aus einem spröden metallischen Werkstoff

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ausbildung eines Nietkopfes eines Niets aus einem spröden metallischen Werkstoff, sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausbildung eines Nietkopfes, der einen Gehäusedeckel auf einem Gehäuse eines Entkopplungsspanners für einen Riemen-Starter-Generator formschlüssig fixiert.

Bekannt ist, dass Gehäuse von Kraftfahrzeuggetrieben oder Gehäuse von Bauteilen in Kraftfahrzeuggetrieben aus Leichtmetall-Gusswerkstoffen hergestellt werden. Zum Fügen zweier Bauteile werden die Bauteile über Schraubverbindungen miteinander verbunden. Im Zuge der Prozessoptimierung und der Bauteiloptimierung ist eine alter- native Technik zum Fügen zweier Bauteil aus Leichtmetall-Gusswerkstoffen vorgesehen.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ausbildung eines Nietkopfes aus einem spröden metallischen Werkstoff bereitzustellen, der eine einfache und verlässli- che formschlüssige Fixierung zweier Bauteile ermöglicht und bei dem die Gefahr von Rissbildungen bei der Ausformung des Nietkopfes reduziert ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , sowie die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfah- rens mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Ausbildung eines Nietkopfes eines Niets aus einem spröden metallischen Werkstoff vorgesehen, umfassend die Schritte:

Verschieben eines um eine Stempellängsachse rotierenden Stempels in Richtung der Stempellängsachse von einer Ausgangsposition in eine Kontaktposition, wobei in der Kontaktposition der Stempel in Kontakt mit einer Nietstirnseite der Niet ist; Aufbringen eines ersten Anpressdrucks über den um die Stempellängsachse rotierenden Stempel auf die Nietstirnseite für eine Reibdauer;

Aufbringen eines zweiten Anpressdrucks über den um die Stempellängsachse rotierenden Stempel auf die Nietstirnseite und Verschieben des rotierenden Stempels in Richtung der Stempellängsachse in eine Endposition, wobei durch das Verschieben des Stempels von der Kontaktposition in die Endposition ein die Nietstirnseite aufweisender Nietendabschnitt gestaucht und der Umfang des Nietendabschnitts vergrößert wird.

Demnach wird zur Ausbildung des Nietkopfes ein um die Längsachse rotierender Stempel in Richtung der Längsachse von einer Ausgangsposition in eine Kontaktposition verschoben bzw. verfahren. In der Kontaktposition hat der Stempel Kontakt mit einer Nietstirnseite der Niet. Über den Stempel wird ein Anpressdruck auf die

Nietstirnseite des Niets ausgeübt. Durch den Anpressdruck und die Rotation des Stempels wird eine Reibkraft auf die Nietstirnseite ausgeübt, die die Nietstirnseite bzw. einen die Nietstirnseite aufweisenden Nietendabschnitt der Niet erwärmt. Durch die Erwärmung der Nietstirnseite und/oder des Nietendabschnitts wird die Bruchdehnung des spröden metallischen Werkstoffs der Niet im Nietendabschnitt erhöht. Im Anschluss daran wird ein zweiter Anpressdruck des um die Stempellängsachse rotierenden Stempels auf die Nietstirnseite ausgeübt und der Stempel wird in Richtung der Stempellängsachse in eine Endposition verschoben bzw. verfahren. Durch das Verschieben des Stempels in die Endposition wird der Nietendabschnitt der Niet gestaucht, wobei der Umfang des Nietendabschnitts aufgeweitet und der Nietkopf und somit der Nietkopf ausgebildet wird. Durch die Erhöhung der Bruchdehnung des spröden metallischen Werkstoffs im Nietendabschnitt kann der Nietendabschnitt gestaucht werden, wobei die Gefahr der Rissbildung bei der Ausbildung des Nietkopfes gegenüber einer Kaltverformung des Nietkopfes reduziert werden kann.

Unter einem spröden metallischen Werkstoff wird vorzugsweise ein Leichtmetall- Gusswerkstoff verstanden. Bevorzugt weist der spröde metallische Werkstoff eine Bruchdehnung < 1 % auf. Ganz besonders bevorzugt umfasst der spröde metallische Werkstoff die Legierung EN AC-AISi9Cu3. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Niet zylinderförmig ausgebildet ist und eine Nietlängsachse aufweist, und die Nietstirnseite des Niets in einer Ebene rechtwinkelig zur Nietlängsachse ausgebildet ist, wobei der Stempel in einer Ebene senkrecht zur Stempellängsachse eine Stempelstirnseite aufweist und der Stempel mit seiner Stempellängsachse koaxial zur Nietlängsachse in Richtung der Stempellängsachse verschoben wird. Auf diese Weise sind die Stempelstirnseite und die Nietstirnseite im Wesentlichen zueinander parallel angeordnet. Vorzugsweise weist die Stempelstirnseite eine Fläche auf, die größer als die Fläche der Nietstirnseite ist. Somit kann der um die Stempellängsachse rotierende Stempel in der Kontakt- position bzw. beim Aufbringen des ersten Anpressdrucks die Reibwirkung gleichmäßig auf die Nietstirnseite übertragen, wodurch eine im Wesentlichen gleichmäßige Erwärmung des Nietendabschnitts erzielt werden kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Stempel mit einer Rotationsgeschwindigkeit v _r zwischen 6.000 U/min < v _r ^ 21 .000 U/min, vorzugsweise zwischen 7.000 U/min < v _r ^ 15.000 U/min und ganz bevorzugt zwischen 7.000 U/min < v _r ^ 9.000 U/min um die Stempellängsachse rotiert wird. Auf diese Weise kann in Abhängigkeit der Rotationsgeschwindigkeit gesteuert werden, wie schnell die Nietstirnseite und/oder der Nietendabschnitt erwärmt wird.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Anpressdruck p _cp i mit einem Druck von zwischen 0,5bar < p _cp i ^ 2bar, vorzugsweise zwischen 1 bar < p _cp i ^ 1 ,5bar, auf die Nietstirnseite ausgeübt wird. Auf diese Weise wird eine weitere Möglichkeit bereitgestellt, um die Erwärmung der Nietstirnseite und/oder des Nietendabschnitts durch die auf die Nietstirnseite wirkende Reibkraft des um die Stempellängsachse rotierenden Stempels zu regeln bzw. zu steuern.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Reibdauer tf zwischen 0, 1 s < tf < 2s, vorzugsweise zwischen 0, 1 s < tf < 1 Sek, und ganz bevorzugt zwischen 0,5s < tf < 1 s beträgt. Auf diese Weise kann über die Einstellung der Reibdauer die Erwärmung des Nietendabschnitts gesteuert werden.

Grundsätzlich kann der erste Anpressdruck gleich dem zweiten Anpressdruck sein. Vorzugsweise ist der erste Anpressdruck von dem zweiten Anpressdruck verschieden. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Anpressdruck p _cP 2 mit einem Druck zwischen 0,5bar < p _cP 2 ^ 2,5bar, vorzugsweise zwischen 1 bar < p _cP 2 ^ 2bar auf die Nietstirnseite ausgeübt wird. Vorzugsweise ist der zweite Anpressdruck etwas höher als der erste Anpressdruck. Dies ist in der Regel dadurch begründet, dass während des zweiten Anpressdrucks der Stempel in die Endposition verschoben wird, wodurch eine Stauchung des Nietendabschnitts des Niets erfolgt. Durch die Stauchung des Nietendabschnitts liegt ein Widerstand vor, der dem zweiten Anpressdruck entgegenwirkt. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der zweite Anpressdruck für eine Verformungsdauer tu zwischen 1 s < tu ^ 3s, vorzugsweise zwischen 1 s < tu ^ 2s auf die Nietstirnseite ausgeübt wird. Weiter ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Stempel kontinuierlich über den Zeitraum der Verformungsdauer in Richtung der Stempellängsachse in die Endposition verschoben wird. Auf diese Weise wird der Stempel vorzugsweise über die Verformungsdauer von der Kontaktposition in die Endposition verschoben, wodurch der Nietendabschnitt kontinuierlich gestaucht und der Nietkopf ausgebildet wird.

Nach Erreichen der Endposition wird der Stempel in die Ausgangsposition verschoben bzw. verfahren. Auf diese Weise wird das Verfahren zur Ausbildung des Nietkopfes beendet, so dass ein neuer Verfahrensschritt eingeleitet werden kann. Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Stempel nach Erreichen der Endposition und nach einer Verzögerungszeit td zwischen 0,2s < td ^ 1 ,5s, vorzugsweise zwischen 0,2s < td ^ 1 ,0s und besonders bevorzugt zwischen 0,2s < td ^ 0,7s in die Ausgangsposition verschoben wird. Während der Verzögerungszeit kann überprüft werden, welchen Weg der Stempel von der Kontaktposition bis zur Endposition zurückgelegt hat. Der Weg des Stempels ist ein Indikator dafür, um welchen Betrag der Niet bzw. Nietendabschnitt gestaucht wurde und um welchen Betrag der Umfang des Nietendabschnitt zugenommen hat. Somit kann ein Rückschluss auf die Größe des Nietkopfes gewonnen werden.

Erfindungsgemäß ist zudem die Verwendung eines Verfahrens zur Ausbildung eines Nietkopfes eines Niets aus einem spröden metallischen Werkstoff vorgesehen, wobei der Nietkopf einen Gehäusedeckel auf einem Gehäuse eines Entkopplungsspanners für einen Riemen-Starter Generator formschlüssig fixiert, umfassend die Schritte:

Verschieben eines um eine Stempellängsachse rotierenden Stempels in Richtung der Stempellängsachse von einer Ausgangsposition in eine Kontaktposition, wobei in der Kontaktposition der Stempel in Kontakt mit einer Nietstirnseite der Niet ist;

Aufbringen eines ersten Anpressdrucks über den um die Stempellängsachse rotierenden Stempel auf die Nietstirnseite für eine Reibdauer;

Aufbringen eines zweiten Anpressdrucks über den um die Stempellängsachse rotierenden Stempel auf die Nietstirnseite und Verschieben des rotierenden Stempels in Richtung der Stempellängsachse in eine Endposition, wobei durch das Verschieben des Stempels von der Kontaktposition in die Endposition ein die Nietstirnseite aufweisender Nietendabschnitt gestaucht und der Umfang des Nietendabschnitts vergrößert wird. Somit wird die Verwendung eines Verfahrens bereitgestellt, bei dem Gehäusedeckel auf einem Gehäuse eines Entkopplungsspanners für einen Riemen-Starter-Generator in einfacher Weise formschlüssig fixiert werden kann.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Niet einen Durchmesser dN zwischen 3mm < dN ^ 8mm, vorzugsweise zwischen 4,5 mm < dN ^ 6mm, aufweist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Gehäusedeckel eine Nietdurchstecköffnung aufweist, und die Nietdurchstecköffnung einen Innendurch- messer do zwischen 4 mm < do ^ 9mm, vorzugsweise zwischen 5 mm < do ^ 7mm, aufweist und der Niet durch die Nietdurchstecköffnung geführt ist.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Ringraum a _rr zwischen der Niet und Nietdurchstecköffnung umlaufend zwischen 0, 1 mm < a _rr ^ 0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0, 1 mm < a _rr ^ 0,3 mm, ausgebildet ist.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfol- gend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

Fig. 1 a - 1 c eine schematische graphische Darstellung des Verfahrens zur Ausbildung des Nietkopfes, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 einen ersten Schnitt durch einen Nietkopf, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 3 eine Aufsicht eines einen Gehäusedeckel eines Gehäuses fixierenden Nietkopfes, gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 4 einen zweiten Schnitt durch einen Nietkopf, gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In Fig. 1 a bis 1 c ist der Ablauf eines Verfahrens zur Ausbildung eines Nietkopfes aus einem spröden metallischen Werkstoff graphisch dargestellt gezeigt. In Fig. 1 a befindet sich ein um eine Stempellängsachse 10 rotierender Stempel 12 im Abstand zu einem Niet 14 in einer Ausgangsposition. Der Niet 14 ist an einem Gehäuse 16 eines Entkopplungsspanners angeordnet. Der Niet 14 ist durch eine Nietdurchstecköffnung 18 in einem Gehäusedeckel 20 geführt.

In. Fig. 1 b ist der um die Stempellängsachse 10 rotierende Stempel 12 von der Ausgangsposition in einer Richtung entlang der Stempellängsachse 10 in eine Kontaktpo- sition überführt worden. In der Kontaktposition steht der Stempel 12 in Kontakt mit einer Nietstirnseite 22 des Niets 14. Über den Stempel 12 wird ein erster Anpressdruck auf die Nietstirnseite 22 des Niets 14 ausgeübt. Durch den ersten Anpressdruck und die Rotation des Stempels 12 um die Stempellängsachse 10 wird eine Reibkraft auf die Nietstirnseite 22 ausgeübt, die die Nietstirnseite 22 bzw. einen die Nietstirnseite 22 aufweisenden Nietendabschnitt 24 der Niet 14 erwärmt. Durch die Erwärmung der Nietstirnseite 22 und/oder des Nietendabschnitts 24 wird die Bruchdehnung des spröden metallischen Gusswerkstoffs der Niet im Nietendabschnitt 24 erhöht. In Fig. 1 c ist ein zweiter Anpressdruck des um die Stempellängsachse 10 rotierenden Stempels 12 auf die Nietstirnseite 22 ausgeübt und der Stempel 12 ist in Richtung der Stempellängsachse 10 in eine Endposition verschoben worden. Durch das Verschieben des Stempels 12 in die Endposition wird der Nietendabschnitt 24 der Niet 14 ge- staucht, wobei der Umfang des Nietendabschnitts 24 aufgeweitet bzw. vergrößert und der Nietkopf 26 ausgebildet wird. Durch die Erwärmung des Nietendabschnitts 24 und der damit verbundenen Erhöhung der Bruchdehnung des spröden metallischen Gusswerkstoffs, kann die Gefahr einer Rissbildung bei der Ausformung des Nietkopfes 26 reduziert werden.

Aus Fig. 1 a bis 1 c ist zudem ersichtlich, dass der Niet 14 eine Nietlängsachse 28 aufweist und die Nietstirnseite 22 in einer Ebene senkrecht zur Nietlängsachse 28 ausgebildet ist. Der Stempel 12 weist in einer Ebene senkrecht zur Stempellängsrichtung 10 eine Stempelstirnseite 30 auf. Der Stempel 12 wird koaxial zur Nietlängsachse 28 in Richtung der Stempellängsachse zwischen der Anfangsposition über die Kontaktposition bis zur Endposition verschoben. Auf diese Weise kann die Reibkraft vollflächig auf die Nietstirnseite 22 übertragen werden, wodurch eine im Wesentlichen gleichmäßige Erwärmung des Nietendabschnitts 24 erzielt werden kann. Fig. 2 zeigt einen ersten Schnitt durch den Niet 14 mit einem Nietkopf 26 der den Gehäusedeckel 20 fixiert. Der Niet 14 ist durch die Nietdurchstecköffnung 18 des Gehäusedeckels 20 geführt und im Anschluss daran ist der Nietkopf 26 ausgebildet worden. Der Niet 14 umfasst die Legierung EN AC-AISi9Cu3 und hat im unverformten Zustand einen Außendurchmesser von 5,1 mm. Die Nietdurchstecköffnung 18 hat einen In- nendurchmesser von 5,3 mm. Der Ringraum zwischen der Niet 14 und der Nietdurchstecköffnung 18 beträgt umlaufend 0,1 mm. Zum Erwärmen und anschließenden Stauchen der Niet 14 bzw. des Nietendabschnitts 24 und zur Ausbildung des Nietkopfes 26 wurde ein erster Anpressdruck von 1 bar für eine Reibzeit von 0,2s über den mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 8.500 U/min um die Stempellängsachse rotie- renden Stempel (nicht dargestellt) auf die Nietstirnseite 22 aufgebracht. Im Anschluss daran wurde der Nietendabschnitt unter Beibehaltung der Rotationsgeschwindigkeit des Stempels mit einem zweiten Anpressdruck von 1 ,5 bar über eine Verformungszeit von 1 ,5s von der Kontaktposition in die Endposition verschoben, wodurch der Nietendabschnitt 24 gestaucht und der Umfang des Nietendabschnitts 24 vergrößert wurde, so dass dieser größer als der Innendurchmesser der Nietdurchstecköffnung 18 ist und den Gehäusedeckel 20 formschlüssig fixiert.

In Fig. 3 ist eine Ansicht des Nietkopfes 26 für den in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Nietkopf 26 gezeigt. Auf der Nietstirnseite 22 sind kreisringförmig ausgebildete Riefen zu sehen, die von der auf die Nietstirnseite 22 übertragenen Reibung des um die Stempellängsachse rotierenden Stempels (nicht gezeigt) herrühren.

Fig. 4 zeigt einen zweiten Schnitt durch einen Niet 14. Zur Ausbildung des Nietkopfes 26 wurde ein erster Anpressdruck von 1 ,3 bar für eine Reibzeit von 0,72s über den mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 8.500 U/min um die Stempellängsachse rotierenden Stempel (nicht dargestellt) auf die Nietstirnseite 22 aufgebracht. Im Anschluss daran wurde der Nietendabschnitt 24 unter Beibehaltung der Rotationsgeschwindigkeit des Stempels mit einem zweiten Anpressdruck von 1 ,5 bar über eine Verformungszeit von 1 ,5s von der Kontaktposition in die Endposition verschoben, wodurch der Nietendabschnitt 24 gestaucht und der Umfangs des Nietendabschnitts 24 vergrößert wurde, so dass dieser größer als der Innendurchmesser der Nietdurchstecköffnung 18 ist und den Gehäusedeckel 20 formschlüssig fixiert. Im Unterschied zu dem in Fig. 2 gezeigten Nietkopf 26 wurde der in Fig. 4 gezeigte Nietkopf 26 mit einem höheren ersten Anpressdruck und einer längeren Reibzeit ausgebildet. Durch den höheren ersten Anpressdruck und die längere Reibzeit kann eine höhere Duktilität zur Ausformung des Nietkopfes 26 erzielt werden.

Bezugszeichenliste Stempellängsachse

Stempel

Niet

Gehäuse

Nietdurchstecköffnung

Gehäusedeckel

Nietstirnseite

Nietendabschnitt

Nietkopf

Nietlängsachse

Stempelstirnseite