Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ver¬ bindung von Fahrzeugkarosserieteilen aus Leichtmetall, die aufeinander liegen und durch Nieten miteinander zu verbinden sind.

Gegenwärtig gewinnen kombinierte Fügeverbindungen immer mehr an Be¬ deutung. Bei Leichtbaukonstruktionen setzen sich die Kombinationen Kle¬ ben und Stanznieten, Kleben und Durchsetzfügen und Kleben und konven¬ tionelles Nieten immer mehr durch (vgl. Tagung Wärmearme Fügetechniken - Kleben, Druchsetzfügen, Nieten - 5. - 6. Mai 1993, Seite 18 und 19, her¬ ausgegeben vom Freundeskreis des Laboratoriums für Werkstoff- und Füge¬ technik der Universität - GH - Paderborn e. V.). Das konventionelle Nietver¬ fahren weist jedoch den Nachteil auf, daß eine Reihe von Arbeitsgängen zur Herstellung der Nietverbindung erforderlich sind. In einem ersten Arbeits¬ gang müssen die zu verbindenden Leichtmetall-Teile passend aufeinander¬ gelegt werden, und in einem zweiten Arbeitsgang müssen die beiden Leichtmetall-Teile durchbohrt werden. In einem dritten Arbeitsgang werden die Bohrungen auf einer Seite abgesenkt um an den Verbindungsstellen glatte Flächen zu erhalten. Schließlich werden die beiden Leichtmetall-Teile in einem vierten Arbeitsgang miteinander vernietet.

Es ist daher ein Ziel dieser Erfindung, dieses konventionelle Nietverfahren durch ein einfacheres Verbindungsverfahren zu ersetzen. Insbesondere bei der Reparatur von Karosserieschäden besteht das Bedürfnis, daß aus vier Arbeitsgängen bestehende konventionelle Nietverfahren durch ein einfache¬ res und kostengünstigeres Verfahren zu ersetzen.

Wenn ein Fahrzeug mit einer Leichtmetall-Karosserie einen Karosserie¬ schaden erlitten hat und Teile ausgetauscht werden müsse, ist es erforder¬ lich, die Stanznieten zu entfernen. Man könnte mittels einer Schleifmaschine die Enden der stanznieten abschliefen und anschließend die Stanzniete herausschlagen. Eine andere theoretische Möglichkeit besteht darin, die Stanznieten herauszubohren. Derartige, bei der Trennung von Stahlblechen,

die durch Nieten zusammengehalten sind, übliche Verfahren sind bei Leichtmetall-Karosserien nicht verwendbar, da durch das Abschleifen oder Bohren der Stanznieten Stahlspäne entstehen, die eine Kontaktkorrosion zur Folge haben.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Leichtmetall-Teile auf einfache Weise und in wenigen Schritten miteinander vernietet werden können, ohne daß die Gefahr einer Kontaktkorrosion durch Stahlspäne besteht.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebene Vorrichtung und das durch diese ermöglichte Verfahren gemäß Anspruch 2 gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist eine Stanzvorrichtung, mit der ein Loch durch zwei aufeinanderliegende Leichtmetall-Teile gestanzt wird und mit der der Lochrand des aufliegenden Teils abgesenkt wird. Die erfin¬ dungsgemäße Vorrichtung weist zwei pneumatisch zusammenpressbare Werkzeughalter auf, die auswechselbare und miteinander zusammenwir¬ kende Werkzeugeinsätze tragen. Einer der Werkzeugeinsätze ist ein Stanz¬ stempel, der einen Stanzteil zum Stanzen des Loches und einen Prägeteil zum Prägen einer Ansenkung in das aufliegende Teil aufweist. Der Prägeteil bewirkt auch, daß beim Auftreffen des Stanzstempels der untere Lochrand des aufliegenden Teils in die Bohrung des darunterliegenden Teils gedrückt wird. Der andere Werkzeugeinsatz ist ein Gegenhalter, der eine Bohrung zur Aufnahme des Stanzteils aufweist, deren Durchmesser größer oder gleich dem Druchmesser des Stanzteils ist.

Mit der oben beschriebenen Vorrichtung wird das erfindungsgemäße Verfah¬ ren zum Verbinden von Leichtmetall-Teilen durchgeführt. In einem ersten Verfahrensschritt werden die Leichtmetall-Teile in einem Überlappungsbe¬ reich aufeinandergelegt. Dann werden in einem zweiten Verfahrensschritt mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein oder mehrere Löcher im Überlappungsbereich gestanzt, dann wird eine Ansenkung auf den oberen Lochrand des aufliegenden Leichtmetall-Teils geprägt und der untere Loch¬ rand des aufliegenden Teils wird in das Loch des andern zu verbindenden

Teils gedrückt. Schließlich werden in einem dritten Verfahrensschritt Nieten in die gestanzten Löcher eingeführt, und die Leichtmetall-Teile werden an¬ schließend vernietet.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber bekannter Verfahren den Vorteil, daß das Lochen der Leichtmetall-Teile, das Absenken des oberen Lochrand und das Eindrücken des unteren Lochrands des aufliegenden Teils in das andere zu verbindende Teil in einem einzigen Arbeitsgang durchgeführt werden.

Die in Anspruch 1 angegebene Vorrichtung ermöglicht auch die Durchfüh¬ rung eines Reparaturverfahrens gemäß Anspruch 3, durch dessen Anwen¬ dung auf einfache Weise zwei mittels Stanznieten verbundene Leichtmetall- Teile voneinander getrennt und anschließend wieder miteinander verbunden werden können.

Bei dem Reparaturverfahren gemäß Anspruch 3 wird der Stanzniet ohne spanabhebende Verformung aus dem unbeschädigten Karosserieteil her¬ ausgedrückt, so daß keine Stahlspäne entstehen können, die zu der er¬ wähnten Kontaktkorrosion führen können. Nach dem Rückformen der durch die Stanzniete verursachten Ausprägungen und nach Anpassung eines dem auszuwechselnden Teil entsprechenden Neuteiles wird nun in einem Ar¬ beitsgang vorzugsweise an den Stellen, an denen sich in dem anderen Teil ein Loch gestanzt und gleichzeitig eine Warzung für den Nietkopf der im fol¬ genden Verfahrensschritt vorgenommenen Nietverbindung mittels eines Leichtmetall-Vollniets erzeugt. Durch diesen Prägevorgang wird gleichzeitig der Rand des Loches in dem Neuteil in das andere Teil eingedrückt. So läßt sich mit wenigen Verfahrensschritten das Entfernen eines beschädigten Karosserieteils und der Ersatz desselben durch ein Neuteil durchführen, wobei mit Sicherheit die Erzeugung von Stahlspäne vermieden ist.

Die Erfindung betrifft auch eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Reparaturverfahrens, die durch die im Kennzeichen des Anspruchs 4 angegebenen Merkmale gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 5 bis 11 angegeben.

Fig. 1 zeigt im Schnitt eine Stanznietverbindung zwischen zwei Leichtme¬ tallblechen.

Fig. 2-6 zeigen die einzelnen Verfahrensschritte von dem Entfernen des Stanzniets bis zum Verbinden eines Neuteils mit dem unbe- chädigten Teil mittels eines Leichtmetallniets.

Fig. 7 zeigt in schematischer Darstellung eine Druckluft-Nietpresse, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist.

Fig. 8 zeigt ein Werkzeugpaar für das Herausdrücken des Stanzniets.

Fig. 9 zeigt ein Werkzeugpaar zum Rückformen der von dem Stanzniet hinterlassenen Ausprägung an dem anderen, nicht beschädigten Teil.

Fig. 10 a zeigt ein Werkzeugpaar zum Stanzen eines Loches in dem Neuteil und in dem anderen Teil und zur Erzeugung einer Warzung.

Fig. 10 b zeigt ein Werkzeugpaar zum Stanzen eines Loches in die Leicht¬ metallteile einerseits und zum Fixieren des zu stanzenden Loches andererseits.

Fig. 11 zeigt ein Werkzeugpaar zum Nietquetschen des Leichtmetallniets, und

Fig. 12 zeigt ein Werkezugpaar zur Erzeugung einer Abstufung am Neuteil oder am anderen unbeschädigten Karosserieteil.

Die Werkzeugeinsätze der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 1 sind in Fig. 10a dargestellt. Der rechts abgebildete Werkzeugeinsatz ist ein Stanzstempel 18c. Der Stanzstempel 18c weist einen zylindrisch

geformten Stanzteil 23 und einen kegelstumpfartig geformten Prägeteil 24 auf. Der links abgebildete Werkzeugeinsatz der Fig. 10a ist ein Gegenhalter 17c zur Aufnahme des Stanzteils 23. Ggf. kann der Gegenhalter eine Ansenkung 26 aufweisen. Mit dem Stanzstempel 18c kann erfindungsgemäß das Lochen der Leichtmetall-Teile mittels des Stanzteils 23, das Prägen einer Absenkung mit dem Prägeteil 24 und das Drücken des unteren Lochrands des aufliegenden Teils in das andere Teil in einem einzigen Arbeitsgang ausgeführt werden. Das mit dieser Vorrichtung erhaltene Verbindungsloch weist die in Fig. 5 gezeigte Form auf.

Mittels der Werkzeugeinsätze aus Fig. 10a kann das Verfahren zum Verbin¬ den von Leichtmetall-Teilen nach Anspruch 2 in im wesentlichen zwei Ver¬ fahrensschritten ausgeführt werden.

Im folgendem wird auf die Fig. 1 - 6 Bezug genommen. In Fig. 1 ist eine Verbindung zwischen einem Aluminiumteil 1 und einem aus Aluminiumblech bestehenden Karosserietiel 2 mittels eines aus Stahl bestehenden Stanz¬ niets 3 dargestellt. Es sei angenommen, daß das Karosserieteil 2 beschädigt ist und durch ein Neuteil ersetzt werden muß. In einem ersten Verfahrens¬ schritt wird das Stanzniet 3, wie in Fig. 2a und 2b dargestellt, aus dem Teil 1 herausgedrückt und das beschädigte Karosserieteil 2 zusammen mit den Stanznieten 3 entfernt. Vorzugsweise wird dieser Vorgang so ausgeführt, daß die Stanznieten 3 in dem Karosserieteil 2 verbleiben, um zu vermeiden, daß eizelne Stanznieten in Karosserie-Hohlräume fallen und Kontakt¬ korrosion verursachen. Durch das Herausdrücken des Stanzniets 3 entsteht in dem Bauteil 1 ein Loch 4, das auf der freien Oberseite 5 des Bauteils 1 von einem Grat 6 umgeben ist, der von der beim Stanznieten erzeugten Ausprägung 7 (Fig. 1 ) herrührt. Im nächsten Verfahrensschritt gemäß Fig. 3 wird der Grat 6 zurückgeformt, so daß eine ebene Oberfläche 5 vorliegt. Nun wird gemäß Fig. 4 ein Neuteil 8, welches das beschädigte Karosserieteil 2 ersetzt, an das Bauteil 1 angepaßt und in einem Arbeitsgang ein mit dem Loch 4 fluchtendes Loch 9 in das Neuteil 8 gestanzt, eine Ansenkung 10 auf der Außenseite des Neuteils 8 geprägt und dabei den Rand 9a des Loches 9 in das Bauteil 1 eingedrückt, und das Loch 4 in dem Bauteil 1 zum Loch 4a vergrößert. Dabei entsteht auf der Außenseite des Bauteils 1 ein Wulst 1a. Im letzten Verfahrensschritt gemäß Fig. 6 werden das Bauteil 1 und das

Neuteil 8 mittels eines Leichmetall-Vollniets 11 in üblicher Weise miteinan¬ der verbunden. Dabei wird der Wulst 1 a zurückgeformt und dichtet das Niet 11 in dem Loch 4a ab. Aufgrund der geringeren Festigkeit muß dieses bei¬ spielsweise aus AlMgSi bestehenden Niet einen größeren Durchmesser haben als das Stanzniet 3.

In Fig. 7 ist eine Vorrichtung zur Durchführung der vorstehend beschriebe¬ nen Verfahrensschritte dargestellt. Sie weist zwei pneumatisch zusammen- spannbare Zangenarme 12 und 13 auf, von denen der Zangenarm 12 fest¬ steht und der Zangenarm 13 um einen Drehzapfen 14 zum ersten Zangen¬ arm hin 12 schwenkbar ist. Die Zangenarme 12,13 weisen an ihren Enden Bohrungen 15,16 auf zur Aufnahme von auswechselbaren Werkzeugeinsät¬ zen 17 und 18, die ein miteinander zusammenwirkendes Werkzeugpaar bilden und von denen das eine einen Stempel und das andere einen Gegen¬ halter darstellt.

Zum Herausdrücken des Stanzniets gemäß Fig. 2a und 2b wird das in Fig. 8 dargestellte Werkzeugpaar verwendet, dessen Stempel 18a eine flache, kegelförmige Grundfläche 19 mit einem Kegelwinkel con ca. 5° und kegel¬ förmige, abgerundete Spitze 19a aufweist, und dessen Gegenhalter 17a mit einer Bohrung 20 versehen ist, deren Durchmesser geringfügig größer ist, als der Durchmesser des Stanzniets 3 (Fig. 2a). Die kegelförmige Spitze 19a drückt das Material 1 b des Bauteils 1 in der Mitte des Stanzniets 3 zusam¬ men und schiebt diesen, wie in Fig. 2a gezeigt, aus dem Bauteil 1 heraus. Durch die abgerundete Spitze 19a wird das Material 1a stark verdichtet, es wird jedoch keine übermäßige Querkraft auf das Niet ausgeübt, die zu einem Sprengen des Niets führen und zur Folge haben könnte, daß Teile des Niets in dem Loch 4a verbleiben und Kontaktkorrosion erzeugen. Die kegelförmige Spitze 19a hat, wie aus Fig. 2a ersichtlich, ist, eine Form, die dem Innen¬ raum des Stanzniets entspricht, und ein Volumen, das etwa 2/3 des Volu¬ mens des Innenraumes beträgt.

Zur Durchführung des in Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen Verfah¬ rensschrittes wird das Werkezugpaar gemäß Fig. 9 verwendet, dessen Stempel 18b und Gegenhalter 17b einander gegenüberliegende ebene

Stirnfläche 21 bzw. 22 aufweisen und damit die Rückform der Ausprägung 6 (Fig. 2b) bewerkstelligen.

Das Werkzeugpaar von Fig. 10 a dient zur Durchführung des in Zusammen¬ hang mit Fig. 5 beschriebenen Verfahrensschrittes. Dabei ist der Stempel 18c mit einem Stanzteil 23 versehen, das die Löcher 4a und 9 erzeugt. Au¬ ßerdem ist ein Prägeteil 24 vorgesehen, das die Warzung 10 für den Kopf des später zur Verbindung des Bauteile 1 und 8 verwendeten Niets formt und den Rand 9a des Loches 9 in das Bauteil 1 hineindrückt. Der Gegenhal¬ ter 17c weist eine Bohrung 25 auf, in welche das Stanzteil 23 nach erfolgtem Stanzen eintaucht, sowie gegebenenfalls eine Ansenkung 26, durch welche der Wulst 1a um das Loch 4a in dem Bauteil 1 herum geformt wird (Fig. 5).

Das in Fig. 10b gezeigte Werkzeugpaar dient ebenfalls zur Durchführung des unter Bezugnahme von Fig. 5 beschriebenen Verfahrensschritts. Der rechte abgebildete Werkzeugiensatz ist ein Stempel 40, der wie Stempel 18c einen Stanzteil 41 und einen Prägeteil 42 aufweist. Der in Fig. 10b links abgebildete Werkzeugeinsatz ist ein Gegenahlter, der sich im wesentlichen vom Gegenhalter 17c in Fig. 10a dadurch unterscheidet, daß in einer Boh¬ rung 48 ein Stift 46 federnd gelagert ist. Ein Federelement 47 drückt den Stift 46 nach vorne und bewirkt, daß der Stift 46 in das Loch 4 in dem am Fahrzeugverbleibenden Leichtmetall-Teil 1(vgl. Fig. 4) gleiten kann. Durch das Gleiten des Stifts in das Loch 1 wird die Poition des in das Neuteil zu stanzenden Loches genau fixiert. Eine Übertragung des auf der Rückseite der Verbindungsstelle befindlichen Loches auf die Vorderseite des Neuteils entfällt. Diese Übertragung wurde bisher mit Hilfe eines Werkzeugs ausge¬ führt, das zur Übertrgung der Lochposition von hinten nach vorne mit zwei Spitzen versehen ist.

Durch das Werkzeugpaar in Fig. 10b wird der Arbeitsgang der Übertragung eingespart.

Das Werkzeugpaar gemäß Fig. 11 dient zur Herstellung der Nietverbindung gemäß Fig. 6, wobei der Stempel 18d eine ebene Stirnfläche 27 aufweist, die auf dem ebenen Kopf des Niets 11 zu liegen kommt, während der Ge¬ genhalter 17d in seiner gegenüberliegenden Stirnfläche eine Vertiefung 28

zur Formung des Nietkopfes am anderen Ende des Niets aufweist. Die Stirnfläche des Gegenhalters formt den Wulst 1a (Fig. 5) zurück, wodurch das Niet 11 in dem Loch 4a abgedichtet wird.

In manchen Fällen ist es erforderlich das Neuteil 8 oder auch das Bauteil 1 mit einer Abstufung zu versehen, wenn nur die Ränder dieser Bauteile übereinander liegen, die Oberflächen der bauteile jedoch fluchten müssen. Die in Fig. 7 gezeigte Vorrichtung kann zur Herstellung einer derartigen Ab¬ stufung verwendet werden, indem das Werkzeugpaar gemäß Fig. 12 benutzt wird, deren Stirnflächen 29 und 30 mit entsprechenden, miteinander zu¬ sammenwirkenden Abstufung 31 ,32 versehen sind.

Die Bauteile 1 und 2 sind außer durch Stanznieten in der Regel durch einen Kleber miteinander verbunden. Dieser Kleber löst sich unter Druck beim Herausdrücken des Stanzneits gemäß Fig. 2a zumindest in diesem Bereich. An anderen Stellen könnte das Lösen des Klebers durch Zusammendrücken der Bauteile mittels des Werkzeugpaares von Fig. 9 bewirkt werden.

Zur Beschleunigung des Werkzeugwechsels können alle oder ein Teil der Stempel 18a bis 18e über den Umfang verteilt in einem ersten drehbaren Werkzeughalter und alle oder ein Teil der Gegenhalters 17a bis 17e über den Umfang verteilt in einem zweiten drehbaren Werkzeughalter angeordnet werden, die drehbar am Zangenarm 12 bzw. 13 angebracht sind.

Es sei erwähnt, daß die Verfahrensschritte d) und e) gemäß Fig. 5 und 6 und die entsprechenden, in Fig. 10 und 11 dargestellten Werkzeugpaare, auch zur Verbindung von Leichtmetall-Neuteilen angewandt werden können.