Grundlagenuntersuchungen zum neuen Fügeverfahren matrizenloses Nietclinchen mit überlagerter Bewegung

Das neue Fügeverfahren Matrizenloses Nietclinchen wird mit einem flachen Amboss als Gegenwerkzeug durchgeführt. Das Fügen erfolgt ohne Vorloch und ohne Einrichtaufwand. Durch die Überlagerung der linearen Stempelbewegung mit einer Taumelbewegung können die Fügekräfte deutlich reduziert werden.

Potentielle Einsatzgebiete, in denen die Anwendung des Matrizenlosen Nietclinchens im Vergleich zu den bisher eingesetzten matrizenbasierten Verfahren besondere Vorteile bietet, liegen überall dort, wo bei herkömmlichen Umformfügeverfahren durch die Anwendung einer konturierten Matrize Probleme bestehen. So weist das Verfahren beispielsweise besonders für Verbindungen Vorteile auf, deren Herstellung C-Bügel mit großen Ausladungen erfordern und die mit der herkömmlichen Technologie nur mit unverhältnismäßigem Aufwand fügbar sind. Vorteilhaft ist auch, dass beim Matrizenlosen Nietclinchen beim Wechsel der Fügeaufgabe kein Wechsel der Werkzeuge (Stempel, Niederhalter, Amboss) notwendig ist, so dass durch den Einsatz dieses neuen Verfahrens im Vergleich zu herkömmlichen Fügetechnologien große Einsparungspotentiale bezüglich der Senkung des Aufwandes für Matrizenverwaltung, Matrizenwechsel und Maschineneinrichtung erschlossen werden können.

In Untersuchungen an ausgewählten Fügepaarungen wurde der Einfluss relevanter Prozessparameter und nietspezifischer Größen auf die Verbindungsherausbildung beim Matrizenlosen Nietclinchen untersucht. Mit Hilfe von umfangreichen Versuchsreihen und unterstützenden FEM-Simulationsrechnungen gelang es die Herausbildung der Fügestellen zu durchdringen und die Einflüsse wichtiger Parameter zu analysieren. Die in der vorliegenden Arbeit gewonnenen Erkenntnisse können helfen, auch Niete und Fügeprozesse für Verbindungen bisher noch nicht untersuchter Fügepaarungen auszulegen.

Die Grenzen des Matrizenlosen Nietclinchens bezüglich der fügbaren Paarungen wurden herausgearbeitet. Es konnte gezeigt werden, dass das Verfahren für das Fügen von Partnern gleicher Dicke und für das Fügen von Partnern ungleicher Dicke mit stempelseitiger Anordnung des dünneren Fügepartners besonders geeignet ist. Es können sowohl Fügepartner gleicher Werkstoffe als auch Fügepartner unterschiedlicher Werkstoffe gefügt werden, wobei beim Fügen unterschiedlicher Werkstoffe die stempelseitige Anordnung des Fügepartners aus dem festeren Werkstoff vorteilhaft ist.

In exemplarischen vergleichenden Festigkeitsuntersuchungen wurde festgestellt, dass die Scherzugfestigkeiten matrizenlos nietgeclinchter Verbindungen sowohl unter quasistatischer als auch unter schwingender Beanspruchung deutlich über den Festigkeiten vergleichbarer Halbhohlstanznietverbindungen liegen. Die Kopfzug- und Schälzugfestigkeiten matrizenlos nietgeclinchter Verbindungen liegen etwas über denen von Clinchverbindungen. Die Werte von Halbhohlstanznietverbindungen werden hier nicht erreicht. Es konnte nachgewiesen werden, dass das Matrizenlose Nietclinchen unter technologischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten eine Alternative zu herkömmlichen Fügeverfahren mit Matrize sein kann.