Verfahren für die serienmäßige Erzeugung von Stanznietverbindunqen zwischen

FVK-Werkstücken und Metall-Werkstücken

Gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 betrifft die Erfindung ein Verfahren für die serienmäßige Erzeugung von Stanznietverbindungen zwischen FVK- Werkstücken und Metall-Werkstücken bei der Serienherstellung entsprechender Werkstückverbunde, wobei die bei der Herstellung eines Werkstückverbunds zu fügenden Werkstücke an vorgesehenen Fügestellen mit Hilfe einer Setzeinrichtung durch vorlochfreies Setzen von Halbhohlstanznieten gefügt werden.

Das Fügen von Werkstücken durch Stanznieten, d. h. durch Erzeugen wenigstens einer Stanznietverbindung, ist aus dem Stand der Technik bekannt, wozu

stellvertretend auf die DE 199 05 528 A1 hingewiesen wird. Ergänzend wird auch auf die DE 199 09 821 A1 hingewiesen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren betreffender Art anzugeben, das wenigstens einen mit dem Stand der Technik einhergehenden Nachteil nicht oder zumindest nur in einem verminderten Umfang aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich sowohl aus den abhängigen Patentansprüchen als auch aus den nachfolgenden Erläuterungen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass für die (d. h. für alle) mit der Setzeinrichtung in Serie ausgeführten Setzvorgänge identische

Halbhohlstanzniete verwendet werden, wobei die Setzeinrichtung und/oder deren Betriebsparameter im Hinblick auf toleranzbedingte Dickenschwankungen der FVK- Werkstücke optimiert oder zumindest optimierbar ist/sind, so dass (trotz der toleranzbedingten Dickenschwankungen) bei jedem Setzvorgang eine im

Wesentlichen fehlerfreie Stanznietverbindung erzeugt wird bzw. erzeugbar ist. Ein FVK-Werkstück ist ein platten- bzw. blechartiges und aus FVK-Material

(FVK = faserverstärkter Kunststoff) gebildetes Werkstück. Vorzugsweise handelt es sich um ein CFK-Material (CFK = kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff) oder GFK- Material (GFK = glasfaserverstärkter Kunststoff), insbesondere mit einer

duroplastischen Matrix.

Die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten FVK-Werkstücke weisen, insbesondere herstellungsbedingt, eine Dickentoleranz auf, wodurch sich toleranzbedingte Dickenschwankungen ergeben, die bezüglich der Solldicke insbesondere in einem Bereich von +/- 0,2 mm liegen. Die toleranzbedingten

Dickenschwankungen umfassen somit einen absoluten Bereich von 0,4 mm. Damit ergibt sich bei einer Solldicke von bspw. 1 ,7 mm ein Dickenbereich von 1 ,5 mm bis 1 ,9 mm für die FVK-Werkstücke.

Ein Metall-Werkstück ist ein aus Metall-Material gebildetes Werkstück. Vorzugsweise handelt es sich um ein Blechwerkstück, d. h. um ein aus Blechmaterial und insbesondere Stahlblechmaterial gebildetes Werkstück. Ein Metall-Werkstück kann jedoch auch ein Gusswerkstück, ein Profilwerkstück oder dergleichen sein.

Das Fügen wenigstens eines FVK-Werkstücks mit wenigstens einem Metall- Werkstück zur Herstellung eines entsprechenden Werkstückverbunds (damit ist ein aus wenigstens einem FVK-Werkstück und wenigstens einem Metall-Werkstück gebildeter Werkstückverbund, der auch als Mischverbund bezeichnet werden kann, gemeint) erfolgt durch vorlochfreies Setzen wenigstens eines Halbhohistanzniets an einer vorgesehenen Fügestelle mit Hilfe einer Setzeinrichtung, die einen Setzstempel und eine mit diesem Setzstempel korrespondierende Matrize umfasst. Beim Setzen eines Halbhohistanzniets wird dieser an der vorgesehenen Fügestelle mit Hilfe der Setzeinrichtung vorlochfrei durch das FVK-Werkstück bzw. FVK-Material gedrückt und mit dem Metall-Werkstück bzw. dem Metall-Material verpresst. Dieser an und für sich aus dem Stand der Technik bekannte Vorgang wird auch als Setzvorgang bezeichnet. Ergänzend können die Werkstücke auch noch miteinander verklebt und/oder durch Verwendung anderer Fügehilfselemente gefügt werden (so genanntes Hybridfügen). Nachdem durch das Setzen wenigstens eines

Halbhohistanzniets und insbesondere mehrerer Halbhohlstanzniete ein Werkstückverbund hergestellt wurde, werden im Zuge der Serienherstellung in analoger Weise weitere Werkstückverbunde hergestellt. Das erfindungsgemäße Verfahren dient insbesondere der Serienherstellung von Karosseriebauteilen (sowohl Einbau- als auch Anbauteile) für Kraftfahrzeuge.

Erfindungsgemäß werden für die fortlaufend bzw. in Serie mit einer Setzeinrichtung ausgeführten Setzvorgänge (zur Serienherstellung von Werkstückverbunden, wie vorausgehend erläutert) identische Halbhohlstanzniete verwendet, womit

insbesondere gemeint ist, dass diese Nietelemente eine gleiche axiale Länge (Nietlänge) und den selben Durchmesser (Nietdurchmesser) aufweisen. Um trotz der toleranzbedingten Dickenschwankungen der verwendeten FVK-Werkstücke fehlerfreie Stanznietverbindungen zu erhalten ist erfindungsgemäß ferner

vorgesehen, dass die Setzeinrichtung und/oder deren Betriebsparameter bzw.

Einstellungen im Hinblick auf die toleranzbedingten Dickenschwankungen der verwendeten FVK-Werkstücke optimiert ist/sind. Mit anderen Worten formuliert heißt dies, dass aufgrund der Ausgestaltung der Setzeinrichtung und/oder aufgrund der eingestellten Betriebsparameter mit denselben Nietelementen und unabhängig von der toleranzbeeinflussten Dicke des momentan zu fügenden FVK-Werkstücks immer eine fehlerfreie Verbindung (i.O. -Verbindung) erzielt bzw. erreicht wird.

Selbsterklärend hat diese Vorgehensweise viele Vorteile.

Erfindungsgemäß ist demnach vorgesehen, dass die Ausgestaltung der

Setzeinrichtung und/oder die Wahl und Einstellung deren Betriebsparameter nicht anhand einer starren bzw. spezifischen Solldicke der zu fügenden FVK-Werkstücke festgelegt wird/werden, sondern dass hierbei toleranzbedingte Dickenschwankungen der FVK-Werkstücke berücksichtigt werden, so dass die Setzeinrichtung und/oder deren Betriebsparameter im Hinblick auf einen sich aus den toleranzbedingten Dickenschwankungen ergebenden Dickenbereich (nur der FVK-Werkstücke oder gegebenenfalls auch der Werkstückpaarung) optimiert ist bzw. optimiert sind.

Dies kann bspw. dadurch erfolgen, dass mit einem vorausgehend festgelegten Nietelementtyp (mit bestimmten Nietdurchmesser und bestimmter Nietlänge) mehrere Stanznietverbindungen mit einem Sollmaß aufweisenden FVK-Werkstück, sowie mehrere Stanznietverbindungen mit dem toleranzbedingt dicksten und auch dem toleranzbedingt dünnsten FVK-Werkstück hergestellt werden (bspw. jeweils fünfzehn Stanznietverbindungen), wobei gegebenenfalls verschiedene Setzkräfte und/oder verschieden ausgestaltete Setzeinrichtungen verwendet werden.

Nachfolgend werden die hergestellten Stanznietverbindungen anhand von

Schliffbildern (Makroschliffen) insbesondere im Hinblick auf die erzielten

Hinterschnitte und/oder die erreichten Restbodendicken (und/oder sonstigen

Bewertungskriterien) bewertet und/oder ausgewertet. Hieraus kann dann wenigstens eine geeignete Vorgaben für die Setzeinrichtung (insbesondere zur Ausgestaltung deren Setzmatrize) und/oder für deren Betriebsparameter bzw. Einstellungen (bspw. eine optimale Setzkraft) abgeleitet werden, die nicht auf eine spezifische Dicke der FVK-Werkstücke abgestellt ist, sondern die im Hinblick auf toleranzbedingte

Dickenschwankungen und/oder einen sich hieraus ergebenden Dickenbereich optimiert ist.

Bevorzugt werden die Betriebsparameter bzw. Einstellungen für die Setzeinrichtung so gewählt bzw. vorgenommen, dass jeder mit der Setzeinrichtung ausgeführte Setzvorgang mit einer identischen bzw. mit der selben Setzkraft ausgeführt wird (d. h. jeder der identischen Halbhohlstanzniete wird mit der selben Setzkraft gesetzt, nicht jedoch mit identischem Setzweg, was bspw. die Folge einer Wegsteuerung für den Setzstempel wäre), wobei die verwendete bzw. an der Setzeinrichtung eingestellte Setzkraft auf einen sich aus den toleranzbedingten

Dickenschwankungen ergebenden Dickenbereich der FVK-Werkstücke abgestimmt und damit im Hinblick auf die toleranzbedingten Dickenschwankungen optimiert ist. Bevorzugt ist eine Kraftsteuerung für den Setzstempel vorgesehen.

Bevorzugt ist ferner vorgesehen, dass auch die Matrize der Setzeinrichtung auf einen sich aus den toleranzbedingten Dickenschwankungen ergebenden Dickenbereich der FVK-Werkstücke abgestimmt und damit im Hinblick auf die toleranzbedingten Dickenschwankungen optimiert ist. Die Abstimmung bezieht sich insbesondere auf die bauliche Ausgestaltung der Matrize und kann bspw. den Kavitäts- bzw.

Gravurdurchmesser und/oder die Kavitäts- bzw. Gravurtiefe, oder auch sonstige Gestaltungsmerkmale der Matrize, betreffen. Alternativ zu der vorausgehend erläuterten Vorgehensweise kann vorgesehen sein, dass zunächst die Dicke des zu fügenden FVK-Werkstücks gemessen und hieraufhin eine optimale, von der Setzeinrichtung zu erzeugende, Setzkraft ermittelt wird, was bevorzugt automatisch und insbesondere computerbasiert erfolgt. Die ermittelte optimale Setzkraft ermöglicht das fehlerfreie Setzen eines Halbhohlstanzniets.

Messeinrichtungen zur Dickenmessung (bspw. auf Basis eines Wegmesssystems) sind aus dem Stand der Technik bekannt und können in die Anlagentechnik integriert werden.

Mit anderen Worten formuliert heißt dies, dass die toleranzbehaftete Dicke des zu fügenden FVK-Werkstücks bzw. FVK-Bauteils (oder alternativ die Gesamtdicke der Werkstückpaarung) zunächst gemessen wird und in Abhängigkeit der gemessenen Dicke die Setz- bzw. Fügekraft angepasst wird (Setzkraftanpassung), was

insbesondere datenbankbasiert erfolgt (wie nachfolgend noch näher erläutert). Mit dem Setzstempel wird dann die ermittelte Setzkraft auf den zu setzenden

Halbhohlstanzniet aufgebracht, wobei der Setzstempel bevorzugt mit einer

Kraftsteuerung (nicht Wegsteuerung!) betrieben wird, so dass, trotz der

toleranzbedingten Dickenschwankungen der zu fügenden FVK-Werkstücke, bei jedem Setzvorgang eine fehlerfreie Stanznietverbindung erzeugt werden kann.

In analoger Weise kann auch eine Anpassung des Setzweges erfolgen, um dadurch, trotz der toleranzbedingten Dickenschwankungen der zu fügenden FVK-Werkstücke, bei jedem Setzvorgang eine fehlerfreie Stanznietverbindung erzeugen zu können. Bevorzugt wird der Setzstempel dann mit einer Wegsteuerung betrieben. Mit anderen Worten heißt dies, dass zunächst die Dicke des zu fügenden FVK-Werkstücks gemessen und hieraufhin ein optimaler Setzweg ermittelt werden kann.

Eine Dickenmessung kann vor jedem Setzvorgang erfolgen, wobei eine spezifische optimale Setzkraft für den folgenden Setzvorgang ermittelt wird. Eine

Dickenmessung kann auch einmalig für das gesamte zu fügende FVK-Werkstück erfolgen, wobei eine werkstückspezifische Setzkraft für alle am betreffenden

Werkstück vorzunehmenden Setzvorgänge ermittelt wird. Bevorzugt wird die optimale Setzkraft aus einer Computerdatenbank, in der z. B. für verschiedene Dicken unterschiedlicher FVK-Werkstücke geeignete Setzkräfte hinterlegt sind, ermittelt. Eine solche Datenbank kann bspw. Ergebnisse beinhalten, die analog zu den obenstehenden Erläuterungen (zur Ermittlung wenigstens einer geeigneten Vorgabe für die Setzeinrichtung und/oder deren Betriebsparameter) ermittelt wurden.

Ferner kann bevorzugt vorgesehen sein, dass einzelne und insbesondere alle mit der Setzeinrichtung ausgeführten Setzvorgänge automatisch überwacht werden, wobei sich die Kriterien zur Beurteilung und Feststellung einer fehlerfreien

Stanznietverbindung nicht auf eine spezifische Solldicke der FVK-Werkstücke, sondern auf einen sich aus den toleranzbedingten Dickenschwankungen ergebenden Dickenbereich der FVK-Werkstücke beziehen. Bevorzugt erfolgt die automatische Überwachung computerbasiert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer schematischen und nicht

maßstabsgetreuen Figur beispielhaft näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer Schnittansicht ausschnittsweise zwei Werkstücke, die mit einem Stanzniet gefügt werden.

Fig. 1 zeigt zwei Werkstücke 1 10 und 120, die an der gezeigten Fügestelle mit einem Halbhohlstanzniet 200 gefügt werden sollen. Der herzustellende Werkstückverbund ist mit 100 bezeichnet, wobei die Werkstücke 110 und 120 an mehreren Fügestellen gefügt werden können. Die dargestellten Werkstückdicken und das Dickenverhältnis der Werkstückpaarung 1 10/120 sind nur beispielhaft. Das obere platten- bzw.

blechartige Werkstück 110 ist aus einem CFK-Material (oder einem anderen FVK- Material) gebildet. Das untere Werkstück 120 ist aus einem Blechmaterial gebildet. Bei dem unteren Werkstück 120 kann es sich auch um ein Gussteil, ein Profilteil oder dergleichen handeln.

Zum Erzeugen einer Stanznietverbindung wird der dargestellte Halbhohlstanzniet 200 in an und für sich bekannte Weise mit Hilfe einer Setzeinrichtung 300 ohne Vorlochen durch das obere Werkstück 110 gedrückt und hinterschnittig mit dem unteren Werkstück 120 verpresst. In analoger Weise können auch mehr als zwei Werkstücke gefügt werden. Die Setzeinrichtung 300 umfasst einen Setzstempel 310 zum Aufbringen einer Setzkraft F und eine gegenüberliegend des Setzstempels 310 angeordnete Matrize 320.

Die Setzeinrichtung 300 und die Setzkraft F werden im Stand der Technik anhand der Dicke des oberen CFK-Werkstücks 110 oder der Gesamtdicke der

Werkstückpaarung beider Werkstücke 110 und 120 ausgelegt. Allerdings weist das obere CFK-Werkstück 110 herstellungsbedingt eine Dickentoleranz D auf, wodurch sich toleranzbedingte Dickenschwankungen ergeben, wie mit den beiden

gestrichelten Linien veranschaulicht. Die Dickentoleranz D und die damit

einhergehenden Dickenschwankungen führen bei einer serienmäßigen Erzeugung von Stanznietverbindungen zu einer reduzierten Qualität, insbesondere bezüglich erzielbarem Hinterschnitt und/oder erzielbarer Restbodendicke.

Die Erfindung sieht daher vor, dass im Rahmen einer serienmäßigen Erzeugung von Stanznietverbindungen bei den mit der Setzeinrichtung 300 fortlaufend ausgeführten Setzvorgängen einerseits identische Halbhohlstanzniete 200 verwendet werden und andererseits die Setzeinrichtung 300 und/oder deren Betriebsparameter im Hinblick auf die toleranzbedingten Dickenschwankungen der FVK-Werkstücke 110 optimiert ist/sind, wodurch ohne Veränderung der Nietlänge und/oder des Nietdurchmessers immer, d. h. bei jedem Setzvorgang, eine im Wesentlichen fehlerfreie

Stanznietverbindung erzeugt wird.

Hierzu ist insbesondere vorgesehen, dass jeder Setzvorgang mit identischer Setzkraft F ausgeführt wird, wobei die verwendete Setzkraft F auf einen sich aus den toleranzbedingten Dickenschwankungen ergebenden Dickenbereich der FVK- Werkstücke 110 abgestimmt ist. Wie eine solche im Hinblick auf die

toleranzbedingten Dickenschwankungen optimierte Setzkraft F ermittelt werden kann ist obenstehend erläutert. Auch die Matrize 320 kann baulich auf einen sich aus den toleranzbedingten Dickenschwankungen ergebenden Dickenbereich der FVK- Werkstücke 320 abgestimmt und dadurch im Hinblick auf die toleranzbedingten Dickenschwankungen optimiert sein, wie obenstehend erläutert.

Die Ausgestaltung der Setzeinrichtung 300, insbesondere deren Matrize 320, und/oder die Wahl bzw. Einstellung der Betriebsparameter, insbesondere der Setzkraft F, ist bzw. sind somit nicht auf eine spezifische Solldicke des oberen CFK- Werkstücks 1 10 oder eine festgelegte Dickenkombination beider Werkstücke 110/120 ausgelegt, sondern sind bzw. werden unter Beachtung bzw.

Berücksichtigung toleranzbedingter Dickenschwankungen der zu fügenden CFK- Werkstücke 110 optimiert. Alle Fügevorgänge und die hierbei erzeugten

Fügeverbindungen sind dadurch toleranzgerecht ausgelegt. Fehlerhafte

Stanznietverbindungen und Ausschussteile können somit verhindert werden. Weitere Aspekte der Erfindung sind obenstehend erläutert.