penetrated by a deformed portion of the first joining part, while the Formation of the undercut (second joining step) by means of the projection of the first part to be joined at the free outside of the second joining part for producing a positive fit Clamping between the two parts to be joined is used.

Die Spannposition der Fügeteile in einer Fügevorrichtung wird vorzugsweise während des vollständigen Fügeverfahrens unverändert aufrechterhalten. Da es sich bei den Verbindungen zwischen den zwei Fügeteilen um punktartige Verbindungen handelt, ist es fertigungstechnisch günstiger, die zum Verformen des entsprechenden Materials der Fügeteile notwendige Relativbewegung zwischen der Fügevorrichtung und den miteinander zu verbindenden Fügeteilen ausschließlich mittels einer Bewegung einer geeigneten Stempeleinheit relativ zu den Fügeteilen zu erzielen, so dass die Fügeteile ortsfest in der Füge vorrichtung gespannt bleiben können. Dieser vorteilhafte Effekt kommt beispielsweise an Karosseriestoßstellen von Fahrzeugen zur Geltung, da nicht die ganze Karosserie zur Erzielung einer erwünschten Materialverformung in den Fügeteilen verlagert werden muss, sondern lediglich eine geeignete Stempeleinheit einer Fügevorrichtung. Hierdurch können zwei überlappt angeordnete Fügeteile verhältnismäßig schnell und fertigungsgünstig miteinander verbunden werden unter Ausbildung von punktförmigen Fügestellen.The clamping position of the joining parts in a joining device is preferably maintained unchanged during the complete joining process. Since the connections between the two parts to be joined are point-like connections, it is less expensive to manufacture the relative movement required between the joining device and the parts to be joined to deform the corresponding material of the parts to be joined exclusively by means of a movement of a suitable stamping unit relative to the parts to be joined to achieve, so that the parts can remain fixed in the joining device tensioned. This advantageous effect comes into play, for example, on vehicle body joints of vehicles, since it is not the whole body that has to be displaced to achieve a desired material deformation in the parts to be joined, but only a suitable one Stamp unit of a joining device. As a result, two overlapping arranged joining parts can be relatively quickly interconnected and low production to form punctiform joints.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante wird zur Bildung der Stanzöffnung das erste Fügeteil mittels einer beweglichen Stempeleinheit und zur Bildung des Hinterschnitts ein das zweite Fügeteil durchsetzender Anteil des ersten Fügeteils mittels einer beweglichen Stempeleinheit kraftbeaufschlagt. Hierbei werden zur Bildung der Stanzöffnung und zur Bildung des Hinterschnitts unterschiedliche Stempeleinheiten eingesetzt. Zur Bildung der Stanzöffnung ist das erste Fügeteil stempelseitig angeordnet, während das zweite Fügeteil an eine ortsfeste Matrize anliegt. Zur Bildung des Hinterschnitts ist dagegen das zweite Fügeteil stempelseitig angeordnet, während das erste Fügeteil durch einen ortsfesten Anschlag gehalten wird. Dabei kann der ortsfeste Anschlag zur Erzeugung des Hinterschnitts durch die nun lageblockierte Stempeleinheit gebildet werden, welche zuvor zur Erzeugung der Stanzöffnung herangezogen wurde. Die bewegliche Stempeleinheit zur Bildung des Hinterschnitts kann dagegen als Amboss-Matrizen-Einheit ausgebildet sein, wobei die Matrize zuvor zur Bildung der Stanzöffnung als ortsfester Anschlag diente. Somit ist zur Durchführung des Fügeverfahrens eine Fügevorrichtung notwendig, die eine bewegliche und lageblockierbare Stempeleinheit sowie eine entsprechende Matrizeneinheit bzw. Amboss-Matrizen-Einheit aufweist. Dies ermöglicht eine Umkehr der Kraftbeaufschlagungsrichtung in die miteinander zu verbindenden Fügeteile, je nachdem, ob die Stanzöffnung oder der Hinterschnitt gebildet werden soll. Die Spannposition der Fügeteile kann dabei unverändert aufrechterhalten bleiben.Corresponding a preferred embodiment becomes the punch hole the first joining part by means of a movable punch unit and to form the undercut a second joining part passing share of the first joining part by means of a movable Impact unit subjected to force. Here are the formation of the Punch opening and to form the undercut different punch units used. To form the punched opening, the first joining part is on the punch side arranged while the second joining part abuts a stationary die. To form the undercut is, however, the second joining part arranged on the stamp side, while the first joining part is held by a stationary stop. Here, the stationary Stop for the production of the undercut by the now position blocked Stamp unit are formed, which previously used to generate the punch opening has been. The movable punch unit for forming the undercut may, however, be formed as an anvil-template unit, wherein the die previously to form the punch opening as a fixed stop served. Thus, to carry out the joining process a joining device necessary, which is a movable and position-blocking stamp unit and a corresponding die unit or anvil-die unit having. this makes possible a reversal of the direction of loading into each other joining parts to be joined, depending on whether the punch hole or the undercut should be formed. The clamping position of Joining parts can unchanged to be maintained.

In Weiterbildung der Erfindung wird im ersten Fügeteil im Bereich der Stanzöffnung mittels einer Fügevorrichtung die Form eines randoffenen Napfs mit einem geschlossenen, den Vorsprung enthaltenden Napfboden erzeugt. Ein derartig ausgebildeter Napf im ersten Fügeteil ist verformungstechnisch relativ einfach mittels einer Stempeleinheit und ggf. mittels eines zwischengeschalteten Niets als Hilfsfügeteil realisierbar. Der somit erhaltene Napfboden dient zur Herstellung des Vorsprungs und somit zu einer hinreichend stabilen Verklammerung zwischen dem ersten und dem zweiten Fügeteil. Dabei ist die geometrische Ausgestaltung des Napfs im ersten Fügeteil entscheidend hinsichtlich der Stabilität der Fügeteilverbindung.In Development of the invention is in the first joining part in the region of the punch opening by means a joining device the shape of an open-edged bowl with a closed, the projection produced containing cup bottom. Such a trained cup in the first joining part is deformation technology relatively easy by means of a stamp unit and possibly by means of an intermediate rivet as Hilfsfügeteil feasible. The cup bottom thus obtained is used to prepare the projection and thus to a sufficiently stable connection between the first and the second joining part. The geometric design of the cup in the first joining part is crucial in terms of stability the joining part connection.

Der Vorsprung wird vorzugsweise als ein kontinuierlich entlang der Stanzöffnung umlaufender Kragen geformt. Ein derartiger Kragen kann relativ einfach mittels einer beweglichen Amboss-Stempel-Einheit einer Fügevorrichtung in Form einer plastischen Materialverformung am Napfboden erzeugt werden, der das zweite Fügeteil durchsetzt.Of the Projection is preferably as a continuous along the punch opening collar shaped. Such a collar can relatively easily by means of a movable anvil stamp unit of a joining device in the form of a plastic material deformation can be generated on the cup bottom, the the second joining part interspersed.

Mit Vorteil weist der randoffene Napf einen Freiraum mit sich in Richtung des Napfbodens verjüngender Öffnungsweite auf. Eine derartige geometrische Ausgestaltung des randoffenen Napfs begünstigt eine fehlerfreie plastische Materialverformung im ersten Fügeteil bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hinreichenden Stabilität des Napfs vorwiegend im Übergangsbereich der Stanzöffnung, in welchem eine insbesondere kraftschlüssige Verbindung zwischen dem ersten und dem zwei ten Fügeteil erhalten wird. Die Napfwandstärke in diesem Übergangsbereich, welche auch als Halsdicke bezeichnet wird, ist von entscheidender Bedeutung zur Erzielung einer hinreichend großen Festigkeit (Scherzugfestigkeit, Schälzugfestigkeit) der jeweiligen Fügeverbindung. Aufgrund der sich in Richtung des Napfbodens verjüngenden Öffnungsweite ist der zur Herstellung einer Verklammerung zwischen dem ersten und zweiten Fügeteil genutzte Napfboden durch eine relativ große Verformungsfestigkeit gekennzeichnet.With Advantage, the open-topped cup has a free space in the direction of the cup base tapering opening width on. Such a geometric configuration of the open-edge cup favored an error-free plastic material deformation in the first joining part simultaneous warranty a sufficient stability the cup mainly in the transition area the punch opening, in which a particular non-positive connection between the received first and the second joining part becomes. The bowl wall thickness in this transition area, which is also referred to as neck thickness, is more crucial Importance for achieving a sufficiently high strength (shear tensile strength, Schälzugfestigkeit) the respective joint connection. Due to the tapering in the direction of the cup base opening width is the one for producing a clamping between the first and second joining part used cup bottom characterized by a relatively large deformation resistance.

Der Verlauf des Napfrands an der freien Oberfläche des ersten Fügeteils ist vorzugsweise kreisförmig. In Abhängigkeit der jeweils zu erfüllenden Verbindungsaufgabe lassen sich alternative Napfrandverläufe, wie z. B. ein elliptischer Napfrandverlauf, realisieren.Of the Course of the cup rim on the free surface of the first joining part is preferably circular. Dependent on each to be fulfilled Connection task can be alternative Napfrandverläufe how z. B. an elliptical Napfrandverlauf realize.

Die Öffnungskontur des Napfs kann im Querschnitt gekrümmt, linear und/oder stufenförmig ausgebildet sein. Die Ausbildung der Öffnungskontur beeinflusst dabei die Ausbildung der Wandstärke einzelner Napfbereiche des ersten Fügeteils und somit auch die Festigkeit der entsprechenden Fügeteilverbindung. Die Öffnungskontur kann dabei in Abhängigkeit der Wandstärken der miteinander zu verbindenden Fügeteile und/oder der eingesetzten Materialien gewählt werden.The opening contour The cup may be curved, linear and / or stepped in cross-section be. The formation of the opening contour influences the formation of the wall thickness of individual cup areas of the first part to be joined and thus also the strength of the corresponding joining part connection. The opening contour can depend on the wall thicknesses the joining parts to be joined together and / or the inserted Materials chosen become.

Gemäß einer möglichen Ausführungsform wird ein den Freiraum des Napfs wenigstens teilweise ausfüllendes Nietelement insbesondere kraftschlüssig in das erste Fügeteil eingebracht. Hierbei handelt es sich um eine Stanznietfügetechnik, wobei das Nietelement als Hilfsfügeteil genutzt wird. Das Nietelement kann beispielsweise als Vollniet ausgebildet sein, da es eine hinreichende Festigkeit zur Bildung der Stanzöffnung im zweiten Fügeteil mittels einer geeigneten Verformung des ersten Fügeteils aufweisen muss.According to one potential Embodiment is a the free space of the bowl at least partially filling Rivet in particular frictionally introduced into the first joining part. This is a punch riveting technique, wherein the rivet element as auxiliary joining part is being used. The rivet element can be designed, for example, as a solid rivet be, because there is sufficient strength to form the punched hole in the second joining part must have by means of a suitable deformation of the first joining part.

Entsprechend einer alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, die Verformung des ersten Fügeteils (12) im Rahmen eines Durchsetzfügeverfahrens mittels eines Stempels (28) einer Fügevorrichtung (26) zu erzeugen.According to an alternative embodiment, it is also possible, the deformation of the first joining part ( 12 ) in the context of a clinching procedure by means of a stamp ( 28 ) a joining device ( 26 ) to create.

Mit Vorteil weist der Werkstoff des ersten Fügeteils eine größere Duktilität auf als der Werkstoff des zweiten Fügeteils. Aufgrund der größeren Duktilität des Werkstoffs des ersten Fügeteils wird eine korrekte Verformung desselben zur Bildung einer Stanzöffnung im zweiten Fügeteil ermöglicht. Der sprödere Werkstoff des zweiten Fügeteils begünstigt dagegen die Bildung einer korrekten Stanzöffnung, welche aufgrund der Verformung des ersten Fügeteils erzeugt wird. Mögliche Werkstoffkombinationen der Fügeteile (d.h. des ersten und des zweiten Fügeteils) sind z. B. Stahl mit Stahl, Stahl mit Aluminium, Aluminium mit Aluminium oder auch Mischverbindungen von metallischen mit nichtmetallischen Werkstoffen, wie beispielsweise ein Metall mit Kunststoff, wobei der Werkstoff des ersten Fügeteils eine größere Duktilität aufweisen muss als der Werkstoff des zweiten Fügeteils.With Advantage, the material of the first joining part has a greater ductility than the material of the second joining part. Due to the greater ductility of the material of the first part to be joined is a correct deformation of the same to form a punched opening in second joining part allows. The more brittle Material of the second part to be joined favors against it the formation of a correct punch opening, due to the Deformation of the first part to be joined is produced. Possible Material combinations of the parts to be joined (i.e., the first and second adherends) are e.g. B. steel with Steel, steel with aluminum, aluminum with aluminum or mixed compounds of metallic with non-metallic materials, such as a metal with plastic, wherein the material of the first joining part have a greater ductility must be considered the material of the second part to be joined.

Die Wandstärke des ersten Fügeteils ist vorzugsweise größer oder gleich groß wie die Wandstärke des zweiten Fügeteils. Dabei hängt die Wandstärke insbesondere auch vom Werkstoff und den entsprechenden Materialeigenschaften des jeweiligen Fügeteils ab. Tendenziell begünstigt eine relativ geringe Wandstärke des zweiten Fügeteils die Bildung einer korrekten Stanzöffnung.The Wall thickness of the first part to be joined is preferably larger or the same size as the wall thickness of the second joining part. It hangs the wall thickness in particular also the material and the corresponding material properties of the respective joining part from. Tendency favored a relatively small wall thickness of the second joining part the formation of a correct punch opening.

Die Fügeteile können z. B. Fahrzeugkarosseriebauteile sein. Insbesondere im Fahrzeugkarosseriebau werden im Rahmen einer Serienfertigung punktförmige Fügeverbindungen hergestellt, wobei im Rahmen eines Leichtbaukonzepts auch Fügeteile aus unterschiedlichen Werkstoffen miteinander verbunden werden können bzw. sollen unter Gewährleistung einer hinreichend großen Festigkeit.The joining parts can z. B. vehicle body components. Especially in vehicle body construction In the context of a serial production punctiform joints are produced, Within the framework of a lightweight construction concept also joining parts from different Materials can be interconnected or should under warranty a sufficiently large one Strength.

Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Die erfindungsgemäße Fügevorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Bildung der Stanzöffnung einen dem ersten Fügeteil zugeordneten, beweglichen Stempel als erste Verformungskraft-Beaufschlagungseinheit und eine dem zweiten Fügeteil zugeordnete Amboss-Matrizen-Einheit als erster, ortsfester Anschlag aufweist, und dass zur Bildung des Hinterschnitts der Stempel in einer Anlageposition mit dem ersten Fügeteil blockierbar ist unter Ausbildung eines zweiten, ortsfesten Anschlags und gleichzeitig die Amboss-Matrizen-Einheit als zweite Verformungskraft-Beaufschlagungseinheit beweglich ist. Mittels dieser Fügevorrichtung ist es möglich, in einem ersten Fügeschritt die Bildung der Stanzöffnung im zweiten Fügeteil mittels einer geeigneten Verformung im ersten Fügeteil zu erzielen und unter Beibehaltung der Spannposition der Fügeteile zueinander anschließend in einem zweiten Fügeschritt einen Hinterschnitt an einem das zweite Fügeteil durchsetzenden Verformungsanteil des ersten Fügeteils zu bilden. Somit ist mittels der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung eine fertigungsgünstige und bauteilgerechte Verbindung zwischen zwei überlappend angeordneten Fügeteilen möglich.Further the task is solved through a joining device with the features of claim 15. The joining device according to the invention is characterized in that it to form the punching opening a the first joining part associated, movable plunger as a first deformation force-applying unit and one associated with the second joining part Anvil matrices unit as a first, stationary stop, and that to form the Undercut of the stamp in an investment position with the first adherend can be blocked to form a second, fixed stop and at the same time the anvil matrix unit as the second deformation force applying unit is mobile. By means of this joining device Is it possible, in a first joining step the formation of the punch opening in the second joining part to achieve by means of a suitable deformation in the first joining part and while maintaining the clamping position of the parts to be joined afterwards in a second joining step an undercut on a second joining part passing through deformation component of the first part to be joined to build. Thus, by means of the joining device according to the invention a production-favorable and component-appropriate Connection between two overlapping arranged joining parts possible.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden detaillierten Beschreibung zu entnehmen.Further Advantages and features of the invention are the following detailed See description.

Die Erfindung wird anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele, unter Bezugnahme auf eine schematische Zeichnung näher erläutert.The The invention will be described with reference to preferred embodiments, with reference explained in more detail on a schematic drawing.

Es zeigen:It demonstrate:

1 – 5 jeweils schematische Perspektivdarstellungen einer längsgeschnittenen, erfindungsgemäßen Fügevorrichtung mit zwei zu verbindenden Fügeteilen in unterschiedlichen, aufeinander abfolgenden Fügeverfahrensstadien; 1 - 5 in each case schematic perspective views of a longitudinally cut, joining device according to the invention with two joining parts to be joined in different, successive joining process stages;

6 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Stanznietverbindung zwischen zwei Fügeteilen; 6 a schematic cross-sectional view of a punched rivet connection according to the invention between two parts to be joined;

7 eine schematische Querschnittsdarstellung einer erfindungsgemäßen Durchsetzverbindung zwischen zwei Fügeteilen; 7 a schematic cross-sectional view of an enforcing connection according to the invention between two parts to be joined;

8 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Vollniets mit stumpfer Nietgeometrie zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Stanznietverbindung; 8th a schematic cross-sectional view of a solid rivet with blunt rivet geometry for producing a punched rivet connection according to the invention;

9 eine entsprechende Querschnittsdarstellung eines Vollniets mit spitzer Nietgeometrie; 9 a corresponding cross-sectional view of a full rivet with pointed rivet geometry;

10 eine entsprechende Querschnittsdarstellung eines Vollniets in Form eines Absatzniets. 10 a corresponding cross-sectional view of a solid rivet in the form of a Absatzniets.

Die 1 bis 5 zeigen jeweils schematische Perspektivdarstellungen einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung 26 in verschiedenen, nacheinander abfolgenden Fügeverfahrensstadien, wobei die Fügevorrichtung 26 zur Herstellung einer Durchsetzverbindung zwischen zwei Fügeteilen 12, 14 dient. Gemäß 1 enthält die Fügevorrichtung 26 einen Stempel 28, der koaxial zu einem Niederhalter 29 angeordnet ist, sowie eine Matrize 44. Die zwei Fügeteile 12, 14 werden mittels des ortsfest blockierten Niederhalters 29 und der ebenfalls ortsfest blockierten Matrize 44 in einer lagedefinierten Spannposition fixiert (Fügeverfahrensstadium „Positionieren der Fügeteile"), um anschließend mittels des in Richtung des Pfeils 50 bewegbaren Stempels 28 (siehe auch 2) einer definierten plastischen Verformung unterzogen zu werden. Da bei wird das stempelseitig angeordnete erste Fügeteil 12 mittels des Stempels 28 derart plastisch verformt, dass während dieses Fügeprozesses (erster Fügeschritt) im matrizenseitigen, zweiten Fügeteil 14 eine Stanzöffnung 18 gebildet wird (Fügeverfahrensstadium „Durchstanzen des zweiten Fügeteils"). Hierbei wird ein ausgestanzter Butzen 48 mittels des sich napfenförmig verformenden ersten Fügeteils 12 in eine Ausnehmung der Matrize 44 gedrückt, unter Ausbildung einer Stanzöffnung 18 im zweiten Fügeteil 14.The 1 to 5 each show schematic perspective views of a joining device according to the invention 26 in different, successive joining process stages, wherein the joining device 26 for producing an enforcing connection between two parts to be joined 12 . 14 serves. According to 1 contains the joining device 26 a stamp 28 coaxial with a hold-down 29 is arranged, as well as a die 44 , The two parts to be joined 12 . 14 be by means of the stationary-locked blank holder 29 and the also stationary blocked template 44 fixed in a defined clamping position (joining process stage "positioning of the joining parts"), and then by means of the arrow in the direction of the arrow 50 movable stamp 28 (see also 2 ) to undergo a defined plastic deformation. Since at the stamp side arranged first joining part 12 by means of the stamp 28 so plastically deformed that during this Joining process (first joining step) in the die-side, second joining part 14 a punch opening 18 is formed (joining process stage "punching of the second joining part") 48 by means of the pin-shaped deforming first joining part 12 in a recess of the die 44 pressed, forming a punched opening 18 in the second joining part 14 ,

Gemäß 3 kann der Butzen 48 aus der Fügevorrichtung 26 und insbesondere aus der Matrize 44 entfernt werden. Aufgrund der napfenförmigen Umformgeometrie des Stempels 28 ist das erste Fügeteil 12 im Bereich der plastischen Verformung als randoffener Napf 32 ausgebildet, der das zweite Fügeteil 14 im Bereich der Stanzöffnung 18 durchsetzt (Fügeverfahrensstadium „Durchziehen des ersten Fügeteils").According to 3 can the slug 48 from the joining device 26 and in particular from the matrix 44 be removed. Due to the peg-shaped forming geometry of the punch 28 is the first joining part 12 in the area of plastic deformation as open-edged bowl 32 formed, the second joining part 14 in the area of the punch opening 18 interspersed (joining process stage "pulling through the first joining part").

Entsprechend 4 wird die Matrize 44 gemäß den Pfeilen 52 vom zweiten Fügeteil 14 wegbewegt, unter Ausbildung eines Spalts zwischen der Matrize 44 und dem zweiten Fügeteil 14, während zuvor ein Amboss 46 matrizenseitig mit dem Napf 32 entsprechend Pfeil 54 in Anlagekontakt gebracht worden ist (Fügeverfahrensstadium „Ausziehen der Matrize").Corresponding 4 becomes the matrix 44 according to the arrows 52 from the second joining part 14 moved away, forming a gap between the die 44 and the second joining part 14 while previously an anvil 46 Matrice side with the bowl 32 according to arrow 54 has been brought into abutting contact (joining process stage "removal of the die").

Wie in 5 dargestellt ist, kann nun mittels der Amboss-Matrizen-Einheit 30, bestehend aus der Matrize 44 und dem Amboss 46, gemäß den Pfeilen 53, 54 in Richtung Napf 32 bewegt werden, wobei gleichzeitig das erste Fügeteil 12 und das zweite Fügeteil 14 mittels des nun lagefest blockierten Stempels 28 sowie des ebenfalls ortsfest angeordneten Niederhalters 29 in der definierten Spannposition gehalten werden. Bei diesem zweiten Fügeschritt gemäß 5 wird nach erfolgter Herstellung der Stanzöffnung 18 (siehe 2 und 3) ein Hinterschnitt zur Erzeugung einer formschlüssigen Verbindung zwischen den Fügeteilen 12, 14 gebildet (Fügeverfahrensstadium „Breiten des ersten Fügeteils"). Durch den im Spalt zwischen der Matrize 44 und dem zweiten Fügeteil 14 ausgebildeten Hinterschnitt in Form eines ringförmigen Vorsprungs wird eine Verklammerung zwischen den beiden Fügeteile 12, 14 erzielt, wobei die eine Baugruppe 10 bildenden Fügeteile 12, 14 zur Herstellung der Durchsetzverbindung gemäß den 1 bis 5 mittels der Fügevorrichtung 26 in einer ortsfesten Spannposition angeordnet sind.As in 5 can now, by means of the anvil-template unit 30 consisting of the matrix 44 and the anvil 46 , according to the arrows 53 . 54 in the direction of the bowl 32 be moved, at the same time the first joining part 12 and the second joining part 14 by means of the now fixed position blocked stamp 28 as well as the likewise fixed hold-down 29 be held in the defined clamping position. In this second joining step according to 5 is after the production of the punch opening 18 (please refer 2 and 3 ) An undercut for generating a positive connection between the joining parts 12 . 14 formed (joining process stage "widths of the first joining part"). By in the gap between the die 44 and the second joining part 14 formed undercut in the form of an annular projection is a clamping between the two parts to be joined 12 . 14 achieved, with the one assembly 10 forming joining parts 12 . 14 for producing the penetration connection according to the 1 to 5 by means of the joining device 26 are arranged in a fixed clamping position.

Die Fügevorrichtung 26 zeichnet sich somit durch einen Stempel 28 aus, der zur Herstellung der Stanzöffnung 18 im zweiten Fügeteil 14 (erster Fügeschritt) gemäß Pfeil 50 bewegbar ist, während die Matrize 44 zur Bildung eines Anschlags ortsfest blockiert ist. Bei Herstellung des das zweite Fügeteil 14 hinterschneidenden, ringförmigen Vorsprungs im Bereich des Napfs 32 (zweiter Fügeschritt) wird derselbe Stempel 28 lageblockiert, unter Ausbildung eines ortsfesten Anschlags für die Baugruppe 10, während die Matrize 44 gemäß den Pfeilen 53 und der Amboss 46 gemäß Pfeil 54 bewegbar ist. Somit dient die Amboss-Matrizen-Einheit 30 als Stempeleinheit für den zweiten Fügeschritt. Der Niederhalter 29 bleibt während des gesamten Fügeverfahrens gemäß den 1 bis 5 ortsfest blockiert. Das Fügeverfahren kann somit mit einer einzigen Fügevorrichtung bzw. Fügewerkzeug in zwei integrierten Verfahrensstufen (Herstellen der Stanzöffnung und Bilden des Vorspungs) durchgeführt werden.The joining device 26 is thus characterized by a stamp 28 from, for the production of the punch opening 18 in the second joining part 14 (first joining step) according to arrow 50 is movable while the die 44 is blocked to form a stop fixed. In the production of the second joining part 14 undercutting, annular projection in the region of the cup 32 (second joining step) becomes the same stamp 28 position blocked, forming a fixed stop for the assembly 10 while the die 44 according to the arrows 53 and the anvil 46 according to arrow 54 is movable. Thus, the anvil-template unit serves 30 as a stamp unit for the second joining step. The hold down 29 remains during the entire joining process according to the 1 to 5 Stationary blocked. The joining method can thus be carried out with a single joining device or joining tool in two integrated process stages (producing the punch opening and forming the Vorspungs).

6 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Baugruppe 10, bestehend aus einem ersten Fügeteil 12 und einem zweiten Fügeteil 14 sowie einem Nietelement 16 in Form eines Vollniets. Somit ist in 6 eine Stanznietverbindung zwischen dem ersten Fügeteil 12 und dem zweiten Fügeteil 14 dargestellt. Das erste Fügeteil 12 weist im Bereich der Stanzöffnung 18 des zweiten Fügeteils 14 die Form eines randoffenen Napfs 32 mit einem geschlossenen Napfboden 34 auf. An der freien Außenseite 24 des zweiten Fügeteils 14 liegt ein Vorsprung 22 des ersten Fügeteils 12 bzw. des Napfbodens 34 an. Dabei ist der Vorsprung 22 als kontinuierlich entlang der Stanzöffnung 18 umlaufender Kragen geformt. Die geometrische Gestaltung des Napfs 32 entspricht der Form des Nietelements 16, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Absatzniet ausgebildet ist. Die Öffnungsweite des randoffenen Napfs 32 verjüngt sich dabei in Richtung des Napfbodens 34. Der Verlauf des Napfrands 40 und der freien Oberfläche 42 des ersten Fügeteils 12 ist in Draufsicht kreisförmig ausgebildet. Der Vollniet 16 stellt ein Hilfsfügeteil dar, da die plastische Verformung des ersten Fügeteils 12 mittels des Nietelements 16 in Kooperation mit einem Stempel einer geeigneten Fügevorrichtung erzielt wurde. Das Nietelement 16 ist mittels einer kraftschlüssigen Verbindung derart im ersten Fügeteil 12 im Bereich des Napfs 32 aufgenommen, dass es mit der freien Oberfläche 42 des ersten Fügeteils 12 bündig abschließt. Die Wandstärke des ersten Fügeteils 12, insbesondere des Napfs 32 im Bereich der Stanzöffnung 18, ist hinreichend groß, um eine zufriedenstellende Festigkeit der Stanznietverbindung zu gewährleisten. 6 shows a schematic cross-sectional view of an assembly 10 , consisting of a first joining part 12 and a second joining part 14 and a rivet element 16 in the form of a full rivet. Thus, in 6 a punched rivet connection between the first joining part 12 and the second joining part 14 shown. The first joining part 12 points in the area of the punched opening 18 of the second joining part 14 the shape of an open-edged bowl 32 with a closed cup bottom 34 on. At the free outside 24 of the second joining part 14 is a lead 22 of the first part to be joined 12 or of the cup base 34 at. This is the lead 22 as continuous along the punch hole 18 molded round collar. The geometric design of the bowl 32 corresponds to the shape of the rivet element 16 , which is formed in the present embodiment as Absatzniet. The opening width of the open-edged bowl 32 it tapers towards the cup base 34 , The course of the naprand 40 and the free surface 42 of the first part to be joined 12 is circular in plan view. The rivet 16 represents an auxiliary joining part, since the plastic deformation of the first joining part 12 by means of the rivet element 16 was achieved in cooperation with a stamp of a suitable joining device. The rivet element 16 is by means of a non-positive connection in the first joining part 12 in the area of the bowl 32 recorded that it is with the free surface 42 of the first part to be joined 12 flush. The wall thickness of the first part to be joined 12 , especially of the bowl 32 in the area of the punch opening 18 , is sufficiently large to ensure a satisfactory strength of the punched rivet joint.

7 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Durchsetzverbindung zwischen einem ersten Fügeteil 12 und einem zweiten Fügeteil 14 unter Ausbildung einer Baugruppe 10. Zur Herstellung der Durchsetzverbindung gemäß 7 ist ein Stempel 28 einer Fügevorrichtung 26 (siehe auch 1) eingesetzt worden, der eine stumpfe Umformgeometrie aufweist. Dementsprechend weist der gebildete Napf 32 einen Freiraum 36 auf, dessen Öffnungsweite sich zum Napfboden 34 hin verjüngt. Zur Herstellung einer derartigen Durchsetzverbindung zwischen dem ersten Fügeteil 12 und dem zweiten Fügeteil 14 wird somit kein Nietelement 16 eingesetzt, sondern ein geometrisch entsprechend geeignet ausgebildeter Stempel 28. 7 shows a schematic cross-sectional view of an enforcing connection between a first joining part 12 and a second joining part 14 under formation of an assembly 10 , For the preparation of the enforcement compound according to 7 is a stamp 28 a joining device 26 (see also 1 ) has been used, which has a blunt Umformgeometrie. Accordingly, the cup formed 32 a free space 36 on whose opening width is the cup bottom 34 rejuvenated. To produce such an enforcing connection between the first joining part 12 and the second joining part 14 does not become a riveting element 16 turned sets, but a geometrically suitably trained stamp 28 ,

Die 8 bis 10 zeigen jeweils schematische Querschnittsdarstellungen von möglichen Nietelementen 16 in Form eines Vollniets, die zur Herstellung einer Baugruppe 10 gemäß dem erfindungsgemäßen Fügeverfahren unter Einsatz einer geeigneten Fügevorrichtung eingesetzt werden können. Das Nietelement 16 gemäß 8 ist als stumpfer Vollniet ausgebildet, während das Nietelement 16 der 9 einen Vollniet mit spitzer Projektilform darstellt. 10 zeigt einen Vollniet 16 in Form eines Absatzniets. Zur Herstellung einer Durchsetzverbindung an einer Baugruppe 10, d. h. ohne Einsatz eines Nietelements 16, kann der Stempel 28 der Fügevorrichtung 26 (siehe auch 1) geometrisch entsprechend den Nietformen der 8 bis 10 ausgebildet sein.The 8th to 10 each show schematic cross-sectional views of possible rivet elements 16 in the form of a solid rivet used to manufacture an assembly 10 can be used according to the joining method according to the invention using a suitable joining device. The rivet element 16 according to 8th is designed as a blunt rivet, while the rivet element 16 of the 9 represents a solid rivet with pointed projectile shape. 10 shows a full rivet 16 in the form of a sales rivet. To create an enforce connection on an assembly 10 ie without the use of a rivet element 16 , the stamp can 28 the joining device 26 (see also 1 ) geometrically according to the rivet forms of 8th to 10 be educated.

Claims

Joining method for joining at least two overlapping parts ( 12 . 14 ), in which a joining part ( 14 ) a punch opening ( 18 ) and by forming an undercut ( 20 ) a positive connection between the parts to be joined ( 12 . 14 ), characterized in that the punched opening ( 18 ) in the joining process by deforming a first joining part ( 12 ) into a second joining part ( 14 ) and for the production of the undercut ( 20 ) a lead ( 22 ) of the first part to be joined ( 12 ) formed on an outer side ( 24 ) of the second joining part ( 14 ) outside the punch opening ( 18 ) is present.

Joining method according to claim 1, characterized in that the formation of the punched opening ( 18 ) and the formation of the undercut ( 20 ) are two separate, successive joining steps.

Joining method according to claim 1 or 2, characterized in that the clamping position of the joining parts ( 12 . 14 ) in a joining device ( 26 ) is maintained unchanged during the complete joining process.

Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that in order to form the punched opening ( 18 ) the first joining part ( 12 ) by means of a movable punch unit ( 28 ) and the formation of the undercut ( 20 ) a second joining part ( 14 ) ( 34 ) of the first part to be joined ( 12 ) by means of a movable punch unit ( 30 ) is subjected to force.

Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that in the first joining part ( 12 ) in the area of the punched opening ( 18 ) by means of a joining device ( 26 ) the shape of an open-edge bowl ( 32 ) with a closed, the projection ( 22 ) containing pot bottom ( 34 ) is produced.

Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the projection ( 22 ) as a continuous along the punched hole ( 18 ) circumferential collar is formed.

Joining method according to claim 5 or 6, characterized in that the open-edged cup ( 32 ) a free space ( 36 ) with in the direction of the cup base ( 34 ) has a tapering opening width.

Joining method according to one of claims 3 to 7, characterized in that the course of the Naprand ( 40 ) on the free surface ( 42 ) of the first part to be joined ( 12 ) is circular.

Joining method according to one of claims 5 to 8, characterized in that the opening contour of the cup ( 32 ) is curved in cross-section, linear and / or stepped.

Joining method according to one of claims 5 to 9, characterized in that the free space ( 36 ) of the bowl ( 32 ) at least partially filling rivet element ( 16 ) in particular non-positively in the first joining part ( 12 ) is introduced.

Joining method according to claim 10, characterized in that the rivet element ( 16 ) is a full rivet.

Joining method according to one of claims 1 to 9, characterized in that the deformation of the first joining part ( 12 ) in the context of a clinching procedure by means of a stamp ( 28 ) a joining device ( 26 ) is produced.

Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the first joining part ( 12 ) has a greater ductility than the material of the second joining part ( 14 ).

Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the wall thickness of the first joining part ( 12 ) is greater than or equal to the wall thickness of the second joining part ( 14 ).

Joining method according to one of the preceding claims, characterized in that the joining parts ( 12 . 14 ) Vehicle body components are.

Joining device ( 26 ) for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that the joining device tion ( 26 ) for forming the punch opening ( 18 ) a the first joining part ( 12 ), movable punch ( 28 ) as the first deformation force applying unit and the second joining part ( 14 ) associated anvil-template unit ( 30 ) as the first, stationary stop, and that for forming the undercut ( 20 ) The Stamp ( 28 ) in an investment position with the first joining part ( 12 ) is blockable to form a second, fixed stop and at the same time the anvil-template unit ( 30 ) is movable as a second deformation force applying unit.