VERFAHREN ZUM VERBINDEN WENIGSTENS ZWEIER BAUTEILE MITTELS EINER STANZNIETVORRICHTUNG UND FERTIGUNGSEINRICHTUNG

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels einer Stanznietvorrichtung (10), wobei die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen einem Stempel (15) und einem Gegenhalter (18) angeordnet werden, wobei ein zwischen dem Stempel (15) und einem dem Stempel zugewandten Bauteil (11) der wenigstens zwei Bauteile angeordneter Niet (20) mittels des Stempels (15) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) eingedrückt wird, indem der Stempel (15) mit einer Kraft (F) beaufschlagt wird, und wobei während des Eindrückens des Niets (20) zumindest zeitweise ein Gradient der Kraft ermittelt wird, sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer solchen Stanznietvorrichtung (10).

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Stanznietvorrichtung, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie eine Fertigungseinrichtung mit einer Stanznietvorrichtung.

Stand der Technik

[0002] Verfahren zum Stanznieten dienen zum Verbinden wenigstens zweier in einem Verbindungsbereich insbesondere eben ausgebildeter Bauteile (Fügepartner). Ein Stanznietverfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Vorlochen der miteinander zu verbindenden Bauteile nicht erforderlich ist. Vielmehr wird ein Niet mittels eines Stempels oder eines Stempelwerkzeugs in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, wobei durch einen entsprechend geformten Gegenhalter, bspw. in Form einer Matrize, der mit dem Stempelwerkzeug zusammenwirkt, sichergestellt ist, dass der Niet oder die Bauteile sich in einer bestimmten Art und Weise verformen, um eine kraft- und formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen herzustellen.

[0003] Weiterhin ist bspw. aus der EP 2 318 161 B1 ein sog. Ultraschall-Stanznietverfahren bekannt, bei dem ein Schwingungserzeuger, wie bspw. ein Ultraschall-Generator verwendet wird, um ein oder mehrere Komponenten beim Verbinden der Bauteile in Schwingung zu versetzen. Durch diese Schwingung wird bspw. die aufzuwendende Kraft zum Eindrücken des Niets reduziert.

[0004] Aus der EP 2 623 952 A1 ist bspw. bekannt, dass bei verschiedenen Materialien Risse in der Oberfläche auftreten können und es werden Möglichkeiten vorgeschlagen, solche Risse zu erkennen.

Offenbarung der Erfindung

[0005] Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Stanznietvorrichtung, eine Recheneinheit zu dessen Durchführung sowie eine Fertigungseinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.

[0006] Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile mittels einer Stanznietvorrichtung. Dabei werden die wenigstens zwei Bauteile zwischen einem Stempel und einem Gegenhalter angeordnet, ein zwischen dem Stempel und einem dem Stempel zugewandten Bauteil der wenigstens zwei Bauteile angeordneter Niet wird mittels des Stempels in die wenigstens zwei Bauteile eingedrückt, indem der Stempel mit einer Kraft beaufschlagt wird. Während des Eindrückens des Niets wird dabei zumindest zeitweise ein Gradient der Kraft ermittelt. Es kann sich dabei um einen zeitlichen Gradienten, d.h. Kraft pro Zeit, oder um einen örtlichen Gradienten, d.h. Kraft pro Weg, handeln.

[0007] Bei Stanznietverfahren kann eine Kraft als Funktion der Position bzw. des Wegs des Stempels für eine Qualitätsbewertung des Stanznietprozesses herangezogen werden. Dabei kann bspw. untersucht werden, ob sich der Kraftverlauf innerhalb gewisser Grenzwerte, bspw. einer sog. Hüllkurve, bewegt. Bei der Verbindung von Bauteilen aus sprödem Material mittels eines Stanznietverfahrens kann es aufgrund der Ausübung der Kraft zu Defekten, bspw. Rissen, in einem oder mehreren der Bauteile, aber auch in dem Niet, kommen. Das Auftreten eines solchen Defekts führt dabei zu gewissen kurzzeitigen Schwankungen in der Kraft, die auf den Stempel bzw. die Bauteile ausgeübt wird, da bspw. eines der Bauteile nachgibt. Solche Schwankungen sind jedoch in aller Regel verhältnismäßig klein, so dass solche Schwankungen im Rahmen einer Überwachung des Kraftverlaufs bezüglich der erwähnten Grenzwerte in der Regel nicht erkannt werden. Dies liegt daran, dass solche Grenzwerte eine gewisse Schwankung zulassen sollen, innerhalb derer ein Stanznietvorgang noch als für in Ordnung befunden werden soll.

[0008] Wird nun jedoch, wie vorgeschlagen, der Gradient der Kraft ermittelt, so können besonders vorteilhaft und auf sehr einfache Weise Defekte, insbesondere Risse, in den Bauteilen bzw. dem Niet erkannt werden, da ein solcher Defekt eine kurze ruckartige Bewegung des Stempels hervorruft, die als schnelle Änderung der Kraft und damit steiler Gradient erkennbar ist.

[0009] Als spröde Materialien, bei denen das vorgeschlagene Verfahren besonders vorteilhaft anwendbar ist, kommen bspw. Aluminium-Magnesium-Guss, kohlefaserverstärkter Kunststoff (CFK), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), 7xxx-Alumnium-Blech, Magnesium-Blech oder Titan-Blech in Frage.

[0010] Vorzugsweise wird die Erkennung des Defekts anhand eines Vergleichs des Gradienten der Kraft mit wenigstens einem Schwellwert, der insbesondere in Abhängigkeit von den wenigstens zwei Bauteilen und/oder des Niets und/oder des Gegenhalters vorgegeben wird, vorgenommen. Solche Schwellwerte können bspw. aufgrund von Test- bzw. Erfahrungswerten gewählt werden. Es kann dann bspw. auf einen Defekt erkannt werden, wenn der Gradient (betragsmäßig) den Schwellwert überschreitet. Dabei kann berücksichtigt werden, dass bspw. erst ab einem bestimmten Wert des Gradienten überhaupt von einem Defekt ausgegangen werden kann. Es versteht sich auch, dass solche Schwellwerte materialabhängig sind und daher auch bspw. bei jeder neuen Verwendung des Stanznietgeräts neu vorgegeben bzw. eingestellt werden können, somit als von einem Benutzer vorgebbar sind. Neben der Art des Materials kann aber bspw. auch die Dicke der zu verbindenden Bauteile relevant sein. Denkbar ist dabei auch, dass über die Verwendung verschiedener Schwellwerte eine Unterscheidung zwischen verschiedenen Arten von Defekten und/oder Defekten an verschiedenen Komponenten, also bspw. einem Bauteil und dem Niet, getroffen wird.

[0011] Vorteilhafterweise wird der Gradient der Kraft mit einem zugehörigen Stanznietvorgang verknüpft und insbesondere auf einem Speichermedium abgespeichert. Damit ist eine Dokumentation des Nietvorgangs und dessen Qualität möglich ("Logbuchfunktion"). Bspw. können auf diese Weise später Defekte leicht aufgefunden oder erklärt werden. Zudem ist eine solche Dokumentation für industrielle Anwendungen oftmals vorgeschrieben. Zweckmäßig kann es auch sein, die Verknüpfung und Abspeicherung nur durchzuführen, wenn ein Defekt erkannt wurde. Damit wird eine unnötige Erzeugung von Daten vermieden. Möglich ist auf diese Weise auch, eine insgesamt während eines bestimmten Zeitraums auftretende Anzahl an Defekten zu ermitteln, wodurch bspw. Rückschlüsse auf eine Qualität der verwendeten Bauteile bzw. Niete möglich ist.

[0012] Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn nach einem erkannten Defekt der betreffende Stanznietvorgang vor dessen Ende bereits sobald als möglich nach der Erkennung des Defekts abgebrochen wird, sodass die Bauteile bzw. der Niet aussortiert werden können. Damit geht ein geringer Zeitverlust einher.

[0013] Denkbar ist auch, dass ein erkannter Defekt auf Anzeigemitteln, bspw. einem Display, angezeigt wird. So kann ein Defekt schnell erkannt werden und die entsprechenden Bauteile bzw. der Niet können aussortiert werden. Denkbar ist dabei auch ein akustisches Signal, das die Erkennung eines Defekts angibt.

[0014] Es ist von Vorteil, wenn zusätzlich zu dem Gradienten der Kraft ein weiteres Verfahren und/oder eine weitere Qualitätskenngröße für eine Qualitätsbewertung eines zugehörigen Stanznietvorgangs und/oder einer in diesem Stanznietvorgang erzeugten Verbindung der wenigstens zwei Bauteile verwendet wird. Bei dem Verfahren bzw. der Qualitätskenngröße kann es sich bspw. um einen Kraft-Weg- oder Kraft-Zeit-Verlauf, wie eingangs erwähnt, handeln. Auf diese Weise kann eine Qualitätsbewertung des gesamten Stanznietvorgangs erfolgen, die insbesondere auch eine Bewertung anderer bzw. zusätzlicher Faktoren des Stanznietvorgangs neben der Erkennung von Defekten erlaubt. Zudem sind auf diese Weise auch, zumindest teilweise, redundante Bewertungskriterien möglich. Zwei redundante Bewertungskriterien sind aus Gründen der Prozesssicherheit oftmals sogar gefordert. Zudem kann sich dann zunutze gemacht werden, dass für den Gradienten der Kraft die Kraft ohnehin erfasst werden muss.

[0015] Vorzugsweise wird der Gradient der Kraft während wenigstens eines ausgewählten Zeit- und/oder Wegbereiches während des Eindrückens des Niets ermittelt. Damit können bspw. die Zeit- bzw. Wegbereiche ausgewählt werden, in denen erfahrungsgemäß Defekte bzw. Risse zu erwarten sind. Somit ist keine Überwachung des gesamten Stanznietvorgangs nötig.

[0016] Alternativ ist es auch bevorzugt, wenn der Gradient der Kraft während der gesamten Zeitdauer oder während des gesamten Wegs des Eindrückens des Niets ermittelt wird. Damit kann eine höhere Wahrscheinlichkeit, einen Defekt zu erkennen erreicht werden, insbesondere wenn bspw. ein Defekt an einer unüblichen Position oder zu einer unüblichen Zeit auftritt.

[0017] Vorteilhafterweise wird der Gradient der Kraft mittels einer zeit- oder wegabhängigen Abtastung ermittelt. Bei der zeitabhängigen Abtastung kann die Kraft bspw. mit einer bestimmten Frequenz erfasst werden, sodass der Gradient ermittelt werden kann. Bei der wegabhängigen Abtastung kann die Kraft bspw. nach jedem Zurücklegen einer bestimmten Distanz durch den Stempel, bspw. alle 5 µm, erfasst werden. Bei der wegabhängigen Abtastung kann bspw. einer geringen Vorschubgeschwindigkeit insofern Rechnung getragen werden, als nur eine geringe Datenmenge anfällt. Bei der zeitabhängigen Abtastung sollte bspw. auf eine geeignete Frequenz, bspw. 50 oder 100 kHz, geachtet werden, sodass keine zu hohe Datenmenge anfällt, aber dennoch eine hinreichend genaue Erfassung eines Gradienten und damit eine Erkennung eines Defekts möglich ist.

[0018] Vorzugsweise wird wenigstens eine beim Eindrücken des Niets beteiligte Komponente beim Eindrücken mittels eines Schwingungserzeugers in Schwingung versetzt. Auf diese Weise ist eine besonders einfache Herstellung der Niet-Verbindung möglich, wobei gleichzeitig weniger Kraft zum Eindrücken des Niets benötigt wird. Es sei jedoch angemerkt, dass die Erkennung eines Defekts sowohl bei einem herkömmlichen Stanznietverfahren ohne Schwingungseinkopplung als auch bei einem Stanznietverfahren mit Schwingungseinkopplung verwendet werden kann.

[0019] Bei dieser Komponente kann es sich insbesondere um den Niet, den Stempel, den Gegenhalter und/oder wenigstens eines der wenigstens zwei Bauteile handeln. Durch eine Einkopplung einer Schwingung über verschiedene Komponenten kann sowohl Wärme erzeugt werden, die den Nietvorgang vereinfacht, als auch eine nötige Kraft auf den Niet zum Eindrücken in die Bauteile verringert werden. Insbesondere für letzteres ist es zweckmäßig, den Stempel in Schwingung zu versetzen. Hierzu kann bspw. der Stempel direkt an den Schwingungserzeuger angekoppelt sein bzw. sogar Teil des Schwingungserzeugers sein. Nichtsdestotrotz können auch zusätzlich oder alternativ andere der genannten Komponenten in Schwingung versetzt werden, um den Nietvorgang zu verbessern.

[0020] Als Schwingungserzeuger kommt dabei insbesondere ein Schall-Generator, insbesondere ein Ultraschall-Generator, in Frage. Hierbei handelt es sich um eine einfache Methode zur Schwingungserzeugung.

[0021] Eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung weist eine Stanznietvorrichtung mit einem Stempel, einem Gegenhalter und insbesondere einem Schwingungserzeuger, und eine erfindungsgemäße Recheneinheit auf. Vorzugsweise weist die Fertigungseinrichtung auch Anzeigemittel auf, die insbesondere dazu eingerichtet sind, den Gradienten der Kraft und/oder eine Erkennung eines Defekts anzuzeigen.

[0022] Bezüglich der Vorteile einer erfindungsgemäßen Fertigungseinrichtung sei an dieser Stelle zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.

[0023] Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein eine Steuereinheit oder ein Steuergerät für eine Stanznietvorrichtung, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.

[0024] Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.

[0025] Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

[0026] Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

[0027] Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figurenbeschreibung

[0028] 

Figur 1

zeigt vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung in einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 2

zeigt schematisch eine Stanznietvorrichtung mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.

Figuren

3a bis 3d zeigen eine Stanznietvorrichtung bei verschiedenen Phasen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.

Figur 4

zeigt einen Kraft-Positions-Verlauf bei einem Stanznietverfahren.

Figur 5

zeigt einen Ausschnitt aus Figur 4 vergrößert.

Detaillierte Beschreibung der Zeichnung

[0029] In Figur 1 ist vereinfacht und schematisch eine erfindungsgemäße Fertigungseinrichtung 100 in einer bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Bei der Fertigungseinrichtung 100 kann es sich bspw. um einen Industrieroboter in einer Fertigungshalle, bspw. für einen automobilen Karosseriebau, handeln.

[0030] Die Fertigungseinrichtung 100 weist dabei eine auf einem Boden angeordnete Trägerstruktur 3 und zwei daran angeordnete, miteinander verbundene und bewegliche Arme 4 und 5 auf. Am Ende des Armes 5 ist eine erfindungsgemäße Stanznietvorrichtung 10 angeordnet, welche nachfolgend noch detaillierter beschrieben wird.

[0031] Weiterhin ist eine Recheneinheit 80 gezeigt, bei der es sich bspw. um eine Steuereinheit für die Stanznietvorrichtung 10 handelt. Die Recheneinheit 80 kann zudem auch als Steuereinheit für die gesamte Fertigungseinrichtung, d.h. neben der Stanznietvorrichtung insbesondere auch für die Ansteuerung der beweglichen Arme vorgesehen sein. Weiterhin sind Anzeigemittel 90, bspw. ein Display, vorgesehen, auf denen bspw. aktuelle Betriebsparameter der Stanznietvorrichtung angezeigt werden können. Es kann sich bei dem Element 90 auch um ein kombiniertes Anzeige-/Eingabemittel, z.B. einen Touchscreen, handeln.

[0032] In Figur 2 ist schematisch eine Stanznietvorrichtung 10 dargestellt. Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Rahmen 60 auf, der vorzugsweise in Form eines C-Rahmens oder C-Bügels vorliegt, an welchem die einzelnen Komponenten bei einer Stanznietvorrichtung in der Regel angeordnet sind, um die gewünschte Position zueinander einnehmen zu können. Über den Rahmen 60 kann die Stanznietvorrichtung 10 bspw. an einem Arm wie in Figur 1 gezeigt befestigt sein.

[0033] Die Stanznietvorrichtung 10 weist einen Stempel (bzw. eine Sonotrode) 15 auf, beispielhaft mit einem runden Querschnitt. Der Stempel 15 ist von einem (hülsenförmigen) Niederhalter 16 radial umgeben und relativ zu diesem in Längsrichtung beweglich angeordnet. Der Niederhalter ist hierbei vorzugsweise an einem sog. Nullamplitudendurchgang des Stempels, d.h. einer Position des Stempels, an der Schwingungsamplituden Null oder zumindest möglichst gering sind, mittels einer Feder befestigt. Insbesondere ist der Stempel 15 mit einem Antrieb 50 gekoppelt, der dazu dient, eine zum Eindrücken des Niets 20 in die beiden Bauteile 11, 12 benötigte Kraft F aufzubringen. Der Antrieb 50 kann bspw. mittels der Recheneinheit 80 gesteuert werden. Dabei kann die Kraft F bspw. über einen Sollwert vorgegeben und als Istwert erfasst werden.

[0034] Ebenfalls ist der Niederhalter 16 dazu eingerichtet, gegen die Oberfläche des dem Stempel 15 zugewandten Bauteils 11 mit einer Niederhaltekraft zu drücken. Hierzu kann bspw. ein eigener Antrieb vorgesehen sein. Jedoch kann der Niederhalter auch (wie hier gezeigt) an den Antrieb des Stempels oder an den Stempel selbst gekoppelt sein, bspw. mittels einer Feder.

[0035] Auf der dem Stempel 15 und dem Niederhalter 16 gegenüberliegenden Seite der beiden Bauteile 11, 12 ist ein Gegenhalter in Form einer Matrize 18 angeordnet. Der Stempel 15 und die Matrize 18 sind in vertikaler Richtung, wie auch der Niederhalter 16, beweglich angeordnet und relativ zueinander bewegbar. Der Niederhalter 16 und die Matrize 18 dienen dazu, die beiden Bauteile 11, 12 zwischen dem Niederhalter 16 und der Matrize 18 während der Bearbeitung durch den Stempel 15 einzuspannen bzw. zusammenzudrücken.

[0036] Der Niet 20, hier beispielhaft ein Halbhohlniet, besteht bevorzugt aus einem gegenüber den Werkstoffen der beiden Bauteile 11, 12 härteren Material, zumindest im Bereich eines Nietschafts. Die dem Bauteil 11 abgewandte, ebene Oberseite des Niets ist in Wirkverbindung mit dem Stempel 15 angeordnet, der an der Oberseite des Niets 20 flächig anliegt.

[0037] Der Stempel 15 ist mit einem (mechanischen) Schwingungserzeuger 30 zur Erzeugung von Schwingungen bzw. Vibrationen, z.B. einem Konverter bzw. Piezokonverter, wirkverbunden. Insbesondere werden mittels des Schwingungserzeugers 30 Ultraschallschwingungen mit einer Schwingweite (Abstand zwischen maximaler positiver und negativer Amplitude einer Schwingung) zwischen 10 µm und 110 µm (entspricht einer Amplitude von 5 µm bis 55 µm) und einer Frequenz zwischen 15 kHz und 35 kHz oder ggf. auch höher erzeugt. Diese Schwingungen werden von dem Schwingungserzeuger 30 über den Stempel 15 in den Niet 20 eingekoppelt. Der Schwingungserzeuger 30 ist an die Recheneinheit 80 angebunden und kann von dieser angesteuert werden. Die Recheneinheit weist dazu einen elektrischen Schwingungserzeuger, z.B. Funktionsgenerator, auf.

[0038] Bei dem Antrieb 50 kann es sich bspw. um einen Antrieb mit Kugel-, Rollen- oder Planetengewindetrieb oder dergleichen handeln, der dazu geeignet ist, eine Kraft F zum Eindrücken des Niets 20 in die Bauteile 11, 12 aufzubringen. An dem Antrieb 50 ist eine Haltevorrichtung 35, bspw. in Form eines Rahmens oder eines Gestells, angebracht. An der Haltevorrichtung 35 ist ein Schwingsystem 39, das vorliegend den Schwingungserzeuger 30, einen Booster 31 sowie den Stempel bzw. die Sonotrode 15 umfasst, angeordnet.

[0039] In den Figuren 3a bis 3d ist die Stanznietvorrichtung 10, wie sie in Figur 2 detaillierter beschrieben wurde, bei verschiedenen Phasen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt.

[0040] Weiterhin ist beispielhaft ein Positionssensor 40 gezeigt, der dazu eingerichtet ist, eine Position oder einen Weg x des Stempels 15 zu erfassen. Diese Position x kann dabei an die Recheneinheit 80 übermittelt werden. Die Position des Stempels kann jedoch bspw. auch über den Antrieb des Stempels ermittelt werden, bspw. bei einem Kugelgewindetrieb über eine Steigung des Gewindes und einer Anzahl an Umdrehungen.

[0041] Die in Figur 3a gezeigte Phase des erfindungsgemäßen Verfahrens stellt einen Beginn des Stanznietverfahrens dar, bei dem der Nietschaft 24 in Wirkverbindung mit der Oberseite des Bauteils 11 gelangt. Dabei wird der Stempel 15 mit der Kraft F gegen das dem Stempel 15 zugewandte Bauteil 11 gedrückt.

[0042] In einer in Figur 3b gezeigten weiteren Phase, d.h. während des weiteren Verlaufs des Nietvorgangs und unter Unterstützung der in die Bauteile 11, 12 eingekoppelten Schwingungen schneidet bzw. stanzt der Nietschaft 24 sich zunächst in das Bauteil 11 ein. Dabei werden die beiden Bauteile 11, 12 plastisch verformt, wobei das einer Ausnehmung 22 der Matrize 18 zugewandte Bauteil 12 in den entsprechenden Bereichen in die Ausnehmung 22 eingedrückt wird.

[0043] Während des weiteren Bewegungswegs bzw. der weiteren Abwärtsbewegung des Niets 20 entsprechend der Figur 3c wird der Nietschaft 24 im Bereich der Ausnehmung 22 nach außen gespreizt, wodurch die beiden Bauteile 11, 12 in Axialrichtung sicher form- und kraftschlüssig miteinander verbunden werden.

[0044] Wesentlich kann dabei sein, dass entsprechend der Figur 3d, die die Endposition des Niets 20 zeigt, der Nietschaft 24 nicht aus dem Bauteil 12 herausragt bzw. dieses nicht vollständig durchdringt.

[0045] Nachdem der Niet 20 die in der Figur 3d dargestellte Endposition erreicht hat, bei der die Oberseite 26 des Niets 20 zumindest in etwa bündig mit der Oberseite des Bauteils 11 abschließt, wird anschließend der Stempel 15 wieder von den Bauteilen 11, 12 in entgegengesetzte Richtung nach oben bewegt.

[0046] In Figur 4 ist ein beispielhafter Kraft-Positions-Verlauf bei einem Stanznietverfahren gezeigt. Dabei ist eine Kraft F gegenüber einer Position bzw. einem Weg x aufgetragen. Mit F(x) ist dabei ein Verlauf einer Kraft F, die zum Eindrücken des Niets auf den Stempel ausgeübt wird, als Funktion gegenüber der Position x des Stempels beim Eindrücken angegeben. Es sei angemerkt, dass hierbei lediglich eine relative Position x, d.h. der zurückgelegte Weg des Stempels relevant ist.

[0047] Weiterhin ist eine Hüllkurve mit den Schwell- bzw. Grenzwerten G₁₁ und G₂₁ eingezeichnet, die maximal bzw. minimal zulässige Werte für die Kraft F bzw. die Funktion F(x) kennzeichnen. Bspw. können Nietvorgänge, bei denen die Funktion F(x) die Grenzwerte unter- bzw. überschreitet, als von zu geringer Qualität aussortiert werden.

[0048] Weiterhin sind weitere Schwellwerte G₁₂ und G₂₂ gezeigt, die innerhalb der Hüllkurve mit den Grenzwerten G₁₁ und G₂₁ liegen. Diese Schwellwerte können bspw. als Warnkurve dienen, so dass bspw., wenn diese Schwellwerte unter- bzw. überschritten werden, eine Korrekturmaßnahme eingeleitet werden kann oder aber die zugehörige Nietverbindung als problematisch eingestuft werden kann.

[0049] Weiterhin ist ein Fenster 301 gezeigt, das beispielhaft eine prozessrelevante Stelle, hier eine Endposition, angibt. In einem solchen Fenster können weitere, einzuhaltende Schwellwerte festgelegt werden.

[0050] Am Verlauf F(x) ist weiterhin zu erkennen, dass in etwa nach zwei Drittel des Wegs eine Unregelmäßigkeit in Form einer kurzen Schwankung der Kraft F auftritt, wie sie bspw. von einem Riss oder einem anderen Defekt verursacht wird. Der Wert der Kraft F über- oder unterschreitet jedoch weder die Warn- noch die Hüllkurve, wie sie anhand der Schwellwerte G₁₁ und G₂₁ bzw. G₁₂ und G₂₂ festgelegt sind. Der Riss bzw. der Defekt ist allein durch die Überwachung des Kraft-Weg-Verlaufs damit in aller Regel nicht erkennbar.

[0051] Weiterhin sind zwei Wegabschnitte Δx₁ und Δx₂ gezeigt, während welcher die Ermittlung des Gradienten der Kraft F vorgenommen werden kann, welcher im vorliegenden Beispiel als örtlicher Gradient ermittelt wird. Dabei umfasst der Wegabschnitt Δx₁ nur einen Teil des gesamten Wegs, in welchem bspw. ein Defekt am wahrscheinlichsten auftreten wird. Der Wegabschnitt Δx₂ hingegen umfasst den gesamten Weg vom Beginn des Stanznietvorgangs bis zum Ende.

[0052] In Figur 5 ist der Ausschnitt aus Figur 4, in welchem die Unregelmäßigkeit im Verlauf F(x) auftritt, vergrößert dargestellt. Hier ist nun deutlich die Schwankung der Kraft F zu sehen. Mit dF ist hierbei der Rückgang der Kraft F während des Wegabschnitts dx bezeichnet. Dies bedeutet, dass hier ein (örtlicher) Gradient dF/dx vorliegt. Es versteht sich, dass die Ermittlung des Gradienten auch mit höherer Auflösung erfolgen kann, wie dies eingangs erläutert wurde, während hier lediglich beispielhaft der Gradient dargestellt ist.

[0053] Weiterhin ist ein Rückgang dF' gezeigt, der bspw. einem Schwellwert dF'/dx des Gradienten entsprechen kann. Sofern dieser Schwellwert dF'/dx betragsmäßig überschritten wird, kann bspw. von einem Defekt ausgegangen werden.

[0054] Die Ermittlung dieses Gradienten und der Vergleich mit dem Schwellwert kann nun zusätzlich zur Ermittlung des Verlaufs F(x) während des Stanznietvorgangs (oder eines Abschnitts davon) mittels der Recheneinheit 80 erfolgen. Es versteht sich, dass der Gradient nicht nur wegabhängig sondern auch zeitabhängig ermittelt werden kann.

Ansprüche

1. Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Bauteile (11, 12) mittels einer Stanznietvorrichtung (10), wobei die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) zwischen einem Stempel (15) und einem Gegenhalter (18) angeordnet werden, und wobei ein zwischen dem Stempel (15) und einem dem Stempel zugewandten Bauteil (11) der wenigstens zwei Bauteile angeordneter Niet (20) mittels des Stempels (15) in die wenigstens zwei Bauteile (11, 12) eingedrückt wird, indem der Stempel (15) mit einer Kraft (F) beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Eindrückens des Niets (20) zumindest zeitweise ein Gradient (dF/dx) der Kraft ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Gradient (dF/dx) der Kraft für eine Erkennung eines Defekts in wenigstens einem der Bauteile (11, 12) und/oder dem Niet (20) verwendet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Erkennung des Defekts anhand eines Vergleichs des Gradienten (dF/dx) der Kraft mit wenigstens einem Schwellwert (dF'/dx), der insbesondere in Abhängigkeit von den wenigstens zwei Bauteilen (11, 12) und/oder des Niets (20) und/oder des Gegenhalters (18) vorgegeben wird, vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gradient (dF/dx) der Kraft mit einem zugehörigen Stanznietvorgang verknüpft und insbesondere auf einem Speichermedium abgespeichert wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Gradient (dF/dx) der Kraft mit einem zugehörigen Stanznietvorgang verknüpft und insbesondere auf einem Speichermedium abgespeichert wird, wenn ein Defekt erkannt wurde.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zusätzlich zu dem Gradienten (dF/dx) der Kraft ein weiteres Verfahren und/oder eine weitere Qualitätskenngröße, insbesondere ein Kraft-Weg- (F(x)) oder Kraft-Zeit-Verlauf, für eine Qualitätsbewertung eines zugehörigen Stanznietvorgangs und/oder einer in diesem Stanznietvorgang erzeugten Verbindung der wenigstens zwei Bauteile (11, 12) verwendet wird.

7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gradient (dF/dx) der Kraft während wenigstens eines ausgewählten Zeit- und/oder Wegbereiches (Δx₁) während des Eindrückens des Niets (20) ermittelt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Gradient der Kraft während der gesamten Zeitdauer oder während des gesamten Wegs (Δx₂) des Eindrückens des Niets (20) ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Gradient (dF/dx) der Kraft mittels einer zeit- oder wegabhängigen Abtastung ermittelt wird.

10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) beteiligte Komponente (11, 12, 15, 18, 20) beim Eindrücken mittels eines Schwingungserzeugers (30) in Schwingung versetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die wenigstens eine beim Eindrücken des Niets (20) beteiligte Komponente der Stanznietvorrichtung den Niet (20), den Stempel (15), den Gegenhalter (18) und/oder wenigstens eines der wenigstens zwei Bauteile (11, 12) umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei als Schwingungserzeuger (30) ein Schall-Generator, insbesondere ein Ultraschall-Generator, verwendet wird.

13. Recheneinheit (80), die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.

14. Fertigungseinrichtung (100) aufweisend eine Stanznietvorrichtung (10) mit einem Stempel (15), einem Gegenhalter (18) und insbesondere einem Schwingungserzeuger (30), und eine Recheneinheit (80) nach Anspruch 13, und vorzugsweise weiterhin aufweisend Anzeigemittel (90).

15. Computerprogramm, das eine Recheneinheit (80) veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (80) ausgeführt wird.

16. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 15.

Zeichnung