DE4401155C2 - Verfahren zur Ermittlung von Kraftverläufen beim Nieten dünnwandiger Bauteile - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Kraftverläufen zwischen dünnwandigen Bauteilen während des Fügens und nach dem Fügen durch Nieten gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs.

Beim Fügen durch Nieten oder nietähnliche Hilfsfügeteile entstehen form- und/oder kraftschlüssige Verbindungen. Die Eigenschaften dieser Verbindungen werden maßgeblich durch die Ausprägung von Kraft- und Formschluß bestimmt. So ist z. B. die Vorspannkraft ein wesentliches Bewertungskriterium für die Güte von Nietverbindungen. Die Vorspannkraft ist diejenige Kraft, die das Hilfsfügeteil Niet bzw. Blindniet nach seiner Verformung beim Setzprozeß in Nietlängsrichtung für den Zusammenhalt der Fügepartner aufbringt.

Aus der DE 38 05 301 C1 ist eine Vorrichtung bekannt, die zur Messung der Vorspannkraft während des Verschraubungsvorganges dient. Die äußere Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist derart, daß sie zugleich eine aus der Vorspannung der ihr vorhandenen zweiten zur anzuziehenden Schraubverbindung identischen Schraubverbindung unmittelbare Informationen über die momentan herrschende Vorspannkraft am Bauteil liefert.

Weiter ist nach der EP 0 454 890 A1 eine Vorrichtung zur Überwachung von Verarbeitungsgeräten für Blindbefestiger bekannt, bei der eine Kraftmeßeinrichtung im Zugmechanismus angebracht ist, die dazu dient, die Zugkraft an einem Blindniet zu messen, um daraus Rückschlüsse auf einen erfolgten Setzvor­ gang zu ziehen, d. h. zu erkennen, ob ein Niet erfolgreich gesetzt worden ist.

Nachteilig bei beiden Lösungen ist, daß die tatsächlich verbleibende Vorspannkraft in der Verbindung nicht gemessen werden kann. Direkte Vorspanungsmessungen an Nietverbindungen dünnwandiger Fügepartner sind nicht bekannt geworden.

Für eine Reihe von Anwendungsfällen wäre die Kenntnis der Vorspannkraft (auch Klammer- oder Klemmkraft genannt) in den Fügestellen für die Einschätzung der Verbindungseigenschaften bzw. für die Eignung spezifischer Verbinder ein wesentliches Hilfsmittel. An Verbindungen dünnwandiger Bauteile kann die Vorspannung bislang jedoch nicht hinreichend genau ermittelt werden. Die Klemmlängenbeschränkung der Niete bzw. Blindniete engen die meßtechnischen Möglichkeiten stark ein. Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen.

Der vorliegenden Erfindung liegt dementsprechend die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem auch zwischen dünnwandigen Fügepartnern Kraftverläufe gemessen werden können.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren nach den Merkmalen des Patentanspruchs vorgeschlagen.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß an Verbindungen dünnwandiger Bauteile die Vorspannung mit hinreichender Genauigkeit direkt gemessen werden kann.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Das Prinzip der Vorspannungsmessung.

Fig. 2 Eine typische Kraftverlaufsmessung zwischen zwei Bauteilen.

Fig. 3 Schematische Darstellung des Kraftflusses beim Setzen eines Blindnietes.

Nach Fig. 1 werden zwischen die zu vernietenden Bauteile ein oder mehrere Sensoren appliziert. Infolge der relativ großen Bauhöhe geeigneter Sensoren und der im Gegensatz dazu gerin­ gen Klemmlänge der Verbinder müssen die zu verbindenden Bauteile bzw. Prüfkörper dazu entsprechend der Sensorgeome­ trie gestaltet und dimensioniert werden. Zur Umlenkung des Kraftflusses über den oder die Sensoren darf kein direkter Kontakt zwischen den zu verbindenden Bauteilen bestehen.

Für die Unterbindung des Kraftflusses zwischen den zu fügen­ den Bauteilen sind diese, in Abhängigkeit von der Geometrie der Meßvorrichtung, vom Bauteilwerkstoff und der Größe des Abstandes sowie den Eigenschaften des Mediums zwischen ihnen, so zu dimensionieren, daß während und nach dem Füge­ vorgang kein unmittelbarer Kontakt beider Bauteile zustande kommen kann. Die in Umformkraftrichtung durch Stauchung des Hilfsfügeteils hervorgerufenen Verformungen müssen dabei von den dünnwandigen Bauteilen im Bereich elastischen Material­ verhaltens aufgenommen werden können.

Bei der Mehrzahl der Nietverbindungen sind für Vorspannungs­ messungen Kraftverlaufsmessungen erforderlich. Nietprozeß­ spezifisch werden beim Setzprozeß Kräfte in die Fügepartner eingeleitet, die bzw. deren Komponenten die verbleibende Klemmkraft um ein Mehrfaches übersteigen können. Desweiteren müssen unterschiedliche Nietstauchgrade bzw. Blindniethül­ senaufweitungen berücksichtigt werden, da sie die Verformung der Fügepartner bzw. Prüfkörper beeinflussen. Für die Er­ mittlung der Vorspannung in Nietverbindungen sind daher Kraftverlaufsmessung ab Beginn des Setzprozesses erforder­ lich. Die Kraftverlaufsmessungen gewährleisten eine zuver­ lässige Kontrolle der Vorspannungsmessungen. Darüberhinaus erlauben sie über die Beurteilung des Umformverhaltens der Hilfsfügeteile verfahrens- und verbinderspezifische Eigen­ schaftsbestimmungen mechanischer Verbindungstechniken.

Fig. 2 stellt eine typische Kraftverlaufsmessung zwischen zwei Bauteilen, die mit einem wulstkopfbildenden Dornbruch­ blindniet verbunden wurden, dar. Hieran wird beispielsweise ersichtlich, daß bei Setzprozeßbeginn zunächst keine Kraft­ komponente in die zu verbindenden Bauteile eingeleitet wird, die ein Klemmen der Bauteile bewirken würde.

Fig. 3 zeigt die schematischen Darstellung des Kraftflusses bei unterschiedlichen Stufen des Setzen eines Dornbruch­ blindnietes. Es ist ersichtlich, daß bei Setzprozeßbeginn zunächst keine Kraftkomponente in die zu verbindenden Bau­ teile eingeleitet wird, die eine Klemmung der Bauteile bewirken würde. Es erfolgt erst eine Niethülsenstauchung und die weitgehende Schließkopfausbildung. Danach ist eine Kraft zwischen den Bauteilen zu registrieren, die ihr Gegeneinan­ derpressen verursacht. Nach dem Dornbruch bzw. Dornabriß fällt die zwischen den Bauteilen wirkende Klemmkraft ab. Die verbleibende Kraft ist die von Verbindungselement aufge­ brachte Vorspannung zwischen den Bauteilen.

Claims (1)

1. Verfahren zur mittelbaren oder unmittelbaren Bestimmung von Kräften und/oder Kraftverläufen zwischen zu verbin­ denden Fügepartnern oder Meß- bzw. Prüfkörpern beim und nach dem Fügen durch Nieten, dadurch gekennzeichnet, daß

   • a) die zu verbindenden Bauteile oder Prüfkörper so gestal­ tet und dimensioniert sind, daß der oder die Sensoren zwischen ihnen appliziert werden können,
   • b) sich zwischen den zu fügenden Bauteilen vor und während des Setzprozesses ein oder mehrere Sensoren befinden,
   • c) diese Sensoren direkt oder indirekt Kräfte und/oder Kraftverläufe messen,
   • d) der oder die Sensoren symmetrisch und/oder äquidistant zur Verbindungsstelle angeordnet sind,
   • e) der oder die Sensoren eine Verformung der zu verbinden­ den Bauteile durch die für das Gegeneinanderpressen der Bauteile maßgebliche Setzkraftkomponente erlaubt bzw. erlauben,
   • f) die zu verbindenden Bauteile weder während noch im Ergebnis des Fügeprozesses in direkten Kontakt zueinan­ der kommen,
   • g) die durch das setzkraftbedingte Gegeneinanderpressen der Bauteile auftretenden Verformungen im Bereich elasti­ schen Materialverhaltens stattfinden,
   • h) mit Beginn des Setzprozesses ein Kraftverlauf zwischen den zu verbindenden Bauteilen gemessen wird.