DE29824739U1

DE29824739U1 - Device for producing a punch rivet connection

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Publication number: DE29824739U1
Application number: DE29824739U
Authority: DE
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 1997-11-26
Filing date: 1998-11-26
Publication date: 2002-05-29
Anticipated expiration: 2008-11-27

Description

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Vorrichtung zur Herstellung einer StanznietverbindungDevice for producing a punch rivet connection

Der Gegenstand der Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung.The subject matter of the invention relates to a device for producing a punch rivet connection.

Insbesondere in der Automobilindustrie gewinnen Nietverbindungen eine immer größere Bedeutung, da sie eine Alternative zur Schweißverbindung bilden können. Bei schlecht schweißbaren Werkstoffpaarungen stellen Nietverbindungen eine geeignete Alternative dar. Durch Stanznieten werden die zu verbindenden Teile ohne Vorlochen verbunden. Das beim konventionellen Nieten erforderliche Vorlochen der Fügeteile wird durch einen entsprechenden Schneidvorgang des Stanznietes ersetzt.Riveted joints are becoming increasingly important, particularly in the automotive industry, as they can be an alternative to welded joints. Riveted joints are a suitable alternative for material pairings that are difficult to weld. Punch rivets are used to connect the parts to be joined without pre-drilling. The pre-drilling of the parts to be joined, which is required with conventional riveting, is replaced by a corresponding cutting process of the punch rivet.

Beim Stanznieten mit einem Halbhohlniet werden die zu verbindenden Bauteile auf eine Matrize gelegt. Diese werden durch einen Niederhalter auf der Matrize fixiert. Der Halbhohlniet durchtrennt die dem Halbhohlniet zugewandte Lage durch. Danach wird der Halbhohlniet in der bzw. in den unteren Lagen unter Ausbildung eines Schließkopfes plastisch verformt. Die Gestalt des Schließkopfes wird im wesentlichen durch die Form einer Matrize bestimmt. Das aus der oberen Lage und unter Umständen aus weiteren Lagen ausgestanzte Material füllt den hohlen Nietschaft des Halbhohlniets aus und wird unverlierbar eingeschlossen. Danach wird das Halbhohlniet gestaucht, so daß zum einen eine weitere Ausbildung des Schließkopfes erfolgt und zum anderen der Kopf des Halbhohlniets im wesentlichen mit der oberen Lage bündig abschließt.When punch riveting with a semi-tubular rivet, the components to be joined are placed on a die. These are fixed to the die by a hold-down device. The semi-tubular rivet cuts through the layer facing the semi-tubular rivet. The semi-tubular rivet is then plastically deformed in the lower layer(s) to form a closing head. The shape of the closing head is essentially determined by the shape of a die. The material punched out of the upper layer and possibly from other layers fills the hollow rivet shaft of the semi-tubular rivet and is permanently enclosed. The semi-tubular rivet is then compressed so that on the one hand the closing head is further formed and on the other hand the head of the semi-tubular rivet is essentially flush with the upper layer.

Durch den Aufsatz von L. Budde und W Lappe "Nieten ohne Vorlochen -Stanznieten ist zukunftsträchtig in der Blechverarbeitung", erschienen in der Zeitschrift Bänder Bleche Rohre 5-1991, Seiten 95 - 100, ist bekannt, daß vonThrough the article by L. Budde and W. Lappe "Riveting without pre-punching - punch riveting is promising in sheet metal processing", published in the magazine Bänder Bleche Rohre 5-1991, pages 95 - 100, it is known that

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entscheidender Bedeutung für eine qualitativ hochwertige Stanznietverbindung mit einem Halbhohlniet einerseits das einwandfreie Festhalten der positionierten Bauteile, so daß aufgrund einer Nachfließbewegung beim Stanzen die Position der Bauteile zueinander nicht verändert wird, und andererseits die fugespezifische Wahl eines geeigneten Stanznietes hinsichtlich werkstoffsspezifischer Zusammensetzung und seiner Nietgeometrie ist.Of decisive importance for a high-quality punch rivet connection with a semi-tubular rivet is, on the one hand, the perfect holding of the positioned components so that the position of the components relative to one another is not changed due to a subsequent flow movement during punching, and, on the other hand, the joint-specific selection of a suitable punch rivet with regard to material-specific composition and its rivet geometry.

Um sicherzustellen, daß eine Nachfließbewegung beim Stanzen nicht eintritt, ist durch die WO 94/14554 bekannt, daß die Klemmkraft des Niederhalters, durch den die Bauteile auf der Matrize fixiert werden, gegen Ende des Stanznietvorgangs erheblich ansteigt. Durch diese Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung einer Stanznietverbindung soll auch erreicht werden, daß im Bereich des Kopfes des Stanznietes keine ringförmige Vertiefungen oder Verwerfungen entstehen.In order to ensure that no further flow movement occurs during punching, it is known from WO 94/14554 that the clamping force of the hold-down device, which fixes the components to the die, increases considerably towards the end of the punch riveting process. This design of the method for producing a punch rivet connection is also intended to ensure that no ring-shaped depressions or distortions occur in the area of the head of the punch rivet.

Zur Durchführung des Verfahrens schlägt die WO 94/14554 eine Vorrichtung vor, die eine Matrize, einen Niederhalter und einen Stempel aufweist. Zwischen dem Niederhalter und der Matrize sind wenigstens zwei Lagen von Bauteilen klemmbar. Der Niederhalter ist über eine erste Kolben-Zylinder-Einheit bewegbar. Eine zweite Kolben-Zylinder-Einheit ist als Antriebseinheit für den Stempel vorgesehen. Die erste und die zweite Kolben-Zylinder-Einheit sind unabhängig voneinander betätigbar.To carry out the method, WO 94/14554 proposes a device that has a die, a hold-down device and a punch. At least two layers of components can be clamped between the hold-down device and the die. The hold-down device can be moved via a first piston-cylinder unit. A second piston-cylinder unit is provided as a drive unit for the punch. The first and second piston-cylinder units can be operated independently of one another.

Eine ähnliche Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung ist durch die WO 93/24258 bekannt. Auch diese Vorrichtung weist eine Kolben-Zylinder-Einheit, durch die die notwendige Klemmkraft des Niederhalters erzeugt werden kann, auf. Durch entsprechende Drucksteuerung können unterschiedliche Klemmkräfte erzeugt werden. Die Vorrichtung nach der WO 93/24258 weist eine zweite Kolben-Zylinder-Einheit als Antriebseinheit des Stempels auf.A similar design of a device for producing a punch rivet connection is known from WO 93/24258. This device also has a piston-cylinder unit through which the necessary clamping force of the hold-down device can be generated. Different clamping forces can be generated by appropriate pressure control. The device according to WO 93/24258 has a second piston-cylinder unit as a drive unit for the stamp.

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Die mechanischen Eigenschaften einer Stanznietverbindung, insbesondere das Festigkeitsverhalten der Stanznietverbindung sind abhängig von der Ausbildung des Schließkopfes. Das Festigkeitsverhalten wird auch durch die Ausgestaltung des Bereichs der Bauteile zwischen dem Kopf und dem Schließkopf des Stanznietes beeinflußt.The mechanical properties of a punch rivet connection, in particular the strength behavior of the punch rivet connection, depend on the design of the closing head. The strength behavior is also influenced by the design of the area of the components between the head and the closing head of the punch rivet.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung so weiterzubilden, daß einerseits eine materialschonende Herstellung einer Stanznietverbindung und anderseits eine Stanznietverbindung mit höherer Festigkeit erreicht wird. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung anzugeben, die dazu geeignet ist materialschonend eine Stanznietverbindung herzustellen. Durch die Vorrichtung soll auch erreicht werden, daß die mittels der Vorrichtung hergestellte Stanznietverbindung hohe Festigkeitswerte erreicht.Based on this, the present invention is based on the task of developing the known method for producing a punch rivet joint in such a way that, on the one hand, a punch rivet joint is produced in a way that protects the material and, on the other hand, a punch rivet joint with higher strength is achieved. A further aim of the invention is to provide a device for producing a punch rivet joint that is suitable for producing a punch rivet joint in a way that protects the material. The device is also intended to ensure that the punch rivet joint produced using the device achieves high strength values.

Diese Zielsetzung wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 20 gelöst. VorteilhafteThis objective is achieved by a method having the features of claim 1 or a device having the features of claim 20. Advantageous

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Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Further training is the subject of the respective subclaims.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung wird erreicht, daß während eines Stanznietvorgangs eine vom Niederhalter auf die mindestens zwei Lagen ausgeübte Klemmkraft entsprechend einem vorgegebenen Verlauf variiert werden kann. Eine Variation der vom Niederhalter auf die mindestens zwei Lagen ausgeübte Klemmkraft wird dadurch erreicht, daß der Niederhalter über eine Kopplungseinheit mit dem Stempel so verbindbar ist, daß während eines Stanznietvorganges eine Kopplung des Niederhalters mit dem Stempel zwischen einem im wesentlichen starren Kopplungszustand und einemThe method according to the invention for producing a punch rivet connection ensures that during a punch riveting process a clamping force exerted by the hold-down device on the at least two layers can be varied according to a predetermined course. A variation of the clamping force exerted by the hold-down device on the at least two layers is achieved in that the hold-down device can be connected to the punch via a coupling unit in such a way that during a punch riveting process a coupling of the hold-down device with the punch can be changed between an essentially rigid coupling state and a

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entkoppelten Zustand verändert werden kann. Durch diese erfindungsgemäße Verfahrensführung wird erreicht, daß beim starren Kopplungszustand der Niederhalter synchron mit dem Stempel, insbesondere in Richtung der Matrize verfahrbar ist. Im entkoppelten Zustand kann unter Beibehaltung oder Variation der vom Niederhalter auf die Bauteile einwirkenden Klemmkraft eine Bewegung des Stempels durchgeführt werden.decoupled state can be changed. This method according to the invention ensures that in the rigid coupling state the hold-down device can be moved synchronously with the punch, in particular in the direction of the die. In the decoupled state, the punch can be moved while maintaining or varying the clamping force acting on the components from the hold-down device.

Dadurch, daß die vom Niederhalter auf die Bauteile einwirkende Klemmkraft veränderlich ist, da diese von der Bewegung des Stempels abhängig ist, wird auch erreicht, daß für einzelne Abschnitte des Stanznietvorgangs stets die hinreichend notwendige Klemmkraft aufgebracht wird. Das Maß, um welches die Klemmkraft verändert wird, ist abhängig vom Kopplungszustand. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß der Kopplungszustand in Abhängigkeit vom Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngröße verändert wird.Because the clamping force exerted by the hold-down device on the components is variable, as it depends on the movement of the punch, it is also achieved that the sufficient clamping force required is always applied for individual sections of the punch riveting process. The extent to which the clamping force is changed depends on the coupling state. In particular, it is proposed that the coupling state be changed depending on the punch path or a parameter derived from the punch path.

In Abhängigkeit von Werkstoffpaarungen, sowie von mechanischen Eigenschaften der Werkstoffe der Lagen, kann es zweckmäßig sein, daß die Lagen zunächst mit einer verringerten Klemmkraft gegen die Matrize gedrückt werden. Danach können die Lagen mit einer gegenüber der verringerten Klemmkraft variierenden Klemmkraft gegen die Matrize gedrückt werden. Insbesondere sollte die Klemmkraft während des Stauchvorgangs erhöht werden. Dies hat den Vorzug, daß bei einer Ausbildung einer den Kopf des Hohlniets wenigstens teilweise umgebenden Wulst, diese durch den Niederhalter so gestaucht wird, daß der Kopf des Hohlniets bündig mit der Lage abschließt. Die Klemmkraft kann dabei auch wesentlich höher sein, als die übliche Klemmkraft.Depending on the material combinations and the mechanical properties of the materials of the layers, it may be appropriate for the layers to be pressed against the die with a reduced clamping force at first. The layers can then be pressed against the die with a clamping force that varies from the reduced clamping force. In particular, the clamping force should be increased during the upsetting process. This has the advantage that if a bead forms that at least partially surrounds the head of the hollow rivet, this is compressed by the hold-down device so that the head of the hollow rivet is flush with the layer. The clamping force can also be significantly higher than the usual clamping force.

Die Variation des Kopplungszustandes in Abhängigkeit vom Stempelweg kann kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen. Eine kontinuierliche Änderung des Kopplungszustandes wird bevorzugt, da hierdurch keine schlagartige Änderung derThe variation of the coupling state depending on the stamp path can be continuous or discontinuous. A continuous change of the coupling state is preferred, as this does not result in a sudden change of the

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Klemmkraft eintritt. Auch bei einer diskontinuierlichen Änderung des Kopplungszustandes können die Sprünge der Klemmkraft so gewählt werden, daß keine ausgeprägt schlagartige Änderung der Verfahrensparameter eintritt.clamping force occurs. Even with a discontinuous change in the coupling state, the jumps in the clamping force can be selected so that no pronounced sudden change in the process parameters occurs.

Durch eine starre Koppelung des Niederhalters mit dem Stempel, vollzieht der Niederhalter die gleiche Bewegung wie der Stempel. Der Niederhalter bringt im wesentlichen die gleiche Kraft auf, wie der Stempel. Entsprechend einem vorgegebenen Verlauf der Klemmkraft kann durch Steuerung der Kopplungseinheit der Niederhalter vom Stempel entkoppelt werden. Die weitere Klemmkrafteinwirkung des Niederhalters wird über die Kopplungseinheit gesteuert. Soll nach einem vorgegebenen Stempelweg der Niederhalter eine höhere Kraft auf die Lagen ausüben, so kann der Niederhalter über die Kopplungseinheit wieder mit dem Stempel gekoppelt werden.By rigidly coupling the hold-down device to the punch, the hold-down device performs the same movement as the punch. The hold-down device essentially applies the same force as the punch. According to a predetermined course of the clamping force, the hold-down device can be decoupled from the punch by controlling the coupling unit. The further clamping force effect of the hold-down device is controlled via the coupling unit. If the hold-down device is to exert a higher force on the layers after a predetermined punch path, the hold-down device can be coupled to the punch again via the coupling unit.

Insbesondere wird vorgeschlagen, daß der Niederhalter mit dem Stempel zu den zu verbindenden Lagen so verfahren wird, daß der Niederhalter die Lagen mit einer vorgegebenen Klemmkraft gegen die Matrize drückt. Der Niederhalter wird von dem Stempel entkoppelt und der Stempel zur Durchtrennung wenigstens der dem Halbhohlniet zugewandten Lage, einer Ausbildung eines Schließkopfes zur Stauchung des Halbhohlniets weiter verfahren, wobei der Halter gegebenenfalls nach einem vorgegebenen Stempelweg an den Stempel gekoppelt wird.In particular, it is proposed that the hold-down device with the punch be moved to the layers to be joined in such a way that the hold-down device presses the layers against the die with a predetermined clamping force. The hold-down device is decoupled from the punch and the punch is moved further to cut through at least the layer facing the semi-tubular rivet, forming a closing head for upsetting the semi-tubular rivet, the holder being coupled to the punch if necessary after a predetermined punch path.

Eine Variation der Klemmkraft in Abhängigkeit vom Stempelweg erfolgt vorzugsweise entsprechend einem vorgegebenen Verlauf der Klemmkraft in Abhängigkeit vom Stempelweg. Der vorgegebene Klemmkraft-Stempelweg-Verlauf ist dabei ein Soll-Verlauf, der vorzugsweise kontinuierlich mit dem Ist-Verlauf der Klemmkraft in Abhängigkeit vom Stempelweg verglichen wird. Hierzu wird vorgeschlagen, daß ein Stempelweg gemessen der oder eine aus dem Stempelweg abgeleitete Kenngröße mit einer vorgegebenen Soll-Größe verglichen wird.A variation of the clamping force depending on the stamping path preferably takes place according to a predetermined progression of the clamping force depending on the stamping path. The predetermined clamping force-stamping path progression is a target progression, which is preferably continuously compared with the actual progression of the clamping force depending on the stamping path. For this purpose, it is proposed that a stamping path is measured or a characteristic value derived from the stamping path is compared with a predetermined target value.

Vorzugsweise wird in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis der Niederhalter vom Stempel entkoppelt bzw. an den Stempel gekoppelt.Preferably, depending on the comparison result, the hold-down device is decoupled from the punch or coupled to the punch.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensführung wird auch eine schonende plastische Umformung des Stanznietes in wenigstens einer Lage gewährleistet, ohne das diese Lage bzw. diese Lagen übermäßig geschwächt wird bzw. werden. Eine übermäßige Schwächung der Lage bzw. der Lagen kann zu einer ungewollten Durchstanzung dieser Lage bzw. dieser Lagen fuhren. Eine Durchstanzung der Lage bzw. der Lagen würde in Abhängigkeit von den Werkstofipaarungen zu einer Korrosion führen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren tritt diese Problematik jedoch nicht auf.The method according to the invention also ensures gentle plastic deformation of the punch rivet in at least one layer, without this layer or these layers being excessively weakened. Excessive weakening of the layer or layers can lead to unwanted punching through of this layer or these layers. Punching through of the layer or layers would lead to corrosion depending on the material pairings. However, this problem does not arise with the method according to the invention.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Kopplungszustand in Abhängigkeit von den Werkstoffeigenschaften, insbesondere von der Festigkeit, wenigstens einer Lage verändert wird. Dieser vorteilhaften Weiterbildung liegt der Gedanke zugrunde, daß die Lagen ein unterschiedliches Fließverhalten, bzw. Deformationsverhalten aufweisen können. Insbesondere wird vorgeschlagen, daß ein Klemmkraft-Stempelweg-Verlauf in Abhängigkeit von den Eigenschaften der Paarung der Lagen aus unterschiedlichen Werkstoffen verändert wird. Soll beispielsweise eine Lage aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mit einer zweiten Lage aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung mittels eines Stanznietes verbunden werden, so wird der Kopplungszustand anders verändert, als für eine Verbindung Aluminium/Stahl. Hierbei kann auch berücksichtigt werden, daß der Kopplungszustand auch davon abhängig sein kann, welche Werkstoffeigenschaften die durchzustanzende Lage bzw. die umzuformende Lage aufweist.According to an advantageous development of the method, it is proposed that the coupling state is changed depending on the material properties, in particular the strength, of at least one layer. This advantageous development is based on the idea that the layers can have different flow behavior or deformation behavior. In particular, it is proposed that a clamping force-punch path curve is changed depending on the properties of the pairing of the layers made of different materials. If, for example, a layer made of aluminum or an aluminum alloy is to be connected to a second layer made of aluminum or an aluminum alloy using a punch rivet, the coupling state is changed differently than for an aluminum/steel connection. It can also be taken into account that the coupling state can also depend on the material properties of the layer to be punched through or the layer to be formed.

Zu einer weiteren Verbesserung der Ausbildung einer Stanznietverbindung wird vorgeschlagen, daß der Kopplungszustand in Abhängigkeit von einer DickeTo further improve the formation of a punch rivet connection, it is proposed that the coupling state be adjusted depending on a thickness

wenigstens einer Lage, insbesondere dem Stanzniet zugewandten Lage verändert wird. Hierdurch soll dem Umstand Rechnung getragen werden, daß das Fließverhalten der Lage(n) auch von der Dicke der Lage(n) abhängig ist. Bei einer relativ dünnen Lage besteht eher die Gefahr, daß die Lage im Bereichs des Kopfes des Stanznietes überbeansprucht wird, wodurch Texturen oder Risse auftreten können. Dies kann vermieden werden, indem eine Fließbewegung dieser Lage zum Halbhohlniet hin wenigstens während eines Teils des Stanznietvorgangs, wobei der Kopplungszustand von einer starren zu einer weniger starren Verbindung zwischen dem Niederhalter und dem Stempel verändert wird, zugelassen wird. Bei relativ dicken Lagen kann die Klemmkraft gegenüber Lagen mit relativ geringer Dicke, höher gewählt werden, da dicke Lagen ein andersartiges Beanspruchungsverhalten aufweisen. Eine Überbeanspruchung der dicken Lage tritt gegenüber einer dünnen Lage wesentlich später auf, da genügend Material für eine Fließbewegung in die Matrize und zum Halbhohlniet hin vorhanden ist.at least one layer, in particular the layer facing the punch rivet, is changed. This is to take into account the fact that the flow behavior of the layer(s) also depends on the thickness of the layer(s). With a relatively thin layer, there is a greater risk that the layer in the area of the head of the punch rivet will be overstressed, which can cause textures or cracks to occur. This can be avoided by allowing a flow movement of this layer towards the semi-tubular rivet at least during part of the punch riveting process, whereby the coupling state is changed from a rigid to a less rigid connection between the hold-down device and the punch. With relatively thick layers, the clamping force can be selected to be higher than for layers with a relatively small thickness, since thick layers exhibit different stress behavior. Overstressing of the thick layer occurs much later than with a thin layer, since there is sufficient material for a flow movement into the die and towards the semi-tubular rivet.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Kopplungszustand in Abhängigkeit von den Werkstoffeigen-chaften des Stanznietes verändert wird. Insbesondere wird als Kriterium für die Veränderung des Kopplungszustandes die Härte des Stanznietes vorgeschlagen.According to a further advantageous embodiment of the method, it is proposed that the coupling state is changed depending on the material properties of the punch rivet. In particular, the hardness of the punch rivet is proposed as a criterion for changing the coupling state.

Auch die Geometrie des Stanznietes, insbesondere die Ausgestaltung der freien Stirnfläche des Stanznietes, sowie der Ausnehmung des Halbhohlnietes spielt für die Ausgestaltung der Nietverbindung eine Rolle. Die Geometrie des Stanznietes beeinflußt den Stanz- und den Umformvorgang. Es wird daher vorgeschlagen, daß der Kopplungszustand in Abhängigkeit von einer Geometrie des Stanznietes verändert wird. Bei der Geometrie des Stanznietes können auch einzelne geometrische Größen des Stanznietes als ein Kriterium herangezogen werden. Hierbei kann beispielsweise der Querschnitt des Stanznietes, die Länge des Stanznietes als Faktoren herangezogen werden. Auch die weiteren geometrischenThe geometry of the punch rivet, in particular the design of the free face of the punch rivet and the recess of the semi-hollow rivet, also plays a role in the design of the rivet connection. The geometry of the punch rivet influences the punching and forming process. It is therefore proposed that the coupling state is changed depending on the geometry of the punch rivet. In the geometry of the punch rivet, individual geometric sizes of the punch rivet can also be used as a criterion. For example, the cross section of the punch rivet and the length of the punch rivet can be used as factors. The other geometric

Größen eines Stanznietes können als Kriterien für die Wahl eines geeigneten Kopplungszustands-Verlaufes herangezogen werden.Sizes of a self-piercing rivet can be used as criteria for selecting a suitable coupling state curve.

Insbesondere kann der Kopplungszustand wenigstens während mindestens eines Teils eines Stauchvorgangs soweit verringert wird, daß eine im wesentlichen quer zum Halbhohlniet verlaufende Bewegung wenigstens einer Lage ermöglicht wird.In particular, the coupling state can be reduced at least during at least part of an upsetting process to such an extent that a movement of at least one layer running essentially transversely to the semi-tubular rivet is made possible.

Hierdurch wird erreicht, daß ein Materialfluß während der Ausbildung des Schließkopfes eintritt, so daß die Lagen im Bereich der Stanznietverbindung einer geringeren mechanischen Beanspruchung, insbesondere einer Zugbeanspruchung, ausgesetzt werden.This ensures that a material flow occurs during the formation of the closing head, so that the layers in the area of the punch rivet connection are exposed to less mechanical stress, in particular tensile stress.

Als ein weiteres Kriterium für die Verfahrensführung kann eine Stempelkraft des Stempels bestimmt und mit einer vorgegebenen Soll-Größe verglichen werden, wobei der Niederhalter vorzugsweise in Abhängigkeit von der Stempelkraft und/oder dem Stempelweg von dem Stempel entkoppelt bzw. mit dem Stempel gekoppelt wird.As a further criterion for the process control, a punch force of the punch can be determined and compared with a predetermined target value, wherein the hold-down device is preferably decoupled from or coupled to the punch depending on the punch force and/or the punch path.

Zusätzlich oder alternativ kann die Klemmkraft des Niederhalters während des Stanznietvorgangs bestimmt und mit einer vorgegebenen Soll-Größe verglichen werden. Durch den Vergleich kann die Klemmkraft in Abhängigkeit vom Stempelweg variiert werden.Additionally or alternatively, the clamping force of the hold-down device can be determined during the punch riveting process and compared with a specified target value. The comparison allows the clamping force to be varied depending on the punch path.

Eine Soll-Kennlinie eines Klemmkraft-Stempelweg-Verlaufes kann durch Versuche ermittelt werden. Hierbei ist zunächst davon auszugehen, daß eine solche SoIl-Kennlinie für die bestimmte, während des Versuchs ausgebildete, Stanznietverbindung gültig ist. Für Stanznietverbindungen, die sich hinsichtlich der Werkstoffeigenschaften der Lagen, deren Geometrie usw. ändern, sind entsprechende weitere Soll-Kennlinien zu ermitteln. In einer ersten Näherung kann bei derA target characteristic curve of a clamping force-punch path curve can be determined by tests. In this case, it must first be assumed that such a target characteristic curve is valid for the specific punch rivet joint formed during the test. For punch rivet joints that change in terms of the material properties of the layers, their geometry, etc., corresponding additional target characteristic curves must be determined. In a first approximation,

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Ermittlung einer Soll-Kennlinie für eine vorgegebene Stanznietaufgabe durch Extrapolation der bekannten Soll-Kennlinien eine angenommene Soll-Kennlinie ermittelt werden, die als Grundlage für den Vergleich mit dem Klemmkraft-Stempelweg-Verlauf dienen kann.Determination of a target characteristic curve for a given punch riveting task by extrapolating the known target characteristic curves, an assumed target characteristic curve can be determined, which can serve as a basis for comparison with the clamping force-punch travel curve.

Im Hinblick darauf, daß die Lagen im Rahmen der fertigungstechnischen Toleranzen unterschiedlich dick sein können, wird vorgeschlagen, daß der Niederhalter an den Stempel in Abhängigkeit von einer Stempelkraft gekoppelt wird. Es kann auch eine Kopplung des Niederhalters an den Stempel erfolgen, wenn die Stempelkraft und der Verfahrweg des Stempels innerhalb eines bestimmten Toleranzfeldes liegen.In view of the fact that the layers can have different thicknesses within the scope of the manufacturing tolerances, it is proposed that the hold-down device be coupled to the punch depending on a punch force. The hold-down device can also be coupled to the punch if the punch force and the travel path of the punch are within a certain tolerance range.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß eine Klemmkraft des Niederhalters direkt oder indirekt gemessen wird. Der Niederhalter kann in Abhängigkeit von der Klemmkraft und/oder der Stempelkraft und/oder dem Verfahrweg des Stempels von dem Stempel entkoppelt bzw. an den Stempel gekoppelt werden.According to a further advantageous embodiment of the method, it is proposed that a clamping force of the hold-down device is measured directly or indirectly. The hold-down device can be decoupled from the punch or coupled to the punch depending on the clamping force and/or the punch force and/or the travel path of the punch.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Niederhalter einen Kolben und der Stempel einen Druckkolben aufweisen, wobei der Kolben und der Druckkolben relativ zueinander innerhalb einer gemeinsamen Kammer bewegbar sind, wobei zwischen dem Kolben und dem Druckkolben ein Fluid, vorzugsweise ein im wesentlichen inkompressibles Fluid, vorgesehen ist, wobei der Abstand des Kolbens und des Druckkolbens relativ zueinander im wesentlichen durch das Fluid, insbesondere das Fluidvolumen, verändert wird. Die Kammer mit dem Fluid sowie dem Kolben und dem Druckkolben bilden die Kopplungseinheit. Durch Veränderung des Volumens oder des Drucks des Fluids zwischen dem Kolben und dem Druckkolben kann der Kopplungszustand zwischen Niederhalter und Stempel variiert werden. Ist das Fluidvolumen konstant, insbesondere bei einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid, so besteht zwischenIt is particularly expedient if, in the method according to the invention, the hold-down device has a piston and the punch has a pressure piston, the piston and the pressure piston being movable relative to one another within a common chamber, a fluid, preferably an essentially incompressible fluid, being provided between the piston and the pressure piston, the distance between the piston and the pressure piston relative to one another being changed essentially by the fluid, in particular the fluid volume. The chamber with the fluid as well as the piston and the pressure piston form the coupling unit. By changing the volume or the pressure of the fluid between the piston and the pressure piston, the coupling state between the hold-down device and the punch can be varied. If the fluid volume is constant, in particular with an essentially incompressible fluid, then there is a gap between

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dem Stempel und dem Niederhalter eine starre Verbindung. Der Niederhalter vollzieht bei einer Bewegung des Stempels eine dem Stempelweg entsprechende Lageveränderung. Wird das Fluidvolumen während der Stempelbewegung verändert und zwar derart, daß dieses verringert wird, so vollzieht der Stempel eine größere Stempelbewegung als der Niederhalter. Der Niederhalter kann bei entsprechender Veränderung des Fluidvolumens ortsfest sein, wobei die Kraft, mit der der Niederhalter auf die Bauteile einwirkt, veränderlich oder konstant in Abhängigkeit vom Fluidvolumen verändert werden kann. In entsprechender Weise kann durch den Fluiddruck der Kopplungszustand beeinflußt werden.the stamp and the hold-down device have a rigid connection. When the stamp moves, the hold-down device changes position in accordance with the stamp path. If the fluid volume is changed during the stamp movement in such a way that it is reduced, the stamp moves more than the hold-down device. The hold-down device can be stationary if the fluid volume changes accordingly, whereby the force with which the hold-down device acts on the components can be changed variably or constantly depending on the fluid volume. The coupling state can be influenced in a corresponding way by the fluid pressure.

Vorzugsweise wird wenigstens ein Teil des Fluids aus der Kammer in eine Ausgleichskammer geleitet, wodurch die relative Lage des Kolbens und des Druckkolbens zueinander verändert wird. Die Geschwindigkeit, mit der eine Lageänderung des Kolbens und des Druckkolbens eintritt, kann durch die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids aus der Kammer beeinflußt werden. Durch die Strömungsgeschwindigkeit wird somit auch die Änderungsgeschwindigkeit der Klemmkraft beeinflußt.Preferably, at least part of the fluid from the chamber is directed into a compensation chamber, whereby the relative position of the piston and the pressure piston is changed. The speed at which a change in position of the piston and the pressure piston occurs can be influenced by the flow rate of the fluid from the chamber. The flow rate therefore also influences the rate of change of the clamping force.

Das aus der Kammer in ein Reservoir ausgeströmte Fluid wird zur Ausbildung einer weiteren Stanznietverbindung aus der Ausgleichskammer in die Kammer zurückgeführt, wodurch eine geschlossene Fluidfuhrung erreicht wird.The fluid flowing out of the chamber into a reservoir is returned from the compensation chamber into the chamber to form another punch rivet connection, thereby achieving a closed fluid guide.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird vorgeschlagen, daß der Niederhalter mit einem Kolben verbunden ist, der in einem doppelt wirkenden Zylinder angeordnet ist, durch den sich der Stempel hindurch erstreckt. Der Stempel weist einen Druckkolben auf, der in einer mit einem, vorzugsweise inkompressiblen, Fluid beaufschlagbaren Kammer gefuhrt ist. Die Kammer ist mit einem volumetrisch veränderlichen Reservoir verbunden. DieAccording to a further advantageous embodiment of the method, it is proposed that the hold-down device is connected to a piston which is arranged in a double-acting cylinder through which the stamp extends. The stamp has a pressure piston which is guided in a chamber which can be filled with a preferably incompressible fluid. The chamber is connected to a volumetrically variable reservoir. The

Kammer ist mit dem Zylinder starr verbunden und verschieblich in einem Gehäuse gefuhrt.The chamber is rigidly connected to the cylinder and is slidably guided in a housing.

Die Änderung des Fluiddrucks erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit vom Stempelweg und/oder dem Verfahrweg des Niederhalters und/oder der Klemmkraft und/oder der Stempelkraft. Vorzugsweise wird ein Fluiddruck in Abhängigkeit vom Stempelweg bestimmt und der Fluiddruck-Stempelweg-Verlauf mit einem vorgegebenen Soll-Verlauf verglichen. In Abhängigkeit von dem Vergleich wird ein mit der Kammer fluidisch in Verbindung Druckregelventil angesteuert. Durch das Druckregelventil wird der Fluiddruck in der Kammer gesteuert.The change in fluid pressure preferably occurs as a function of the punch path and/or the travel path of the hold-down device and/or the clamping force and/or the punch force. Preferably, a fluid pressure is determined as a function of the punch path and the fluid pressure-punch path curve is compared with a predetermined target curve. Depending on the comparison, a pressure control valve that is fluidically connected to the chamber is controlled. The fluid pressure in the chamber is controlled by the pressure control valve.

Vorzugsweise wird die Fluidentnahme in Abhängigkeit von der Klemmkraft und/oder der Stempelkraft und/oder dem Verfahrweg des Stempels und/oder dem Verfahrweg des Niederhalters gesteuert.Preferably, the fluid removal is controlled as a function of the clamping force and/or the punch force and/or the travel path of the punch and/or the travel path of the hold-down device.

Erfolgt aus der Kammer keine Fluidentnahme, so bewirkt der Druckkolben einen Druckaufbau des Fluids in der Kammer, wodurch das Fluid einen Druck auf den Kolben des Niederhalters ausübt und der Niederhalter in Richtung der Lagen bewegt wird. Hat der Niederhalter die zur Klemmung der Lagen zwischen dem Niederhalter und der Matrize notwendige Kraft erbracht, so kann beispielsweise durch geeignete Fluidentnahme aus der Kammer der Stempel weiter bewegt werden, wobei die Klemmkraft zwischen Niederhalter und Matrize erhalten bleibt. Erfolgt eine stärkere Volumenänderung durch Fluidentnahme aus der Kammer als die bedingte Volumenänderung durch die Stempelwegänderung, so nimmt die Klemmkraft des Niederhalters ab, wobei der Stempel den eigentlichen Stanznietvorgang durchführt.If no fluid is removed from the chamber, the pressure piston causes the fluid in the chamber to build up pressure, whereby the fluid exerts pressure on the piston of the hold-down device and the hold-down device is moved in the direction of the layers. If the hold-down device has provided the force required to clamp the layers between the hold-down device and the die, the punch can be moved further, for example by appropriately removing fluid from the chamber, while the clamping force between the hold-down device and the die is maintained. If there is a greater change in volume due to the fluid being removed from the chamber than the volume change caused by the change in punch travel, the clamping force of the hold-down device decreases, and the punch carries out the actual punch riveting process.

Sollen die Lagen zunächst mit einer verringerten Klemmkraft gegen die Matrize und danach mit einer gegenüber der verringerten Klemmkraft höheren KlemmkraftIf the layers are to be clamped against the die first with a reduced clamping force and then with a higher clamping force than the reduced clamping force

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gegen die Matrize gedrückt werden, so kann dies durch keine oder nur eine geringere Fluidentnahme aus der Kammer erfolgen.pressed against the matrix, this can be achieved by no or only a small amount of fluid being removed from the chamber.

Nach einem weiteren erfinderischen Gedanken wird eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung mit einer Matrize, einem Niederhalter und einem Stempel vorgeschlagen. Der Stempel und der Niederhalter sind zur Matrize hin und von dieser weg bewegbar. Zwischen dem Niederhalter und einer Matrize sind mindestens zwei Lagen von Bauteilen klemmbar. Ein Stanzniet, bei dem es sich beispielsweise um einen Halbhohlniet, einen Vollniet, handeln kann, wird mittels des Stempels zur Verbindung der Lagen mindestens durch die dem Niederhalter benachbarte Lage der Bauteile hindurchgetrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Kopplungseinheit vorgesehen ist, die den Niederhalter und den Stempel so verbindet, daß während eines Stanznietvorgangs eine Kopplung des Niederhalters mit dem Stempel zwischen einem im wesentlichen starren Kopplungszustand und einem entkoppelten Zustand verändert werden kann. Der Stempel wird über eine Antriebseinheit angetrieben.According to a further inventive idea, a device for producing a punch rivet connection with a die, a hold-down device and a punch is proposed. The punch and the hold-down device can be moved towards and away from the die. At least two layers of components can be clamped between the hold-down device and a die. A punch rivet, which can be a semi-tubular rivet or a solid rivet, for example, is driven by the punch to connect the layers at least through the layer of components adjacent to the hold-down device. The device according to the invention is characterized in that a coupling unit is provided which connects the hold-down device and the punch in such a way that during a punch riveting process a coupling of the hold-down device to the punch can be changed between an essentially rigid coupling state and an uncoupled state. The punch is driven by a drive unit.

Ein Vorteil dieser Ausgestaltung der Vorrichtung kann darin gesehen werden, daß der Niederhalter in Abhängigkeit vom Stempel bewegt wird. Dadurch, daß der Niederhalter mit dem Stempel im wesentlichen starr koppelbar ist, wird auch eine Klemmkraft relativ schnell erreicht.An advantage of this design of the device can be seen in the fact that the hold-down device is moved depending on the punch. Because the hold-down device can be coupled to the punch in an essentially rigid manner, a clamping force is achieved relatively quickly.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß der Niederhalter einen Kolbenboden und der Stempel einen Druckkolben aufweisen. Der Kolben und der Druckkolben sind in einer mit einem, vorzugsweise inkompressiblen, Fluid gefüllten Kammer der Kopplungseinheit relativ zueinander bewegbar, wobei der Fluiddruck in der Kammer veränderbar ist.According to a further advantageous embodiment of the device, it is proposed that the hold-down device has a piston bottom and the stamp has a pressure piston. The piston and the pressure piston can be moved relative to one another in a chamber of the coupling unit filled with a preferably incompressible fluid, wherein the fluid pressure in the chamber can be changed.

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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß eine Steuereinrichtung vorgesehen ist, die zur Ansteuerung der Kopplungseinheit dient. Durch die Steuereinheit kann erreicht werden, daß über die Kopplungseinheit während eines Stanznietvorgangs eine vom Niederhalter auf die mindestens zwei Lagen ausgeübte Klemmkraft entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit wenigstens vom Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngröße variiert wird.According to a further advantageous embodiment of the device, it is proposed that a control device is provided which serves to control the coupling unit. The control unit can be used to vary a clamping force exerted by the hold-down device on the at least two layers via the coupling unit during a punch riveting process in accordance with a predetermined course depending at least on the punch path or a parameter derived from the punch path.

Der Fluiddruck kann durch Fluidentnahme aus der Kammer gesteuert werden, so daß die relative Lage des Kolbens bezüglich des Druckkolbens von dem Volumen des entnommenen Fluids abhängig ist.The fluid pressure can be controlled by removing fluid from the chamber so that the relative position of the piston with respect to the pressure piston depends on the volume of fluid removed.

Wird kein Fluid entnommen, so besteht zwischen dem Kolben und dem Druckkolben eine im wesentlichen starre Verbindung, so daß der Niederhalter synchron mit dem Stempel bewegt wird. Durch geeignete Entnahme des Fluids kann die Klemmkraft aufrechterhalten oder verändert werden, obwohl der Stempel mit dem Druckkolben sich in Richtung der Lagen bewegt. Die Fluidentnahme kann auch derart gesteuert werden, daß geeignete Klemmkraftprofile des Niederhalters verwirklicht werden können.If no fluid is removed, there is an essentially rigid connection between the piston and the pressure piston, so that the hold-down device is moved synchronously with the punch. By removing the fluid appropriately, the clamping force can be maintained or changed, even though the punch with the pressure piston is moving in the direction of the layers. The fluid removal can also be controlled in such a way that suitable clamping force profiles of the hold-down device can be achieved.

Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Ausgleichskammer auf, in das über wenigstens eine Leitung wenigstens ein Teil des Fluids während eines Stanznietvorgangs aus der Kammer leitbar, und für einen erneuten Stanznietvorgang aus der Ausgleichskammer in die Kammer zurückleitbar ist.Preferably, the device has a compensation chamber into which at least a portion of the fluid can be led out of the chamber via at least one line during a punch riveting process and can be led back from the compensation chamber into the chamber for a new punch riveting process.

Vorzugsweise ist wenigstens eine Leitung zwischen der Ausgleichskammer und der Kammer vorgesehen, in der ein Druckregelventil angeordnet ist. Durch das Druckregelventil kann der Fluiddruck in der Kammer gesteuert werden. ZurPreferably, at least one line is provided between the compensation chamber and the chamber in which a pressure control valve is arranged. The fluid pressure in the chamber can be controlled by the pressure control valve.

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automatischen Steuerung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß ein Drucksensor zur Messung des Fluiddrucks vorgesehen ist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist. Mit der Steuereinrichtung ist ebenfalls das Druckregelventil verbunden. Vorzugsweise wird ein Fluiddruck in Abhängigkeit vom Stempelweg bestimmt und ein Fluiddruck-Stempelweg-Verlauf oder ein Kenngrößen-Verlauf bestimmt, dieser mittels der Steuereinrichtung mit einem vorgegebenen Soll-Verlauf verglichen und das Druckventil in Abhängigkeit von dem Vergleich entsprechend angesteuert. Hierdurch wird erreicht, daß die Klemmkraft im wesentlichen über die Fluiddruckregelung gesteuert wird.For automatic control of the device, it is proposed that a pressure sensor be provided for measuring the fluid pressure, which is connected to the control device. The pressure control valve is also connected to the control device. Preferably, a fluid pressure is determined as a function of the piston travel and a fluid pressure-piston travel curve or a characteristic curve is determined, this is compared with a predetermined target curve by means of the control device and the pressure valve is controlled accordingly as a function of the comparison. This ensures that the clamping force is essentially controlled via the fluid pressure control.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß der Niederhalter mit einem Kolben verbunden ist, der in einem doppelt wirkenden Zylinder angeordnet ist. Durch den Zylinder erstreckt sich der Stempel hindurch. Der Stempel weist einen Druckkolben auf, der in einer mit einem inkompressiblen Fluid beaufschlagbaren Kammer geführt ist. Die Kammer ist mit einem volumenveränderlichen Reservoir verbunden. Die Kammer ist mit dem Zylinder starr verbunden und verschieblich in einem Gehäuse geführt.According to a further advantageous embodiment of the device, it is proposed that the hold-down device is connected to a piston which is arranged in a double-acting cylinder. The stamp extends through the cylinder. The stamp has a pressure piston which is guided in a chamber which can be filled with an incompressible fluid. The chamber is connected to a variable-volume reservoir. The chamber is rigidly connected to the cylinder and is guided in a housing so that it can move.

Um eine qualitativ hochwertige Stanznietverbindung zu erreichen, wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung eine Wegmeßeinrichtung, durch die wenigstens ein Verfahrweg des Stempels gemessen wird, und der Niederhalter in Abhängigkeit von dem Verfahrweg des Stempels entkoppelt bzw. mit dem Stempel gekoppelt wird.In order to achieve a high-quality punch rivet connection, it is proposed that the device has a path measuring device by which at least one travel path of the punch is measured, and that the hold-down device is decoupled or coupled to the punch depending on the travel path of the punch.

Der Verlauf der Wegänderung des Stempels kann zu einer Qualitätsaussage über die zu erzielende Stanznietverbindung herangezogen werden. Eine Qualitätsüberprüfung der Stanznietverbindung kann bereits während der Ausbildung der Stanznietverbindung vorgenommen werden. Die Wegmeßeinrichtung ist vorzugsweise am Stempel angeordnet.The course of the change in the punch's path can be used to make a quality statement about the punch rivet connection to be achieved. A quality check of the punch rivet connection can be carried out while the punch rivet connection is being formed. The path measuring device is preferably arranged on the punch.

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Alternativ oder zusätzlich wird vorgeschlagen, daß die Vorrichtung eine Meßeinrichtung aufweist, durch die eine Stempelkraft des Stempels gemessen oder bestimmt wird, wobei der Niederhalter in Abhängigkeit von der Stempelkraft und/oder dem Stempelweg vom Stempel entkoppelt bzw. mit dem Stempel gekoppelt wird.Alternatively or additionally, it is proposed that the device has a measuring device by which a punch force of the punch is measured or determined, wherein the hold-down device is decoupled from the punch or coupled to the punch depending on the punch force and/or the punch path.

Auch die Messung der Klemmkraft des Niederhalters kann zur Qualitätssicherung herangezogen werden. Insbesondere kann durch eine Messung des Weges des Stempels, der Kraft des Stempels bzw. der Klemmkraft des Niederhalters der geeignete Zeitpunkt der Entkopplung bzw. Kopplung des Niederhalters mit dem Stempel bestimmt werden.Measuring the clamping force of the hold-down device can also be used for quality assurance. In particular, by measuring the travel of the punch, the force of the punch or the clamping force of the hold-down device, the appropriate time for decoupling or coupling the hold-down device to the punch can be determined.

Es kann auch mit geeigneten Mitteln der Weg des Niederhalters abgemessen werden. Die Wegmessung des Niederhalters kann zu einer Aussage über die Dicke der zu verbindenden Lagen der Bauteile herangezogen werden, so daß der Weg des Stempels in Kenntnis der Dicke der Lagen bestimmt werden kann. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Dicke der Lagen aufgrund fertigungstechnischer Toleranzen innerhalb eines Toleranzfeldes liegt. Hierdurch wird auch vermieden, daß beispielsweise bei einer Stanznietverbindung mittels selbstlochenden Stanznietes nicht die unterste Lage durch das Stanzniet durchtrennt wird. Durch den Niederhalter können auch die Lagen so gegeneinander gedrückt werden, daß diese aneinander liegen, bevor der eigentliche Stanznietvorgang ausgelöst wird.The path of the hold-down device can also be measured using suitable means. The path measurement of the hold-down device can be used to make a statement about the thickness of the layers of the components to be joined, so that the path of the punch can be determined knowing the thickness of the layers. This is particularly important if the thickness of the layers is within a tolerance range due to manufacturing tolerances. This also prevents the bottom layer from being severed by the punch rivet, for example in a self-piercing rivet connection. The hold-down device can also be used to press the layers against each other so that they lie against each other before the actual punch riveting process is initiated.

Der Antrieb des Stempels kann mittels einer hydraulischen Antriebseinheit erfolgen. Statt einer hydraulischen Antriebseinheit wird auch vorgeschlagen, daß der Stempel mittels einer motorischen, insbesondere einer elektromotorischen, Antriebseinheit angetrieben wird. Durch die Antriebseinheit vollzieht der Stempel eine im wesentlichen lineare Bewegung.The stamp can be driven by means of a hydraulic drive unit. Instead of a hydraulic drive unit, it is also proposed that the stamp be driven by means of a motor, in particular an electric motor, drive unit. The stamp performs an essentially linear movement through the drive unit.

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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Verfahrens sowie der Vorrichtung werden anhand eines bevorzugten Ausfiihrungsbeispiels erläutert. Es zeigen:Further details and advantages of the method and the device are explained using a preferred embodiment. Shown are:

Fig. 1 schematisch und im Schnitt ein erstes Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung,Fig. 1 shows schematically and in section a first embodiment of a device for producing a punch rivet connection,

Fig. 2 schematisch und im Schnitt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung,Fig. 2 shows schematically and in section a second embodiment of a device for producing a punch rivet connection,

Fig. 3-8 Momentaufnahmen während eines Stanznietvorgangs der Vorrichtung nach Figur, 2 undFig. 3-8 Snapshots during a punch riveting process of the device according to Figure, 2 and

Fig. 9 schematisch ein Diagramm einer Klemmkraft in Abhängigkeit vomFig. 9 schematically shows a diagram of a clamping force as a function of the

Verfahrweg des Stempels.Travel path of the stamp.

Figur 1 zeigt schematisch und im Schnitt eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung. Die Vorrichtung weist einen Niederhalter 1, einen Stempel 2 und eine Matrize 3 auf. Der Niederhalter 1 ist zur Matrize 3 hin und von dieser weg bewegbar. In der Darstellung nach Figur 1 sind zwischen der Matrize 3 und dem Niederhalter 1 zwei Lagen 4, 5 von Bauteilen dargestellt. Die Lagen 4, 5 werden zwischen den Niederhalter 1 und der Matrize 3 geklemmt. Schematisch ist ein Stanzniet 8 dargestellt, welcher auf der Lage 4 aufliegt.Figure 1 shows a schematic and sectional view of a device for producing a punch rivet connection. The device has a hold-down device 1, a punch 2 and a die 3. The hold-down device 1 can be moved towards and away from the die 3. In the illustration according to Figure 1, two layers 4, 5 of components are shown between the die 3 and the hold-down device 1. The layers 4, 5 are clamped between the hold-down device 1 and the die 3. A punch rivet 8 is shown schematically, which rests on the layer 4.

Der Niederhalter 1 umgibt den Stempel 2. Auch der Stempel 2 ist zur Matrize 3 hin und von dieser weg bewegbar.The hold-down device 1 surrounds the punch 2. The punch 2 can also be moved towards and away from the die 3.

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Die Vorrichtung weist eine Kopplungseinheit 6 auf, die den Niederhalter 1 und den Stempel 2 so verbindet, daß während eines Stanznietvorgangs eine Kopplung des Niederhalters 1 mit dem Stempel 2 zwischen einem im wesentlichen starren Kopplungszustand und einem entkoppelten Zustand verändert werden kann. Hierzu weist die Kopplungseinheit 6 einen mit dem Niederhalter 1 verbundenen Kolben 9 auf. Mit dem Stempel 2 ist ein Druckkolben 10 verbunden. Der Kolben 9 und der Druckkolben 10 sind innerhalb einer Kammer 11 relativ zueinander verschieblich. Die Kammer 11 ist durch ein Gehäuse 12 begrenzt. Die Kammer 11 ist mit einem, vorzugsweise im wesentlichen inkompressiblen, Fluid 7 gefüllt. Der Fluiddruck innerhalb der volumenveränderlichen Kammer 11, die durch das Gehäuse 12, den Kolben 9 und den Druckkolben 10 begrenzt wird, ist veränderbar.The device has a coupling unit 6 which connects the hold-down device 1 and the punch 2 in such a way that during a punch riveting process a coupling of the hold-down device 1 with the punch 2 can be changed between an essentially rigid coupling state and an uncoupled state. For this purpose, the coupling unit 6 has a piston 9 connected to the hold-down device 1. A pressure piston 10 is connected to the punch 2. The piston 9 and the pressure piston 10 can be moved relative to one another within a chamber 11. The chamber 11 is delimited by a housing 12. The chamber 11 is filled with a preferably essentially incompressible fluid 7. The fluid pressure within the volume-variable chamber 11, which is delimited by the housing 12, the piston 9 and the pressure piston 10, can be changed.

Der Kolben 9 weist eine umlaufende Nut 13 auf, in der ein Dichtring 14 angeordnet ist. Hierdurch wird eine Abdichtung des Kolbens 9 gegenüber dem Innenmantel des Gehäuses 12 erreicht. Innerhalb des Kolbens 9 ist eine Durchgangsöffnung 15 ausgebildet, durch die sich der Stempel 2 hindurcherstreckt. Auch zwischen der Mantelfläche der Durchgangsöffhung 15 und dem Stempel 2 ist eine fluiddichte Verbindung vorgesehen, die durch einen Dichtring 16, der in einer Nut 17 des Kolbens 9 angeordnet ist, gebildet ist.The piston 9 has a circumferential groove 13 in which a sealing ring 14 is arranged. This seals the piston 9 against the inner casing of the housing 12. A through opening 15 is formed inside the piston 9, through which the plunger 2 extends. A fluid-tight connection is also provided between the casing surface of the through opening 15 and the plunger 2, which is formed by a sealing ring 16 that is arranged in a groove 17 of the piston 9.

Am Außenmantel des Gehäuses 12 ist ein Gehäuseteil 18 vorgesehen, in dem eine Rückholfeder 19 angeordnet ist. Das Gehäuseteil 18 ist mit dem Gehäuse 12 verbunden. Vorzugsweise ist das Gehäuseteil 18 mit dem Gehäuse 12 verschraubt. Die Rückholfeder 19 ist mit ihrem einen Ende mit dem Niederhalter 1 und mit dem gegenüberliegenden Ende mit dem Gehäuse 12 verbunden. Bei einer Bewegung des Niederhalters in Richtung der Lagen 4, 5 wird die Rückholfeder 19 gespannt. Durch die Vorspannung der Rückholfeder 19 kann der Niederhalter 1 zurückgezogen werden.A housing part 18 is provided on the outer casing of the housing 12, in which a return spring 19 is arranged. The housing part 18 is connected to the housing 12. Preferably, the housing part 18 is screwed to the housing 12. The return spring 19 is connected at one end to the hold-down device 1 and at the opposite end to the housing 12. When the hold-down device moves in the direction of the layers 4, 5, the return spring 19 is tensioned. The pre-tension of the return spring 19 allows the hold-down device 1 to be retracted.

Auf der Kammer 11 gegenüberliegenden Stirnfläche des Druckkolbens 10 ist eine Ausgleichskammer 20 ausgebildet. Die Ausgleichskammer 20 weist einen Anschluß 22 auf, durch den ein elastisches Ausgleichselement 21 mit Druck beaufschlagbar ist. Der Stempel 2 erstreckt sich durch eine Abschlußplatte 23 hindurch. In der Abschlußplatte 23 ist ein Dichtungselement 24 angeordnet, welches dichtend an dem Außenmantel des Stempels 2 anliegt.A compensation chamber 20 is formed on the end face of the pressure piston 10 opposite the chamber 11. The compensation chamber 20 has a connection 22 through which an elastic compensation element 21 can be subjected to pressure. The piston 2 extends through an end plate 23. A sealing element 24 is arranged in the end plate 23 and lies sealingly against the outer casing of the piston 2.

Das Gehäuse 12 ist mit einem Gestell 25 verbunden. Figur 1 zeigt eine Wegmeßeinrichtung 26, durch die der Stempelweg meßbar ist. Die Wegmeßeinrichtung 26 ist mit einer Steuereinrichtung 27 verbunden. Die Steuereinrichtung 27 ist über eine Sensorleitung 36 mit einem Drucksensor 28 verbunden. Der Drucksensor 28 ist in einer Leitung 29 angeordnet, die über einen Anschluß 30 mit der Kammer 11 verbunden ist. Eine Leitung 35 führt zu der Ausgleichskammer 20. In der Leitung 35 ist ein Druckregelventil 31, das über eine Steuerleitung 32 mit der Steuereinrichtung 27 verbunden ist.The housing 12 is connected to a frame 25. Figure 1 shows a distance measuring device 26, by means of which the stamping path can be measured. The distance measuring device 26 is connected to a control device 27. The control device 27 is connected to a pressure sensor 28 via a sensor line 36. The pressure sensor 28 is arranged in a line 29, which is connected to the chamber 11 via a connection 30. A line 35 leads to the compensation chamber 20. In the line 35 there is a pressure control valve 31, which is connected to the control device 27 via a control line 32.

Über eine nicht dargestellte Antriebseinheit ist der Stempel 2 und damit auch der Druckkolben 10 in Richtung der Matrize 3 und von dieser weg bewegbar. Ist das Druckregelventil 31 geschlossen und die Kammer 11 mit einem im wesentlichen inkompressiblen Fluid gefüllt, so besteht zwischen dem Stempel 2 und dem Niederhalter 1 eine im wesentlichen starre Kopplung.The punch 2 and thus also the pressure piston 10 can be moved towards the die 3 and away from it via a drive unit (not shown). If the pressure control valve 31 is closed and the chamber 11 is filled with an essentially incompressible fluid, there is an essentially rigid coupling between the punch 2 and the hold-down device 1.

Aufgrund der starren Kopplung und der Bewegung des Stempels 2 bewegt sich auch der Niederhalter 1 in Richtung der Matrize 3. Der Niederhalter 1 ist so lange mit dem Stempel 2 starr gekoppelt, bis der Niederhalter 1 eine vorgegebene Klemmkraft auf die Lagen 4, 5 aufbringt.Due to the rigid coupling and the movement of the punch 2, the hold-down device 1 also moves in the direction of the die 3. The hold-down device 1 is rigidly coupled to the punch 2 until the hold-down device 1 applies a predetermined clamping force to the layers 4, 5.

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Die Klemmkraft wird in Abhängigkeit von dem Druck des Fluids in der Kammer 11 durch den Drucksensor 28 bestimmt.The clamping force is determined by the pressure sensor 28 as a function of the pressure of the fluid in the chamber 11.

Der Stempel 2 mit dem Niet 8 wird auf der Lage 4 positioniert. Diese Position bildet beispielsweise eine Referenzlage, von der aus eine Wegmessung des Stempels 2 erfolgt. Danach treibt der Stempel 2 das Stanzniet 8 in wenigstens die Lage 4 hinein. Hierbei wird der Verfahrweg des Stempels 2 durch die Wegmeßeinrichtung 26 gemessen. Die Wegmeßeinrichtung 26 übermittelt ein Ausgangssignal an die Steuereinrichtung 27. Ist vorgegeben worden, daß der Niederhalter 1 nach einem Durchtrennen wenigstens der Lage 4 mit einer verringerten Klemmkraft auf die Lagen 4, 5 drückt, so wird in Abhängigkeit des Verfahrwegs des Stempels 2 durch die Steuereinrichtung 27 das Druckregelventil 31 angesteuert. Durch das Druckregelventil 31 wird die Leitung 29 wenigstens teilweise freigegeben, so daß ein Fluid 7 aus der Kammer 11 über die Leitung 29 ausströmen kann. Gleichzeitig bewegt sich der Druckkolben 10 in Richtung der Matrize 3 ohne daß die Klemmkraft des Niederhalters 1 verändert wird.The punch 2 with the rivet 8 is positioned on the layer 4. This position forms, for example, a reference position from which a path measurement of the punch 2 takes place. The punch 2 then drives the punch rivet 8 into at least the layer 4. The travel path of the punch 2 is measured by the path measuring device 26. The path measuring device 26 transmits an output signal to the control device 27. If it has been specified that the hold-down device 1 presses on the layers 4, 5 with a reduced clamping force after cutting through at least the layer 4, the pressure control valve 31 is controlled by the control device 27 depending on the travel path of the punch 2. The pressure control valve 31 at least partially releases the line 29 so that a fluid 7 can flow out of the chamber 11 via the line 29. At the same time, the pressure piston 10 moves in the direction of the die 3 without changing the clamping force of the hold-down device 1.

Das aus der Kammer 11 ausströmende Fluids wird der Ausgleichskammer 20 zugeführt. Der Drucksensor 28 mißt während des gesamten Vorgangs den Druck innerhalb der Kammer 11 und übermittelt diesen der Steuereinrichtung 27. Soll der Niederhalter zunächst die Lagen mit einer verringerten Klemmkraft klemmen und danach mit einer gegenüber der momentanen Klemmkraft höheren Klemmkraft gegen die Matrize drücken, so wird durch die Steuereinrichtung 27 das Druckregelventil 31 wenigstens teilweise geschlossen. Beim geschlossenen Druckregelventil 31 wird erneut eine quasi starre Verbindung zwischen dem Stempel 2 und dem Niederhalter 1 hergestellt.The fluid flowing out of the chamber 11 is fed to the compensation chamber 20. The pressure sensor 28 measures the pressure within the chamber 11 during the entire process and transmits this to the control device 27. If the hold-down device is to initially clamp the layers with a reduced clamping force and then press them against the die with a clamping force that is higher than the current clamping force, the pressure control valve 31 is at least partially closed by the control device 27. When the pressure control valve 31 is closed, a quasi-rigid connection is again established between the punch 2 and the hold-down device 1.

Während eines Stanznietvorgangs strömt wenigstens ein Teil des Fluids aus der Kammer 11 in die Ausgleichskammer 20. Für einen erneuten Stanznietvorgang ist esDuring a punch riveting process, at least part of the fluid flows from the chamber 11 into the compensation chamber 20. For a renewed punch riveting process, it is

notwendig, daß das Fluid aus der Ausgleichskammer 20 in die Kammer 11 zurückfließt. Dies kann über die Leitung 35 erfolgen. Um ein möglichst schnelles Rückfließen des Fluids aus der Ausgleichskammer 20 in die Kammer 11 zu erreichen, ist innerhalb des Kolbens 10 ein Kanal 33 vorgesehen, in dem ein Rückschlagventil 34 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 34 ist so ausgebildet, daß dieses einen Rückfluß des Fluids aus der Ausgleichskammer 20 in die Kammer 11 ermöglicht. Hierdurch wird ein mögliches Aufschäumen, wenn es sich bei dem Fluid um ein Pneumatiköl handelt, verhindert.It is necessary for the fluid to flow back from the compensation chamber 20 into the chamber 11. This can be done via the line 35. In order to achieve the fastest possible return flow of the fluid from the compensation chamber 20 into the chamber 11, a channel 33 is provided inside the piston 10, in which a check valve 34 is arranged. The check valve 34 is designed in such a way that it allows the fluid to flow back from the compensation chamber 20 into the chamber 11. This prevents possible foaming if the fluid is a pneumatic oil.

Durch das Ausgleichselement 21 kann eine Volumenänderung des Fluids aufgrund eines Aufschäumens des Fluids im Reservoir kompensiert werden.The compensating element 21 can compensate for a change in the volume of the fluid due to foaming of the fluid in the reservoir.

Die Antriebseinheit der Vorrichtung ist vorzugsweise elektromotorisch wirkend. Die elektromotorische Antriebseinheit ist über eine Übertragungseinheit mit dem Stempel verbunden. Hierdurch wird erreicht, daß eine Rotationsbewegung der elektromotrischen Antriebseinheit über die Übertragungseinheit in eine Translationsbewegung des Stempels erreicht wird. Hierdurch wird vermieden, daß eine stoßartige Beanspruchung der Vorrichtung eintritt, wie dies beispielsweise bei bekannten hydraulischen Vorrichtungen der Fall ist. Bei der Ubertragungseinheit handelt es sich vorzugsweise wenigstens um ein Getriebe. Das Getriebe ist vorzugsweise ein Untersetzgetriebe. Dies hat den Vorteil, daß eine Antriebseinheit mit einem relativ geringen Drehmoment verwendet werden kann. Das relativ geringe Drehmoment der Antriebseinheit durch das Untersetzgetriebe in Abhängigkeit von Untersetzverhältnis in ein entsprechend höheres Drehmoment bzw. Kraft auf den Stempel übertragen.The drive unit of the device is preferably an electric motor. The electric motor drive unit is connected to the stamp via a transmission unit. This ensures that a rotational movement of the electromotor drive unit is converted into a translational movement of the stamp via the transmission unit. This prevents the device from being subjected to shock loads, as is the case with known hydraulic devices, for example. The transmission unit is preferably at least one gear. The gear is preferably a reduction gear. This has the advantage that a drive unit with a relatively low torque can be used. The relatively low torque of the drive unit is transferred to the stamp by the reduction gear in a correspondingly higher torque or force depending on the reduction ratio.

Die elektromotorische Antriebseinheit ist vorzugsweise mit der Steuereinrichtung verbunden.The electric motor drive unit is preferably connected to the control device.

0 'U .:::*U V 0 'U .:::*UV

Der Verlauf der Klemmkraft des Niederhalters kann über die Steuereinrichtung 27 vorgegeben werden. Vorzugsweise umfaßt die Steuereinrichtung 27 wenigstens ein elektronisches Datenverarbeitungsgerät.The course of the clamping force of the hold-down device can be predetermined via the control device 27. Preferably, the control device 27 comprises at least one electronic data processing device.

Figur 2 zeigt ein zweites Ausfuhrungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung.Figure 2 shows a second embodiment of a device for producing a punch rivet connection.

Die Vorrichtung weist ein im wesentliches zylinderförmiges Gehäuse 12 auf. In dem Gehäuse ist ein Stempel 2 angeordnet. Der Stempel 2 ist an seinem einem Ende mit einer Setzspindel 53 verbunden. Die Setzspindel 53 ist mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden. Durch eine Spindelmutter 38 erstreckt sich die Setzspindel 53. Zwischen einer Stirnfläche des Gehäuses 12 und der Spindelmutter 38 ist ein Axiallager 37 angeordnet.The device has a substantially cylindrical housing 12. A punch 2 is arranged in the housing. The punch 2 is connected at one end to a setting spindle 53. The setting spindle 53 is connected to a drive (not shown). The setting spindle 53 extends through a spindle nut 38. An axial bearing 37 is arranged between an end face of the housing 12 and the spindle nut 38.

Innerhalb des Gehäuses 12 ist ein Zylinder 39 angeordnet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Zylinder 39 um einen hydraulischen Gleichgangzylinder. Der Zylinder 39 weist eine Kammer 40 und eine Kammer 11 auf. Die Kammern 11, 40 sind durch einen Druckkolben 10 voneinander getrennt. Dieser i# mit dem Stempel 2 verbunden.A cylinder 39 is arranged within the housing 12. The cylinder 39 is preferably a hydraulic synchronous cylinder. The cylinder 39 has a chamber 40 and a chamber 11. The chambers 11, 40 are separated from one another by a pressure piston 10. This is connected to the stamp 2.

In dem Gehäuse 12 ist ein weiterer Zylinder 41 angeordnet, der mit dem Zylinder 39 fest verbunden ist. Die Zylinder 39 und 40 sind innerhalb des Gehäuses 12 in axialer Richtung des Gehäuses verschieblich gelagert.A further cylinder 41 is arranged in the housing 12 and is firmly connected to the cylinder 39. The cylinders 39 and 40 are mounted within the housing 12 so as to be displaceable in the axial direction of the housing.

Der Zylinder 41 begrenzt eine Kammer 42, in der ein Kolben 9 angeordnet ist. Der Kolben 9 ist mit einem Niederhalter 1 verbunden. Der Stempel 2 erstreckt sich durch den Kolben 9 sowie durch den Niederhalter 1, der den Stempel 2 vorzugsweiseThe cylinder 41 defines a chamber 42 in which a piston 9 is arranged. The piston 9 is connected to a hold-down device 1. The punch 2 extends through the piston 9 and through the hold-down device 1, which preferably

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rundherum umgibt. In dem Ausführungsbeispiel ist dargestellt, daß ein Stanzniet 8 innerhalb des Niederhalters 1 angeordnet ist.all around. In the embodiment it is shown that a punch rivet 8 is arranged inside the hold-down device 1.

Der Zylinder 39 weist zwei Anschlüsse 30, 43 auf. Der Anschluß 30 ist über eine Leitung 44 mit einer Ausgleichseinheit 45 verbunden. Die Ausgleichseinheit 45 weist ein Reservoir 46 auf, in die die Leitung 44 mündet. Innerhalb des Reservoirs 46 ist ein Kolben 47 angeordnet. Der Kolben 47 ist über eine Spindel 48 mit einem Antrieb 50 verbunden. Die Spindel 48 sowie der Kolben 47 sind so ausgebildet, daß der Kolben 47 wenigstens teilweise aus dem Reservoir 46 herausgefahren beziehungsweise in diese hineingefahren werden kann, so daß sich das Volumen der Kammer 46 in Abhängigkeit von der Stellung des Kolbens 47 ändert. Die Kammer 40 ist über den Anschluß 43 mit Luft beaufschlagbar.The cylinder 39 has two connections 30, 43. The connection 30 is connected to a compensation unit 45 via a line 44. The compensation unit 45 has a reservoir 46 into which the line 44 opens. A piston 47 is arranged within the reservoir 46. The piston 47 is connected to a drive 50 via a spindle 48. The spindle 48 and the piston 47 are designed such that the piston 47 can be moved at least partially out of the reservoir 46 or into it, so that the volume of the chamber 46 changes depending on the position of the piston 47. The chamber 40 can be supplied with air via the connection 43.

Der Zylinder 41 weist zwei Anschlüsse 51, 52 auf, durch die vorzugsweise Luft in die Kammer 42 des Zylinders 41 einleitbar ist, so daß der Kolben 9 und somit auch der Niederhalter 1 zu den Lagen 4, 5 und von diesen weg bewegbar ist.The cylinder 41 has two connections 51, 52 through which air can preferably be introduced into the chamber 42 of the cylinder 41, so that the piston 9 and thus also the hold-down device 1 can be moved towards the layers 4, 5 and away from them.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Figur 2 wird nachfolgend anhand der in den Figuren 3 bis 8 dargestellten Momentaufnahmen erläutert.The operation of the device according to Figure 2 is explained below using the snapshots shown in Figures 3 to 8.

Figur 3 zeigt die Vorrichtung 2 in einer Anfangsstellung. Der Kolben 10 befindet sich in einer mittleren Lage innerhalb des Zylinders 39. Der Kolben 47 der Ausgleichseinheit 45 hat eine Endposition eingenommen, in der das Volumen der Kammer 46 am geringsten ist. Der Kolben 9 hat ejne Endstellung eingenommen, in der der Niederhalter 1 mit einem Stanzniet 8 bestückbar ist. In den Niederhalter 1 ist ein Stanzniet 8 eingebracht.Figure 3 shows the device 2 in an initial position. The piston 10 is in a middle position within the cylinder 39. The piston 47 of the compensation unit 45 has assumed an end position in which the volume of the chamber 46 is at its smallest. The piston 9 has assumed an end position in which the hold-down device 1 can be fitted with a punch rivet 8. A punch rivet 8 is inserted into the hold-down device 1.

Die Kammer 42 wird über den Anschluß 52 mit Druckluft beaufschlagt, so daß der Kolben 9 in seine zweite Endstellung verfahren wird. Hiermit bewegt sich auch der Niederhalter 1 von den Lagen 4, 5 weg. Der Stempel 2 hat seine Lage nicht verändert, so daß der Stanzniet 8 in eine Fügeposition innerhalb des Niederhalters 1 gebracht wird. Die Figur 4 zeigt die vorstehend beschriebene Stellung des Stanzniet 8 innerhalb des Niederhalters 1.The chamber 42 is pressurized with compressed air via the connection 52, so that the piston 9 is moved into its second end position. This also moves the hold-down device 1 away from the layers 4, 5. The punch 2 has not changed its position, so that the punch rivet 8 is brought into a joining position within the hold-down device 1. Figure 4 shows the position of the punch rivet 8 within the hold-down device 1 described above.

Der Niederhalter 1 mit dem Stanzniet sind beabstandet zu den zu verbindenden Bauteilen, wie dies aus der Figur 4 ersichtlich ist. Durch Zusammenwirken der Setzspindel 53 mit der Spindelmutter 38 wird der Stempel 2 in Richtung der Bauteile verfahren. Das Volumen der Kammer 11 bleibt unverändert. Der Zylinder 39 und der Zylinder 41 werden mit dem Niederhalter 1 in Richtung der Lagen 4, 5 verfahren. Der Niederhalter 1 übt eine Klemmkraft auf die Lagen 4, 5 aus.The hold-down device 1 with the punch rivet is spaced apart from the components to be connected, as can be seen in Figure 4. Through the interaction of the setting spindle 53 with the spindle nut 38, the punch 2 is moved in the direction of the components. The volume of the chamber 11 remains unchanged. The cylinder 39 and the cylinder 41 are moved with the hold-down device 1 in the direction of the layers 4, 5. The hold-down device 1 exerts a clamping force on the layers 4, 5.

Bei einer weiteren Bewegung des Stempels 2 in Richtung der Lagen 4, 5 übt der Stempel 2 eine Kraft auf das Stanzniet 8 aus, wodurch eine Ausbildung einer Stanznietverbindung erfolgt. Während der Bewegung des Stempels zur Ausbildung der Stanznietverbindung wird über den Antrieb 50 der Kolben 47 der Ausgleichseinheit 45 so verfahren, daß das Volumen der Kammer 46 vergrößert wird, so daß das Fluid aus der Kammer 42 in die Kammer 46 strömen kann. (Fig. 6).When the punch 2 is moved further in the direction of the layers 4, 5, the punch 2 exerts a force on the punch rivet 8, whereby a punch rivet connection is formed. During the movement of the punch to form the punch rivet connection, the piston 47 of the compensation unit 45 is moved via the drive 50 in such a way that the volume of the chamber 46 is increased so that the fluid can flow from the chamber 42 into the chamber 46. (Fig. 6).

Nach der erfolgten Ausbildung einer Stanznietverbindung wird der Niederhalter 1 und der Stempel 8 von den Lagen 4, 5 abgehoben. Das Abheben erfolgt über die Setzspindel 53, wobei der Druck des Fluids in der Kammer 40 vorzugsweise konstant gehalten wird, so daß die Zylinder 39, 41 gleichzeitig mit der Bewegung des Stempels bewegt werden, wie in der Figur 7 dargestellt ist.After the successful formation of a punch rivet connection, the hold-down device 1 and the punch 8 are lifted off the layers 4, 5. The lifting takes place via the setting spindle 53, the pressure of the fluid in the chamber 40 preferably being kept constant, so that the cylinders 39, 41 are moved simultaneously with the movement of the punch, as shown in Figure 7.

Zur erneuten Bestückung der Vorrichtung mit einem Stanzniet wird der Stempel in seine Endlage weiter verfahren. Das aus der Kammer 11 in die Kammer 46 geleitete Fluidvolumen während der Ausbildung der Stanznietverbindung wird aus der Kammer 46 in die Kammer 11 zurückgeführt. Dies erfolgt dadurch, daß über den Antrieb 50 der Kolben 47 in die Kammer 46 eingeführt wird. Die Kammer 42 wird mit einem Fluid beaufschlagt, so daß der Kolben 9 in seine untere Endstellung verfahren wird. Ein weiterer Stanzniet kann in den Niederhalter eingeführt werden. Die Stanzvorrichtung ist für einen erneuten Stanznietvorgang bereitgestellt. Es kann ein neuer Stanznietvorgang entsprechend durchgeführt werden.To re-equip the device with a punch rivet, the punch is moved further to its end position. The fluid volume that was led from chamber 11 to chamber 46 during the formation of the punch rivet connection is returned from chamber 46 to chamber 11. This is done by inserting piston 47 into chamber 46 via drive 50. Chamber 42 is supplied with fluid so that piston 9 is moved to its lower end position. Another punch rivet can be inserted into the hold-down device. The punching device is ready for another punch riveting process. A new punch riveting process can be carried out accordingly.

In der Figur 9 ist schematisch ein Klemmkraft-Stempelweg-Diagramm dargestellt.Figure 9 shows a schematic clamping force-punch travel diagram.

Die Herstellung einer Stanznietverbindung mit einem Hohlniet kann in die Abschnitte Schneiden, Spreizen und Stauchen unterteilt werden. Die Ausprägung der einzelnen Abschnitte kann unterschiedlich stark sein.The production of a punch rivet connection with a hollow rivet can be divided into the following stages: cutting, spreading and upsetting. The extent of the individual stages can vary.

Aus dem Verlauf der Klemmkraft über dem Stempelweg ist erkennbar, daß die Klemmkraft relativ schnell ansteigt und im wesentlichen während des gesamten Schneidvorgangs konstant gehalten wird. Der Verlauf zeigt, daß die Klemmkraft während des Spreizvorgangs und im wesentlichen während des Stauchvorgangs gegenüber der Klemmkraft während des Schneidvorgangs geringer ist. Durch die Verringerung der Klemmkraft wird erreicht, daß eine zum Halbhohlniet hin gerichtete Bewegung wenigstens einer Lage ermöglicht wird.From the progression of the clamping force over the punch path, it can be seen that the clamping force increases relatively quickly and is essentially kept constant throughout the entire cutting process. The progression shows that the clamping force during the spreading process and essentially during the upsetting process is lower than the clamping force during the cutting process. By reducing the clamping force, it is possible to move at least one layer towards the semi-tubular rivet.

Das Klemmkraft-Stempelweg-Diagramm stellt dar, daß kurz vor dem Ende des Stauchvorgangs die Klemmkraft des Niederhalters gegenüber der verringerten Klemmkraft ansteigt. Hierdurch sollen etwaige Ausbildungen von Wülsten oderThe clamping force-punch travel diagram shows that shortly before the end of the upsetting process, the clamping force of the blank holder increases compared to the reduced clamping force. This is intended to prevent any formation of beads or

Verwerfüngen, die sich über den Kopf des Stanznietes erheben, in die obere Lage eingedrückt werden.Deformations that rise above the head of the rivet are pressed into the upper layer.

Der Verlauf der Klemmkraft in Abhängigkeit vom Stempelweg ist in der Figur 2 schematisch dargestellt. Er kann an unterschiedliche Stanznietaufgaben angepaßt werden. Insbesondere kann der Klemmkraftverlauf in Abhängigkeit von den zu verbindenden Bauteilen, sowie des Stanznietes gewählt werden.The progression of the clamping force as a function of the punch path is shown schematically in Figure 2. It can be adapted to different punch riveting tasks. In particular, the progression of the clamping force can be selected as a function of the components to be connected and the punch rivet.

Gestrichelt ist ein weiterer Verlauf einer Klemmkraft in Abhängigkeit vom Stempelweg dargestellt. Der Verlauf zeigt, daß die Klemmkraft zunächst bis zu einem vorgegebenen Wert steigt und auf diesen Wert gehalten wird. Insbesondere während eines Stauchvorgangs wird die Klemmkraft für einen vorgegebenen Stempelweg erhöht und danach wieder verringert.A further curve of a clamping force as a function of the punch travel is shown in dashed lines. The curve shows that the clamping force initially increases to a predetermined value and is maintained at this value. During a compression process in particular, the clamping force is increased for a predetermined punch travel and then reduced again.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist auch für andere Ausbildungen von Nietverbindungen geeignet, insbesondere mittels Hohlnieten, Vollnieten und dergleichen. Es ist nicht zwingend, daß eine Selbstlochung durch ein Niet erfolgt.The device according to the invention is also suitable for other designs of riveted joints, in particular by means of hollow rivets, solid rivets and the like. It is not essential that self-piercing is carried out by a rivet.

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BezugszeichenlisteList of reference symbols

1 Niederhalter1 hold-down

2 Stempel 3 Matrize2 Stamp 3 Die

4 Lage4 Location

5 Lage5 Location

6 Kopplungseinheit6 Coupling unit

7 Fluid7 Fluid

8 Stanzniet8 Punch rivet

9 Kolben9 pistons

10 Druckkolben10 pressure pistons

11 Kammer11 Chamber

12 Gehäuse 13 Nut12 Housing 13 Groove

14 Dichtring14 Sealing ring

15 Durchgangsöfihung15 Passage opening

16 Dichtring16 Sealing ring

17 Nut17 grooves

18 Gehäuse18 Housing

19 Rückholfeder19 Return spring

20 Ausgleichskammer20 Compensation chamber

21 Ausgleichselement21 Compensating element

22 Anschluß22 Connection

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2323 AbschlußplatteEnd plate 2424 DichtungselementSealing element 2525 Gestellframe 2626 WegmeßeinrichtungPosition measuring device 2727 SteuereinrichtungControl device 2828 DrucksensorPressure sensor 2929 LeitungLine 3030 AnschlußConnection 3131 StellorganActuator 3232 SteuerleitungControl line 3333 Kanalchannel 3434 Rückschlagventilcheck valve 3535 LeitungLine 3636 SensorleitungSensor cable 3737 Lagercamp 3838 SpindelmutterSpindle nut 3939 Zylindercylinder 4040 Kammerchamber 4141 Zylindercylinder 4242 Kammerchamber 4343 AnschlußConnection 4444 LeitungLine 4545 AusgleichseinheitCompensation unit 4646 Reservoirreservoir ....... ...... ..._: ........... : : .:
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47 Kolben47 pistons

48 Spindel48 spindle

49 Lager49 warehouses

50 Antrieb50 Drive

51 Anschluß51 Connection

52 Anschluß52 Connection

53 Setzspindel53 Setting spindle

Claims

1. Device for producing a punch rivet connection with a die ( 3 ), a hold-down device ( 1 ) and a punch ( 2 ), wherein the punch ( 2 ) and the hold-down device ( 1 ) can be moved towards and away from the die ( 3 ), wherein at least two layers ( 4 , 5 ) of components can be clamped between the hold-down device ( 1 ) and the die ( 3 ), and a punch rivet ( 8 ) for connecting the layers ( 4 , 5 ) by means of the punch ( 2 ) at least the layer ( 4 ) adjacent to the hold-down device ( 1 ) can be driven in, characterized by a coupling unit ( 6 ) which connects the hold-down device ( 1 ) and the punch ( 2 ) in such a way that during a punch riveting process a coupling of the hold-down device ( 1 ) with the punch ( 2 ) can be switched between a coupling state and a decoupled state, and by a drive unit which drives the stamp ( 2 ).

2. Device according to claim 1, characterized in that the hold-down device ( 1 ) has a piston ( 9 ) and the stamp ( 2 ) has a pressure piston ( 10 ), that the piston ( 9 ) and the pressure piston ( 10 ) are movable relative to one another in a chamber ( 11 ) of the coupling unit ( 6 ) filled with a preferably incompressible fluid, wherein the fluid pressure in the chamber ( 11 ) is variable.

3. Device according to claim 2, characterized in that a control device ( 27 ) is provided for controlling the coupling unit ( 6 ), wherein during a punch riveting process a clamping force exerted by the hold-down device ( 1 ) on the at least two layers ( 4 , 5 ) is varied according to a predetermined course depending at least on the punch path or a characteristic value derived from the punch path.

4. Device according to claim 2 or 3, characterized in that at least one compensation chamber ( 20 ) is provided, into which at least a part of the fluid from the chamber ( 11 ) can be conducted via at least one line ( 29 , 35 ) and from there can be conducted back into the chamber ( 11 ).

5. Device according to claim 4, characterized in that a pressure control valve ( 31 ) or a proportional control valve is provided in at least one line ( 29 ).

6. Device according to claim 3, 4 or 5, characterized in that a pressure sensor ( 28 ) is provided for measuring a fluid pressure.

7. Device according to claim 6, characterized in that the control device ( 27 ) is connected to the pressure sensor ( 28 ) and to at least one pressure control valve ( 31 ).

8. Device according to claim 7, characterized in that a fluid pressure is determined as a function of the piston travel and a fluid pressure-piston travel curve or a characteristic value curve is derived, this is compared with a predetermined target curve by means of the control device ( 27 ) and the pressure control valve ( 31 ) is controlled accordingly as a function of the comparison.

9. Device according to claim 1, characterized in that the hold-down device ( 1 ) is connected to a piston ( 9 ) which is arranged in a cylinder ( 41 ) through which the stamp ( 2 ) extends, that the stamp ( 2 ) has a pressure piston ( 10 ) which is guided in a cylinder ( 39 ) which can be acted upon by an incompressible fluid, and that the cylinder ( 39 ) is connected to a reservoir ( 46 ) whose volume is variable, the cylinders ( 39 , 41 ) being rigidly connected to one another and being guided displaceably in a housing ( 12 ).

10. Device according to claim 1, characterized in that the hold-down device ( 1 ) is connected to a piston ( 9 ) which is arranged in a cylinder ( 41 ) through which the stamp ( 2 ) extends, that the stamp ( 2 ) has a pressure piston ( 10 ) which is guided in a cylinder ( 39 ) which can be acted upon by an incompressible fluid, and that the cylinder ( 39 ) is connected to a reservoir ( 46 ) whose volume is variable, the cylinders ( 39 , 41 ) being rigidly connected to one another and being guided displaceably in a housing ( 12 ).

11. Device according to one of the preceding claims, characterized by a path measuring device ( 26 ) for measuring a stamp path of the stamp ( 2 ), wherein the coupling state is changed depending on the stamp path.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized by a measuring device by which a stamping force of the stamp ( 2 ) is measured or determined, wherein the coupling state is changed depending on the stamping force and/or the stamping path.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized by a measuring device by which a clamping force of the hold-down device ( 1 ) is measured or determined, wherein the coupling state is changed depending on the clamping force and/or the punch force and/or the punch path.