WO2004108324A1 - Method for connecting at least partially overlapping elements - Google Patents

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WO2004108324A1 PCT/EP2004/005168 EP2004005168W WO2004108324A1 WO 2004108324 A1 WO2004108324 A1 WO 2004108324A1 EP 2004005168 W EP2004005168 W EP 2004005168W WO 2004108324 A1 WO2004108324 A1 WO 2004108324A1
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accelerated
joining device
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Thomas Keller
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Stephan Dietrich
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Raik Grützner
Reinhard Mauermann
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Thyssenkrupp Automotive Ag
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    • B21J15/24—Drives for riveting machines; Transmission means therefor operated by electro-magnets

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting at least partially overlapping components with the aid of semi-tubular rivets as a joining part.
  • riveted sheets have been increasingly used in vehicle construction. This is also due to the fact that different materials are joined together to form assemblies. In addition, the connection by means of rivets can be supplemented by gluing.
  • Rivet pliers are usually used for riveting, in which the rivet driver and the counter-holder are attached to the ends of a common U-shaped bracket. These riveting pliers are guided by hand or by a robot. However, there is also a tendency for robots to be riveted on one side only. However, this requires the use of elaborate counter-structures. In addition, very precise robot control is then required. This high control accuracy on the robots must be increased if mandrel matrices are used as a counterpart.
  • the object of the invention is to simplify the generic joining method with regard to the use of devices and to further develop it in such a way that the control of robots requires less accuracy with one-sided riveting.
  • the method according to the invention has the advantage that secure riveting of two partially overlapping components, preferably sheet metal, is achieved by means of a semi-tubular rivet as a joining part.
  • One-sided riveting is possible without the riveting device having to be guided with excessive accuracy.
  • the support structure on the side opposite the rivet also does not have to be designed so precisely.
  • the method according to the invention also has the particular advantage that the method can be used safely in a wide range of variations with regard to riveting force, material scatter and material combination. In addition, there is a less jagged shape on the inside of the components to be connected.
  • Fig. 2 shows an enlarged section through a riveted joint according to the usual today
  • FIG. 3 shows a section through a rivet connection according to the invention
  • partially overlapping components, in particular sheets, are connected to one another by means of semi-tubular rivets as a joining part. It is not necessary to pre-punch the components for this.
  • Semi-hollow rivet gra- are due to their shape through the upper component and into the lower component.
  • the riveting is carried out using a rivet attachment which is attached on one side in front of the components to be connected.
  • a counterholder is attached on the other side. Rivet setters and counterholders can be connected to each other using pliers.
  • a plurality of counterholders to be arranged on a support structure and for a riveter to be guided to the respective rivet points, for example via a robot, and then the riveting is triggered.
  • Fig. 1 shows this structure of a riveting device schematically.
  • Two components 1, 2, in the exemplary embodiment sheets, are partially overlapping one another. In the exemplary embodiment, they are carried by a flat counter-holder 3.
  • the rivet-setting tool 4 with the inserted half-hollow rivet 5 is guided over the rivet point by means of a guide unit (not shown in more detail). In the simplest case, this can also be done by hand.
  • a shot bolt 6 is accelerated in a guide tube 7 over an acceleration path 8 and hits the head of the semi-tubular rivet 5 at its top speed.
  • the acceleration of the shot bolt 6 takes place by means of an acceleration unit 9, which is only shown schematically can be done in many different ways, for example via air pressure, mechanically via a spring or also electromagnetically.
  • the semi-tubular rivet 5 can also be located directly on the firing pin 6 and accelerated together with it, so that the semi-tubular rivet 5 strikes the components even at high speed.
  • the semi-hollow rivet 5 digs with the impact of the firing pin 6 on the head of the semi-hollow rivet 5 with its cutting edge 10 through the upper component 1 and into the lower component 2.
  • the mandrel 11 of which must be arranged approximately centrally below the bore 12 of the semi-hollow rivet 5 to ensure secure riveting.
  • very high accuracies are required between the position of the dome 11 of the molding die and the position of the rivet setting tool 4 which guides the semi-hollow rivet 5.
  • Riveting pliers with a correspondingly high weight are required, or robots with the highest positioning accuracy can be set freely from the outside.
  • the semi-hollow rivets 5 shown enlarged in FIGS. 2 and 3 have a shank diameter of 3 to 8 mm.
  • a secure riveting of two components 1, 2 according to FIG. 3 is only possible after the method according to the invention.
  • a prerequisite for such riveting is that the semi-hollow rivet 5 penetrates the overlapping components at an initial penetration speed of at least 5 m / s. With such a high initial penetration speed, it becomes possible to support the components 1, 2 on the side 14 opposite the penetration side 13 against a flat, slightly curved or slightly concave surface on the counter-holder 3.
  • the riveting shown in FIG. 3 is reliably achieved over a large scattering range with regard to the penetration speed of the semi-hollow rivet 5 and scattering of the quality and wall thickness of the components 1, 2.

Abstract

The invention relates to a method for connecting at least partially overlapping elements (1, 2), especially sheet metal, in a mechanical joining process without pre-holes, with the aid of a semi-cylindrical rivet (5) used as a joining part. The aim of the invention is to simplify the use of devices and to further develop them such that less precision of the control by robots is required in a unilateral rivet. As a result, the semi-cylindrical rivet (5) penetrates at an initial penetration speed of at least 5 m/s in the overlapping elements (1, 2) and the overlapping elements push against a surface which is a slightly arched or slightly concave surface on the side (14) opposite the penetrating semi-cylindrical rivet (5).

Description

Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden BauteilenMethod for connecting at least partially overlapping components
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden Bauteilen mit Hilfe von Halbhohlnieten als Fügeteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for connecting at least partially overlapping components with the aid of semi-tubular rivets as a joining part.
In der letzten Zeit werden miteinander vernietete Bleche wieder verstärkt im Fahrzeugbau verwendet. Dieses ist auch dadurch bedingt, dass unterschiedliche Materialien miteinander zu Baugruppen verbunden werden. Darüber hinaus kann das Verbinden mittels Nieten durch Kleben ergänzt werden.In recent times, riveted sheets have been increasingly used in vehicle construction. This is also due to the fact that different materials are joined together to form assemblies. In addition, the connection by means of rivets can be supplemented by gluing.
Für den vorbeschriebenen Einsatzfall werden bevorzugt mechanische Fügeprozesse ohne Vorloch eingesetzt. Für derartige Fügeprozesse haben sich Halbhohlniete als Fügeteile bewährt.For the application described above, mechanical joining processes without a pre-hole are preferred. For such joining processes, semi-hollow rivets have proven themselves as joining parts.
Üblicherweise werden zum Nieten Nietzangen eingesetzt, bei denen der Niettreiber und der Gegenhalter an den Enden eines gemeinsamen U-förmigen Bügels angebracht werden. Diese Nietzangen werden von Hand oder auch von einem Roboter geführt. Tendenziell wird jedoch auch bereits einseitig mit Robotern genietet. Dazu müssen jedoch aufwändige Gegenhaltekonstruktionen eingesetzt werden. Darüber hinaus ist dann eine sehr genaue Robotersteuerung erforderlich. Diese hohe Steuergenauigkeit an den Robotern muss noch erhöht werden, wenn als Gegenhalteteil Dornmatrizen zum Einsatz kommen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Fügeverfahren hinsichtlich des Einsatzes von Vorrichtungen zu vereinfachen und es dahingehend wei- terzuentwickeln, dass die Steuerung von Robotern bei einseitigem Nieten mit einer geringeren Genauigkeit auskommt.Rivet pliers are usually used for riveting, in which the rivet driver and the counter-holder are attached to the ends of a common U-shaped bracket. These riveting pliers are guided by hand or by a robot. However, there is also a tendency for robots to be riveted on one side only. However, this requires the use of elaborate counter-structures. In addition, very precise robot control is then required. This high control accuracy on the robots must be increased if mandrel matrices are used as a counterpart. The object of the invention is to simplify the generic joining method with regard to the use of devices and to further develop it in such a way that the control of robots requires less accuracy with one-sided riveting.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen nach dem Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind in den Ansprüchen 2 bis 10 beschrieben.This object is achieved by a method with the features according to claim 1. Advantageous training and further developments are described in claims 2 to 10.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist den Vorteil auf, dass ein sicheres Vernieten von zwei sich teilweise überlappenden Bauteilen, vorzugsweise Blechen, mittels eines Halbhohlniets als Fügeteil erreicht wird. Dabei ist ein einseitiges Nieten möglich, ohne dass die Nietvorrichtung übermäßig genau geführt werden muss. Auch die Auflagekonstruktion an der dem Niet entgegen liegenden Seite muss nicht so genau ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Verfahren weist darüber hinaus besonders den Vorteil auf, dass das Verfahren sicher in einer großen Variationsbreite hinsichtlich Nietkraft, Werkstoffstreuung und Werkstoffkombination eingesetzt werden kann. Darüber hinaus ergibt sich eine weniger zerklüftete Form an der Innenseite der miteinander zu verbindenden Bauteile.The method according to the invention has the advantage that secure riveting of two partially overlapping components, preferably sheet metal, is achieved by means of a semi-tubular rivet as a joining part. One-sided riveting is possible without the riveting device having to be guided with excessive accuracy. The support structure on the side opposite the rivet also does not have to be designed so precisely. The method according to the invention also has the particular advantage that the method can be used safely in a wide range of variations with regard to riveting force, material scatter and material combination. In addition, there is a less jagged shape on the inside of the components to be connected.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird imAn embodiment of the invention is shown in the drawing and is in
Folgenden näher beschrieben. Es zeigenDescribed in more detail below. Show it
Fig. 1 die schematische Darstellung einer Nietvorrichtung,1 is a schematic representation of a riveting device,
Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch eine Nietverbindung nach dem heute üblichenFig. 2 shows an enlarged section through a riveted joint according to the usual today
Stand der Technik und Fig. 3 einen Schnitt durch eine Nietverbindung, die nach dem erfindungsgemäßenState of the art and Fig. 3 shows a section through a rivet connection according to the invention
Verfahren hergestellt wurde.Process was made.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden teilweise überlappende Bauteile, insbesondere Bleche, mittels Halbhohlnieten als Fügeteil miteinander verbunden. Dazu ist es nicht erforderlich, die Bauteile mit einem Vorloch zu versehen. Halbhohlniete gra- ben sich aufgrund ihrer Form durch das obere Bauteil und in das untere Bauteil ein. Das Vernieten erfolgt über einen einseitig vor die zu verbindenden Bauteile angesetzten Nietsetzer. Auf der anderen Seite ist ein Gegenhalter angebracht. Nietsetzer und Gegenhalter können über eine Zange miteinander verbunden sein. Es ist jedoch auch möglich, dass mehrere Gegenhalter an einer Auflagekonstruktion angeordnet sind und ein Nietsetzer beispielsweise über einen Roboter an die jeweiligen Nietpunkte geführt und dann die Nietung ausgelöst wird.In the method according to the invention, partially overlapping components, in particular sheets, are connected to one another by means of semi-tubular rivets as a joining part. It is not necessary to pre-punch the components for this. Semi-hollow rivet gra- are due to their shape through the upper component and into the lower component. The riveting is carried out using a rivet attachment which is attached on one side in front of the components to be connected. A counterholder is attached on the other side. Rivet setters and counterholders can be connected to each other using pliers. However, it is also possible for a plurality of counterholders to be arranged on a support structure and for a riveter to be guided to the respective rivet points, for example via a robot, and then the riveting is triggered.
Fig. 1 stellt diesen Aufbau einer Nietvorrichtung schematisch dar. Zwei Bauteile 1 , 2, im Ausführungsbeispiel Bleche, liegen teilweise überlappend aufeinander. Sie werden im Ausführungsbeispiel von einem flachen Gegenhalter 3 getragen. Über eine nicht näher dargestellte Führungseinheit wird der Nietsetzer 4 mit dem eingelegten Halbhohlniet 5 über den Nietpunkt geführt. Dieses kann im einfachsten Fall auch von Hand erfolgen. Bei der Ausbildung des Nietsetzers 4 wird ein Schussbolzen 6 in einem Führungsrohr 7 über eine Beschleunigungsstrecke 8 beschleunigt und trifft mit seiner Endgeschwindigkeit auf den Kopf des Halbhohlniets 5. Die Beschleunigung des Schussbolzens 6 erfolgt durch eine nur schematisch dargestellte Beschleunigungseinheit 9. Die Beschleunigung des Schussbolzens 6 kann in verschiedenster Weise erfolgen, beispielsweise über Luftdruck, mechanisch über eine Feder oder auch elektromagnetisch.Fig. 1 shows this structure of a riveting device schematically. Two components 1, 2, in the exemplary embodiment sheets, are partially overlapping one another. In the exemplary embodiment, they are carried by a flat counter-holder 3. The rivet-setting tool 4 with the inserted half-hollow rivet 5 is guided over the rivet point by means of a guide unit (not shown in more detail). In the simplest case, this can also be done by hand. When the rivet setting tool 4 is formed, a shot bolt 6 is accelerated in a guide tube 7 over an acceleration path 8 and hits the head of the semi-tubular rivet 5 at its top speed. The acceleration of the shot bolt 6 takes place by means of an acceleration unit 9, which is only shown schematically can be done in many different ways, for example via air pressure, mechanically via a spring or also electromagnetically.
Weiterhin kann sich der Halbhohlniet 5 auch direkt am Schussbolzen 6 befinden und gemeinsam mit diesem beschleunigt werden, sodass der Halbhohlniet 5 selbst mit hoher Geschwindigkeit auf die Bauteile auftrifft.Furthermore, the semi-tubular rivet 5 can also be located directly on the firing pin 6 and accelerated together with it, so that the semi-tubular rivet 5 strikes the components even at high speed.
Wie in Fig. 2 und 3 ersichtlich, gräbt sich der Halbhohlniet 5 mit dem Auftreffen des Schussbolzens 6 auf den Kopf des Halbhohlniets 5 mit seiner Schneide 10 durch das obere Bauteil 1 und in das untere Bauteil 2. Um sicherzustellen, dass der Halbhohlniet 5 sich durch das obere Bauteil 1 und bis in das untere Bauteil 2 eingräbt, gehört es zum Stand der Technik, wie in Fig. 2 gezeigt, als Gegenhalter eine Formmatrize zu verwenden, deren Dorn 11 etwa zentral unterhalb der Bohrung 12 des Halbhohlniets 5 angeordnet sein muss, um eine sichere Vernietung zu gewährleisten. Bereits aus der Darstellung in Fig. 2 ist erkennbar, dass hier sehr hohe Genauigkeiten zwischen der Lage des Doms 11 der Formmatrize und der Lage des den Halbhohlniet 5 führenden Nietsetzers 4 erforderlich ist. Von daher ist ein freies Nietsetzen nur von außen mit hohen Risiken hinsichtlich der Qualität der Nietverbindung verbunden. Es werden Nietzangen mit entsprechend hohem Gewicht benötigt oder aber bei freiem Setzen von außen Roboter mit einer höchsten Positionierungsgenauigkeit. Die in den Fig. 2 und 3 vergrößert dargestellten Halbhohlniete 5 haben einen Schaftdurchmesser von 3 bis 8 mm.As can be seen in FIGS. 2 and 3, the semi-hollow rivet 5 digs with the impact of the firing pin 6 on the head of the semi-hollow rivet 5 with its cutting edge 10 through the upper component 1 and into the lower component 2. In order to ensure that the semi-hollow rivet 5 through the upper component 1 and digging into the lower component 2, it is part of the state of the art, as shown in FIG. 2, to use a form die as a counter-holder, the mandrel 11 of which must be arranged approximately centrally below the bore 12 of the semi-hollow rivet 5 to ensure secure riveting. Already from the It can be seen in FIG. 2 that very high accuracies are required between the position of the dome 11 of the molding die and the position of the rivet setting tool 4 which guides the semi-hollow rivet 5. Therefore, free riveting only from the outside is associated with high risks with regard to the quality of the rivet connection. Riveting pliers with a correspondingly high weight are required, or robots with the highest positioning accuracy can be set freely from the outside. The semi-hollow rivets 5 shown enlarged in FIGS. 2 and 3 have a shank diameter of 3 to 8 mm.
Erst nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine sichere Vernietung von zwei Bauteilen 1 , 2 gemäß Fig. 3 möglich. Voraussetzung für eine derartige Vernietung ist, dass der Halbhohlniet 5 mit einer Anfangseindringgeschwindigkeit von wenigstens 5 m/s in die sich überlappenden Bauteile eindringt. Bei einer derartig hohen Anfangseindringgeschwindigkeit wird es möglich, die Bauteile 1 , 2 an der der Eindringseite 13 gegenüber liegenden Seite 14 gegen eine ebene, leicht gewölbte oder leicht konkave Fläche am Gegenhalter 3 abzustützen.A secure riveting of two components 1, 2 according to FIG. 3 is only possible after the method according to the invention. A prerequisite for such riveting is that the semi-hollow rivet 5 penetrates the overlapping components at an initial penetration speed of at least 5 m / s. With such a high initial penetration speed, it becomes possible to support the components 1, 2 on the side 14 opposite the penetration side 13 against a flat, slightly curved or slightly concave surface on the counter-holder 3.
Erst mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dann eine relativ ebene Innenfläche, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, erzielt und trotzdem sichergestellt, dass das obere Bauteil 1 vom Halbhohlniet 5 durchdrungen und bis in das untere Bauteil 2 eingedrungen ist.It is only with the method according to the invention that a relatively flat inner surface, as shown in FIG. 3, is achieved and nevertheless it is ensured that the upper component 1 is penetrated by the semi-tubular rivet 5 and has penetrated into the lower component 2.
Überraschenderweise wird die in Fig. 3 dargestellte Vernietung sicher über einen großen Streubereich hinsichtlich Eindringgeschwindigkeit des Halbhohlniets 5 und Streuung von Qualität und Wandstärke der Bauteile 1 , 2 erreicht. Selbstverständlich muss beim erfindungsgemäßen Verfahren keine so hohe Genauigkeit mehr zwischen der Position des Nietsetzers 4 und dem Gegenhalter 3 eingehalten werden, da der Gegenhalter 3 einen Gegenhalt über eine große Fläche gewährleistet. BezugszeichenlisteSurprisingly, the riveting shown in FIG. 3 is reliably achieved over a large scattering range with regard to the penetration speed of the semi-hollow rivet 5 and scattering of the quality and wall thickness of the components 1, 2. Of course, in the method according to the invention, it is no longer necessary to maintain such high accuracy between the position of the rivet holder 4 and the counter-holder 3, since the counter-holder 3 ensures counter-support over a large area. LIST OF REFERENCE NUMBERS
1. Bauteil1st component
2. Bauteil2nd component
3. Gegenhalter3. Counterhold
4. Nietsetzer4. Riveter
5. Halbhohlniet5. Semi-tubular rivet
6. Schussbolzen6. Firing pin
7. Führungsrohr7. Guide tube
8. Beschleunigungsstrecke8. Acceleration route
9. Beschleunigungseinheit9. Acceleration unit
10. Schneide10. Cutting edge
11. Dorn11. Thorn
12. Bohrung12th hole
13. Eindringseite13.Intrusion side
14. der Eindringseite gegenüber liegende Seite 14. The side opposite the penetration side

Claims

AnsprücheExpectations
Verfahren zum Verbinden von sich zumindest teilweise überlappenden Bauteilen (1 , 2), insbesondere Blechen, in einem mechanischen Fügeprozess ohne Vorloch, mit Hilfe eines Halbhohlniets (5) als Fügeelement, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbhohlniet (5) mit einer Anfangseindringgeschwindigkeit von wenigstens 5 m/s in die sich überlappenden Bauteile (1 , 2) eindringt und sich die überlappenden Bauteile (1 , 2) an der dem eindringenden Halbhohlniet (5) gegenüber liegenden Seite (14) gegen eine ebene, leicht gewölbte oder leicht konkave Fläche abstützen.Method for connecting at least partially overlapping components (1, 2), in particular sheet metal, in a mechanical joining process without a pre-hole, using a semi-tubular rivet (5) as a joining element, characterized in that the semi-tubular rivet (5) has an initial penetration speed of at least 5 m / s penetrates into the overlapping components (1, 2) and the overlapping components (1, 2) are supported on the side (14) opposite the penetrating semi-tubular rivet (5) against a flat, slightly curved or slightly concave surface.
Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Halbhohlniet (5) mit einer Anfangseindringgeschwindigkeit von 30 m/s bis 100 m/s in die sich überlappenden Bauteile (1 , 2) eindringt.Method according to Claim 1, characterized in that the semi-hollow rivet (5) penetrates the overlapping components (1, 2) at an initial penetration speed of 30 m / s to 100 m / s.
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbhohlniet (5) auf den Bauteilen (1 , 2) aufliegt und durch den Schussbolzen (6) in die Bauteile (1 , 2) eingetrieben wird.Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the semi-hollow rivet (5) rests on the components (1, 2) and is driven into the components (1, 2) by the firing pin (6).
Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbhohlniet (5) mit dem Schussbolzen (6) beschleunigt und in die Bauteile (1 , 2) eingetrieben wird.Method according to claim 1 or claim 2, characterized in that the semi-hollow rivet (5) is accelerated with the firing pin (6) and is driven into the components (1, 2).
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Halbhohlniet (5) oder der Schussbolzen (6) mittels einer Impulsfügevorrichtung beschleunigt wird.Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the semi-hollow rivet (5) or the firing pin (6) is accelerated by means of a pulse joining device.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfügevorrichtung mittels Druckluft beschleunigt wird. A method according to claim 5, characterized in that the pulse joining device is accelerated by means of compressed air.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfügevorrichtung elektromagnetisch beschleunigt wird.7. The method according to claim 5, characterized in that the pulse joining device is electromagnetically accelerated.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfügevorrichtung mechanisch, beispielsweise mittels einer sich entspannenden Feder beschleunigt wird.8. The method according to claim 5, characterized in that the pulse joining device is accelerated mechanically, for example by means of a relaxing spring.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfügevorrichtung mittels Zündung eines Gasgemisches beschleunigt wird.9. The method according to claim 5, characterized in that the pulse joining device is accelerated by ignition of a gas mixture.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulsfügevorrichtung mittels eines Roboters gehalten und/oder positioniert wird. 10. The method according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the pulse joining device is held and / or positioned by means of a robot.
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