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Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Verfahren
zum Einsetzen von Nieten und eine Vorrichtung zum
Durchführen dieses Verfahrens, die insbesondere - jedoch nicht
ausschließlich - für Nieten ohne Nietkopf bestimmt sind
(siehe hierzu zum Beispiel die Patente US-A-4 048 708 und
FR-A-1 580 439, die jeweils den Oberbegriffen der
Ansprüche 1 und 2 entsprechen).
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Das Vernieten ist als Technik zum Zusammenfügen von
Teilen schon seit längerer Zeit bekannt. Diese Technik
besteht darin, daß man in eine zwei Teilen gemeinsame
Ausnehmung eine Niete einfügt, die einen Kopf und einen
Schaft umfaßt, und daß man dann jenes Ende des Schafts,
das dem Kopf gegenüberliegt, mit einem Druck beaufschlagt,
der zum Anstauchen dieses Endes und anschließend zur
Bildung eines zweiten Kopfs führt. Die beiden miteinander
verbundenen Teile sind auf diese Weise zwischen den
beiden Köpfen aufgenommen. Man konnte feststellen, daß
die auf diese Art entstehende Verbindung dann verstärkt
wird, wenn das gesamte Volumen der den beiden Teilen
gemeinsamen Ausnehmung durch das Material ausgefüllt
wird, aus dem die Niete besteht.
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Aus diesem Grunde wurde vor längerer Zeit schon
vorgeschlagen, Nieten ohne Kopf einzusetzen, also Nieten, die
in Form eines zylinderförmigen Schafts vorliegen, und
zunächst den Kopf einer der Seiten der Niete dadurch zu
erhalten, daß man die Niete und das Teil auf einer
Halterung festhielt, die als Amboß diente; nach Abschluß
dieses Vorgangs wurde dann der zweite Kopf dadurch
geschaffen, daß man auf der gegenüberliegenden Seite der
Niete eine Stauchkraft einwirken ließ, wobei der erste
Kopf durch den Amboß gehalten wurde, der für die
erforderliche Gegenkraft sorgte.
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Leider führen diese verschiedenen Stauchkräfte meistens
zu einer Verlagerung der miteinander zu verbindenden
Teile, und die erhaltene Verbindung weist keine gute
Qualität auf.
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Das US-Patent 4 101 064 beschreibt eine Nietvorrichtung
für Nieten ohne Kopf. Der Rohling der Niete wird in die
Ausnehmung durch ein oberes Schließkopfgesenk eingeführt
und hierbei durch einen elastischen Ring in seiner Lage
gehalten. Das untere Schließkopfgesenk bleibt jedoch
unbeweglich stehen, wobei ein unterer Blechhalter eine
Bewegung nach unten anläßlich der Ausformung der Köpfe
vornimmt. Diese Formgebung beruht auf einer einzigen
Kraft, die von oben nach unten wirkt.
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Das US-Patent 4 048 708 beschreibt ein
Vernietungsverfahren, bei dem mindestens ein Kopf der Niete innerhalb
der Ausnehmung eines gefrästen Lochs entsteht. Ein
zylinderförmiger Rohling wird in das Loch eingeschoben und in
Längs- und Radialrichtung symmetrisch verformt. Die
überschüssigen Teile der Köpfe werden anschließend durch
Abfeilen beseitigt.
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Das US-Patent 4 133 096 beschreibt ein
Vernietungsverfahren
und eine Nietvorrichtung, wobei die
Druckverformung der Köpfe der Nieten durch eine Verlagerung der
beiden Ambosse zueinander erhalten wird. Die miteinander
zu verbindenden Teile werden jedoch in Bezug auf ein
feststehendes Werkzeug beweglich montiert, so daß sie
sich zusammen mit dem sich bewegenden Werkzeug ihrerseits
verlagern.
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Bei der Erfindung nach der US-A-4 192 058 werden die Teile
während der einzelnen Vorgänge verschoben. Zunächst wird
der untere Kopf vorbearbeitet, anschließend wird die Niete
endgültig geformt.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf der Vorstellung, daß
zum Erhalten einer wirksamen Nietverbindung, deren
Festigkeit über einen längeren Zeitraum optimal ist, die Teile
sich während der Herstellung der Niete nicht bewegen
dürfen. Durch eine geeignete Positionierung des Rohlings,
also des Schafts der Niete, erhält man die Ausformung der
Köpfe durch gleiche und simultan einwirkende Stauchkräfte
der beiden Schließkopfgesenke, so daß sich die gesamte
Gruppe anläßlich der Formgebung der Köpfe in einem
vollkommenen Gleichgewicht befindet; dadurch ist der Einsatz
mechanischer Führungen entbehrlich, wie sie im bisherigen
Stand der Technik beschrieben wurden. Die Bewegung der
Schließkopfgesenke erfolgt ohne irgendeine Verlagerung
der miteinander zu vernietenden Teile und wird mit Hilfe
eines Manometers überwacht.
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Die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung besteht darin,
die Nachteile der bekannten Vorrichtungen zu überwinden
und eine mechanisch optimale Fixierung der beiden Teile
durch Vernieten zu ermöglichen.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt das
Verfahren zum Vernieten von mindestens zwei Teilen durch
Druckverformung bzw. Anstauchen der Enden eines
zylindrischen Rohlings zwischen zwei Schließkopfgesenken, die
senkrecht zur Bezugsebene beweglich angeordnet und durch
Zylinder geführt sind, folgende Schritte:
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- Gegenseitiges Anpressen der Teile in der Bezugsebene;
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- Herstellung einer Ausnehmung (Bohrung), deren
Durchmesser exakt dem Durchmesser des Rohlings entspricht;
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- Einführen des Rohlings in die Ausnehmung, wobei der
Rohling zunächst symmetrisch im Hinblick auf die
Bezugsebene positioniert und durch Kontakt innerhalb der
Ausnehmung festgehalten wird und die beiden
Schließkopfgesenke mit den Enden des Rohlings in Kontakt
stehen, dadurch gekennzeichnet, daß:
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- zunächst durch gleichzeitige Beaufschlagung mit
hydraulischem Druck auf die Schließkopfgesenke zwei gleich
große, jedoch entgegengesetzt sowie auf die miteinander
zu verbindenden Teile gerichtete Kräfte aufgebracht
werden, daß während des Stauchvorganges das
Gleichgewicht zwischen den oberen und unteren Zylindern (11, 12)
aufrechterhalten wird und daß die Bezugsebene während
des Anstauchens der Nietenden unverändert bleibt.
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So ist zunächst eine Phase mit begrenzter Druckkraft dazu
bestimmt, die Niete innerhalb der durch das Loch
gebildeten Ausnehmung zu verformen. Das Aufbringen einer
Axialkraft führt aufgrund der Gegenkraft, welche die
andere Seite der Niete ausübt, zu einer radialen
Ausdehnung
der Niete, welche die äußere Fläche der Niete fest
gegen die innere Wand der Ausnehmung andrückt.
Anschließend erfolgt während einer zweiten Phase das
Anstauchen (Formen) der Köpfe durch gleichzeitiges
Aufbringen von gleichhohen und in entgegengesetzten Richtungen
wirkenden Druckkräften, die an den Enden der Niete
angreifen, damit auf diese Weise die Köpfe gebildet werden.
Auf diese Art und Weise werden die beiden Teile
miteinander verbunden, jedoch nicht nur durch das Vorhandensein
der Köpfe, sondern ebenfalls durch eine enge Berührung
zwischen der äußeren seitlichen Wand der Niete und der
inneren Fläche der Ausnehmung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls eine
Nietmaschine, die zum Durchführen des vorstehend
beschriebenen Verfahrens entwickelt wurde und einen C-förmigen
Rahmen sowie zwei Haupt-Hydraulikzylinder umfaßt, welche
koaxial, aber einander entgegengerichtet angeordnet sind.
Diese Nietmaschine ist dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Zylinder über zwei Zweige einer Druckleitung
mittels einer Pumpe antreibbar sind, wobei jeweils ein
gleichhoher Druck, der durch einen Druckbegrenzer
kontrolliert wird, an den beiden Zylindern anliegt und die
Stauchkraft für die Druckverformung erzeugt und in der
Druckleitung durch ein Manometer gemessen wird, wobei ein
erster Blechhalter fest mit dem Rahmen verbunden und ein
zweiter Blechhalter am Schließkopfgesenk des unteren
Zylinders über einen Hilfszylinder angebracht ist sowie
ein Stufenventil in der erwähnten Druckleitung zwischen
den Hauptzylindern eingeschaltet ist.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden
nachstehend im Zuge der folgenden Beschreibung einer
speziellen
Ausführungsform, die jedoch ausschließlich als
Beispiel gedacht ist und keine Beschränkung darstellt,
anhand der beigefügten Zeichnungen erläutert. In
schematischen Ansichten zeigen:
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- Die Figuren 1 bis 7 verschiedene Phasen der Herstellung
einer Niete nach dem erfindungsgemäßen Verfahren;
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- Fig. 8 eine schematische Ansicht einer
erfindungsgemäßen Nietmaschine;
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- Fig. 9 ein den Verlauf der Stauchkräfte während eines
Nietvorgangs darstellendes Diagramm.
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Die Figuren 1 bis 7 zeigen zwei miteinander zu
verbindende Teile A und B. Diese Teile werden zunächst durch
einen Blechhalter zusammengehalten, der eine obere
Spannbacke 1 und eine untere Spannbacke 2 umfaßt. Eine dieser
beiden Spannbacken (1 oder 2) ist feststehend ausgebildet
(in der Zeichnung die Spannbacke 1), während die andere
Spannbacke 2 durch einen Druckluftzylinder oder durch ein
beliebiges anderes gleichwertiges Hilfsmittel betätigt
wird. Es ist ersichtlich, daß die Teile A und B mittels
der beweglichen Spannbacke 2 eingespannt werden, wobei
die Gegenkraft von der feststehenden Spannbacke 1
aufgebracht wird. Im unteren Teil von Fig. 1 ist ein
Schließkopfgesenk 3 dargestellt, das sich in einer unteren
Position befindet. Die Einwirkung des Druckluftzylinders
deutet der Pfeil FS symbolisch an.
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Wie in Figur 2 ersichtlich, besteht der nachfolgende
Arbeitsschritt im Durchbohren der Teile A und B mittels
eines Bohrers 4, wobei in diesen Teilen eine zylindrische
Ausnehmung 5 erzeugt wird. Anschließend führt eine Zange 6
den Rohling 7 der Niete heran und in die Ausnehmung 5
ein. Sofern der Durchmesser des Rohlings etwas kleiner
ist als der Durchmesser des Bohrers, ist der Rohling
innerhalb der Ausnehmung 5 frei verschiebbar, bis das
untere Ende des Rohlings auf dem unteren
Schließkopfgesenk 3 aufsteht, wie Fig. 4 zeigt.
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Der Ausdruck "unteres Ende / unteres Schließkopfgesenk"
bezieht sich hierbei jeweils auf die beigefügten
Zeichnungen. Obgleich die Teile A und B in waagerechter
Stellung dargestellt sind, ist ersichtlich, daß das Verfahren
unabhängig von der jeweiligen Position der verschiedenen
Organe eingesetzt werden kann, die an diesem Vorgang
beteiligt sind.
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Nach dem Aufstehen des in der Ausnehmung 5 eingeführten
Rohlings 7 auf dem unteren Schließkopfgesenk 3 wird die
Zange 6 zurückgezogen und das obere Schließkopfgesenk 9,
das an einem Schaft 8 eines oberen Zylinders 10
einstellbar aufgenommen und geführt ist, geht nieder - bzw.
allgemeiner: es fährt vor - in eine durch den Abstand von
der Oberfläche des Teils A bestimmte Position. Zu diesem
Zeitpunkt steht das untere Schließkopfgesenk 3 in einer
Position, die durch einen Abstand x&sub2; von der unteren
Fläche des Teils B bestimmt ist.
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Wie Fig. 4 zeigt, steht der Rohling 7 der Niete mit
seinem unteren Ende auf der oberen Fläche des
Schließkopfgesenks 3 auf. Eine erste Verlagerung des
Schließkopfgesenks 3 führt zum Anheben des Rohlings 7 so, daß dessen
oberes Ende auf das Schließkopfgesenk 9 trifft, das im
Abstand x&sub1; von der Oberseite des Teils A steht. Die
Maßangabe x&sub1; ermöglicht eine korrekte Aufteilung des
Nietmaterials auf beiden Seiten der miteinander zu
verbindenden Teile und damit eine ordnungsgemäße
Dimensionierung der Nietköpfe. Anschließend wird eine durch
einen Pfeil symbolisierte Stauchkraft F&sub1; auf das untere
Ende der Niete aufgebracht, wobei das Schließkopfgesenk 9
als Amboß dient. Diese Stauchkraft bewirkt eine radiale
Ausdehnung des Nietschaftes und damit das Verfüllen der
Ausnehmung 5. Dadurch wird das freie Spiel unterbunden
und die mechanische Qualität der gesamten Gruppe
verbessert.
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Wenn der Querschnitt des Nietschafts geringfügig größer
ist als der Querschnitt der Ausnehmung, kann die oben
beschriebene erste Phase durch die nachfolgend erläuterte
Phase ersetzt werden, um auf diese Weise eine
Manschettenverbindung zu erhalten. Nach der Positionierung
des Rohlings mittels der Zange 6 und nach dem
Zurückziehen der Zange wird der Rohling 7 durch das Einwirken
des Schließkopfgesenks 9 mit Kraft in die Ausnehmung 5
eingeführt. Die für dieses Einführen erforderliche Kraft
wird durch den Blechhalter 2 aufgenommen, damit die
Teile A und 8 keinerlei vertikale Belastung erfahren. Die
Kraft des oberen Schließkopfgesenks wird solange
beibehalten, bis der untere Teil des Rohlings kräftig gegen
das Schließkopfgesenk 3 stößt. Es hat sich
herausgestellt, daß durch dieses stoßartige Aufsetzen Spannungen
beseitigt werden, die sich aus dem Einführen des Rohlings
unter Zwang ergeben.
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Die abschließende Phase, die in der Formgebung der
Nietköpfe besteht, ist in Fig. 7 dargestellt. Erfindungsgemäß
wird die gleiche Kraft F&sub2; an den beiden
Schließkopfgesenken 3 und 9 eingesetzt. Dadurch wird vermieden, daß an
den Teilen A und B unerwünschte Belastungen auftreten.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine Beherrschung
des Wertes zu erreichen, der im Hinblick auf die
Druckverformung der Niete zum Einsatz kommt. Die Formgebung
der Köpfe auf beiden Seiten der miteinander zu
verbindenden Teile wird entsprechend einem Merkmal der Erfindung
durch die untereinander gleichen und einstellbaren
Druckkräfte der Zylinder erhalten, deren Kolben jeweils fest
mit den Schließkopfgesenken 3 und 9 verbunden sind. Diese
beiden Systeme sind mechanisch voneinander unabhängig.
Die Teile A und B bilden die feste Bezugsebene im
Hinblick auf die beiden Zylinder, die ihrerseits die
antreibenden Elemente darstellen.
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Figur 8 zeigt eine Nietmaschine, die eine Umsetzung
dieses Verfahrens ermöglicht. Diese Figur zeigt die oben
erwähnten Elemente, wie zum Beispiel die Blechhalter 1
und 2, die miteinander zu verbindenden Teile A und B, das
untere Schließkopfgesenk 3 und das obere
Schließkopfgesenk 9. Die Schließkopfgesenke sind zur Einfachheit in
Form von Kolben 11 und 12 zweier gegeneinander wirkender
Zylinder dargestellt, die ihrerseits fest mit einem
Rahmen 13 verbunden sind. Die Betätigung der beiden
Zylinder 11 und 12 erfolgt durch eine Pumpe 14, die von einem
Motor 15 angetrieben wird. Die Pumpe 14 ist mit einem
Tank 16 verbunden. Sie beaufschlagt über einen
Verteiler 17 und die Leitung 18 zunächst den Zylinder 11.
Dadurch wird das Schließkopfgesenk 3 in die Stellung x&sub2;
betätigt, wie Figur 4 zeigt. In der Leitung 18 befindet
sich ferner ein Stufenventil 19, dessen Ausgangsleitung 20
mit dem Zylinder 12 verbunden ist. An den Ausgängen 22
und 23 der Zylinder 12 und 11 sind Manometer 21 angeordnet.
Nach dem Öffnen des Stufenventils 19 werden die
Zylinder
11 und 12 versorgt. Dadurch erfahren die Zylinder 11
und 12 während des Anstauchens der Nietköpfe, was die
abschließende Phase des Verfahrens bildet und auf beiden
Seiten der miteinander zu verbindenden Teile stattfindet,
jeweils eine identische Druckbeaufschlagung. In der
Ausgangsleitung 22 des Zylinders 12 befindet sich ein
Druckbegrenzungsventil 24, welches den Maximaldruck festlegt,
der von den Zylindern erzeugt werden kann. Zwischen dem
Druckbegrenzungsventil 24 und dem Ausgang des
Zylinders 12 ist ein Druckregelventil 25 angeordnet. Dieses
Druckregelventil 25 ermöglicht eine Veränderung der vom
oberen Zylinder 12 erzeugten Stauchkraft, damit während
der Phase der Druckverformung der Nietköpfe das
Gleichgewicht zwischen der Stauchkraft des Zylinders 11 und der
Stauchkraft des Zylinders 12 stets aufrechterhalten
bleibt. Ein an die Leitung 20 angeschlossenes
Verteilerventil 26 ermöglicht die Verlagerung des Kolbens des
Zylinders 12 nach oben, wenn der Nietvorgang
abgeschlossen ist. Wie oben schon ausgeführt, unterliegt der
Blechhalter 2 der Einwirkung eines Druckluftzylinders 28, der
mit dem Kolben des Zylinders 11 fest verbunden ist, um zu
große Bewegungen des Blechhalters 2 zu vermeiden. Eine
Leitung 27 schließlich verbindet den Ausgang 23 des
Zylinders 11 mit dem Verteilerventil 17, um die
Rückstellung des Schließkopfgesenks 3 zu ermöglichen.
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Die Vorrichtung weist folgende Funktionsweise auf:
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Nach dem Durchbohren der beiden miteinander zu
verbindenden Blechteile A und B wird der Nietrohling, wie oben
bereits erläutert, in die Ausnehmung 5 eingeführt. Der
Motor 15 treibt die Pumpe 14 an, die über die Leitung 18
den Zylinder 11 beaufschlagt und dadurch das fest mit dem
Kolben dieses Zylinders verbundene Schließkopfgesenk 3
nach oben führt, und zwar bis zur Position x&sub2;, wie in
Figur 4 dargestellt ist. Das Schließkopfgesenk 9 und der
Kolben des Zylinders 12 befinden sich dann in einer
stationären Position im Punkt x&sub1;, der zuvor entsprechend
dem Durchmesser der Ausnehmung 5 und des Rohlings 7
festgelegt wurde. Danach erfährt der Nietrohling eine
Druckverformung durch das Schließkopfgesenk 3, wobei das
Schließkopfgesenk 9 als Amboß dient und der mittlere
Teil, der sich innerhalb der Ausnehmung 5 befindet,
radial aufgeweitet wird. Wenn der Druck einen Wert P&sub1;
erreicht hat, wie in Figur 9 dargestellt, öffnet das
Druckregelventil 19 und der Druck P&sub1; wirkt dadurch
augenblicklich über die Leitung 20 auf den Kolben des
Zylinders 12. Der Druck steigt dann im wesentlichen linear an.
Es handelt sich dabei um den gleichen Druck, der an den
Kolben der Zylinder und mithin auf die zugehörigen
Schließkopfgesenke 3 und 9 wirkt. Während des weiteren
Druckanstiegs bewegen sich die Kolben der Zylinder aufeinander
zu und dadurch werden die Nietköpfe erzeugt, wie in
Figur 7 dargestellt. Es ist ersichtlich, daß die Form der
Nietköpfe, die im allgemeinen flach oder gewölbt
ausgebildet werden, vom nicht dargestellten Innenprofil des
Schließkopfgesenks abhängig ist. Der Druck, der an den
beiden entgegengesetzt wirkenden Zylindern anliegt, wird
durch das Druckbegrenzungsventil 24 auf einen vorher
eingestellten Wert P&sub2; von beispielsweise 7 Tonnen
begrenzt. Die Kontrolle der Übereinstimmung dieser beiden
Drücke erfolgt durch zwei Manometer 21, die das
Druckbegrenzungsventil 25 ansteuern können. Die Gleichheit der
Drücke, die auf beiden Seiten zur Anwendung kommen, ist
die notwendige Bedingung für eine einwandfreie
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, das durch das
Vermeiden jeglicher Verformung der miteinander zu
verbindenden Teile A und B gekennzeichnet ist.
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Wenn das Anstauchen der Nietköpfe beendet ist, steuern
sich die Ventile 17 und 26 um und die
Schließkopfgesenke 3 und 9 der Zylinder fahren zurück. Die Freigabe
der - miteinander verbundenen - Teile erfolgt durch das
Zurückfahren des Kolbens des Zylinders 11 und des
Blechhalters 2. Ferner führt auch der Druckluftzylinder 28
eine Rückfahrbewegung aus. Dadurch entsteht eine
Relativbewegung zwischen den beiden miteinander zu
verbindenden Teilen A und B einerseits und der im Rahmen
aufgenommenen Nietmaschine andererseits.
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Für das Aufbringen großer Druckkräfte, wie sie vor allem
für die Herstellung von Nietköpfen erforderlich sind,
waren bisher Maschinen mit erheblichen Abmessungen und
großen Querschnitten erforderlich, um durch die
Beaufschlagung mit großen Druckkräften verursachte
Durchbiegungen zu vermeiden. Angesichts des Gleichgewichts der
zur Anwendung kommenden Kräfte ermöglicht es die
vorliegende Erfindung hingegen, eine Maschine mit relativ
geringen Abmessungen zu schaffen, sofern es sich um eine
mobile Maschine handelt oder bei einer feststehend
ausgebildeten Maschine eine Reduzierung der tragenden
Querschnitte.