Zum Verbinden von Blechen ist z. B. das Widerstandspunktschweißen bekannt. Bei diesem Verfahren werden die Bleche örtlich begrenzt aufgeschmolzen und in der Schmelzone miteinander verbunden. Wegen der auftretenden Gefügeveränderung in der Schmelzone sind die Bleche in diesem Bereich geringer mechanisch belastbar.

Zum mechanischen Fügen sind weiterhin Verfahren bekannt wie : -das Durchsetzen -das Stanznieten mittels Halbhohlniet -das Stanznieten mittels Vollniet.

Die Herstellung der mechanischen Verbindung wird bei Raumtemperatur durchgeführt. Nachteilig bei diesen Verfahren ist, daß der mechanische Fügeprozeß zu einer teilweise extremen Kaltverfestigung in der Verbindungszone führt. Die entsprechenden Vorrichtungen musse für hohe Kräfte ausgelegt werden, ebenso die Werkzeuge. Die Hilfsfügeteile wie Halbhohlniet und Vollniet werden unerwünscht deformiert bis zerstört. Deswegen ist die Verwendung hochfester Bleche stark eingeschränkt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung anzugeben, welche beim Stanznieten mittels Halbhohlniet oder Vollniet bzw. beim Durchsetzen den Einatz von hochfesten Werkstoffen, auch bei einem extremen Verfestigungsgrad, wie bei austenitischen Edelstahlen, ermöglicht.

Erfindungegemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 7 genannten Merkmalen gelöst. Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Wesentlich an der Erfindung ist, daß in der künftigen Umformzone eine lokal und zeitlich begrenzte Erwärmung der Fügeteile durch elektrische Widerstandserwärmung erfolgt, wobei die Erwärmung durch Niederhalter und Matrize oder diesen bei oder vorgeordneten Elementen erfolgt und die Erwärmung mit Beginn oder unmittelbar davor ausgelöst wird und vor dem Beginn der Umformung in der Umformzone abgeschlossen ist.

Vorteilhaft erfolgt in einer ersten Variante des Verfahrens die Erwärmung direkt zwischen einem Niederhalter und einer Matrize, wobei die Erwärmung mit dem Beginn des Arbeitshubes ausgelöst wird. Der Niederhalter ist dazu mit einer schrägen Auflagefläche und die Matrize mit einem Ring versehen.

Bei einer vorteilhaften zweiten Verfahrensvariante erfolgt die Erwärmung zwischen einem oberen Ring aus einem oder mehreren Kontaktschuhen und einem unteren Ring aus einem oder mehreren Kontaktschuhen, die jeweils um Niederhalter und Matrize angeordnet sind, wobei die Erwärmung mit dem Beginn des Arbeitshubes ausgelöst wird.

Bei einer dritten vorteilhaften Verfahrensvariante erfolgt die Erwärmung zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, die einer ersten Station zugeordnet sind und die Umformung wird zeitlich anschließend in einer zweiten Station durchgeführt, wobei die Erwärmung unmittelbar vor dem Beginn der Umformung ausgelöst wird.

Von der Erwärmung sind nicht primär die Werkzeuge oder die Hilfsfügeteile betroffen, sondern die Erwärmung erstreckt sich in den zu fügenden Teilen auf den Bereich, in dem der Umformgrad am größten ist. Die Erwärmung ist dabei vor dem Beginn der Umformung abgeschlossen und setzt entweder nach dem Start des Arbeitshubes ein oder unmittelbar vor dem Arbeitshub einer der Umformung vorgelagerten Station. Damit läßt sich die Erwärmung gut steuern und der Energieeintrag auf ein Minimum beschränken.

Nach der Umformung setzt ein sofortiges Erkalten der Fügestelle ein. Dies wird erreicht, indem eine minimale Wärmemenge eingetragen wird, und eine genaue zeitliche Abstimmung von Niederhalterhub/Erwärmung/Umformung erfolgt. Zur Durchführung des Verfahrens sind der Niederhalter und die Matrize oder diesen bei oder vorgeordnete Elemente als Pole zur elektrischen Widerstandserwärmung ausgebildet, wobei Niederhalter, Matrize, Kontaktschuh mit entsprechenden Auflageflächen versehen sind, so daß sich durch die Fügepartner Stromlinien in örtlich begrenzter Ausbildung erstrecken, die den Erwärmungsbereich begrenzen.

Bei einer ersten Vorrichtung ist der Niederhalter mit einer Schräge versehen und die Matrize weist eine ringförmige Erhebung auf.

Bei einer zweiten Vorrichtung sind ein oberer Ring aus einem oder mehreren Kontaktschuhen, der um einen Niederhalter angeordnet ist, und ein unterer Ring aus einem oder mehreren Kontaktschuhen, der um eine Matrize angeordnet ist, vorgesehen, wobei die Auflageflächen der Kontaktschuhe sehr nah an Niederhalter und Matrize angeordnet sind und der Erwärmungsbereich dadurch eingegrenzt ist.

Bei einer dritten Vorrichtung sind Elektroden zur Erwärmung der Fügepartner in einer Station vorgesehen, die der Station zur Umformung vorgelagert ist.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das bekannte Stanznieten mittels Halbhohlniet oder mit Vollniet bzw. Durchsetzen, auch beim Einsatz von hochfesten Werkstoffen, auch mit extremen Verfestigungsgrad eingesetzt werden kann, wobei es zu keiner Beeinträchtigung der Qualität der Fügestelle durch Überbeanspruchung der Hilfsfügeteile bzw. des Grundwerkstoffes während des Fügens kommt. Durch die Abkühlung an der Fügestelle erhöht eine radiale Vorspannung im Fügepunkt die Festigkeit der Verbindung.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel für das Verfahren und die Vorrichtung näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen : Fig. la-le einzelne Phasen einer mechanischen Fügung am Beispiel des Vollstanznietens dargestellt, Fig. 2 schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Darstellung der Fügeteile ohneHilfsfügeteil Fig. 3 ein zur Fig. 2 gehöriger Kühlkörper Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit je einem Kontaktschuh um Niederhalter und Matrize Fig. 5 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit Elektroden zur Erwärmung in einer ersten Station und der Fügevorrichtung in einer zweiten Station In den Fig. la bis le sind die einzelnen Phasen einer mechanischen Fügung am Beispiel des Stanznietens mittels Vollniet dargestellt. Bei der Darstellung ist die erfindungsgcmäße Vorrichtung mit einbezogen. Auf der Matrize 4 liegen die Fügeteile la und lb. In der Fig. la ist der Niederhalter 5 aufgesetzt. Der Niederhalter 5 ist elektrisch von der Matrize 4 entkoppelt.

Beide Teile bilden die Pole für eine elektrische Widerstandserwärmung. Mit dem Aufsetzen des Niederhalters 5 auf das stempelseitige Blech la und ggf. dem Eindrücken des Bleches la mit der schrägen Stirnseite des Niederhalters 5, beginnt die Erwärmung durch elektrische Impulse. Die Schräge am Niederhalter 5 ermöglicht die Verringerung des Übergangswiderstandes zwischen dem Niederhalter 5 und dem stempelseitigen Blech la auf solche Weise, daß der Stromfluß und damit die gewünschte Erwärmung in der späteren Umformzone-also im Bereich des Außendurchmessers des Vollnietes 2-liegt.

In der Fig. lb ist die Erwärmungsphase dargestellt. Während der Vorschubbewegung von Stempel 3 und Vollniet 2 wird die lokale Erwärmung realisiert.

Mit dem Aufsetzen des Vollnietes 2 entsprechend der Fig. lc auf dem Blech la ist die Erwärmung beendet und der Umformvorgang beginnt. Die Steuerung der elektrischen Widerstandserwärmung wird über Zeitglieder oder Sensoren realisiert.

Entsprechend der Fig. 1 d ist der Umformvorgang beendet und die lokal eingebrachte Wärmemenge kann sich rasch in den Blechen la und lb verteilen.

Gemäß der Fig. le befinden sich der Niederhalter 5, Stempel 3 und Kühlkörper 6 im oberen Totpunkt. Die Kühlung der Werkzeuge wird durch die Kühlkörperanordnung 6,7 realisiert, welche vorzugsweise aus Kupfer gefertigt sind.

In der Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei der der Verlauf der Stromlinien 9 gezeigt ist. Durch die Vorrichtung wird die Erwärmung zwischen den als Pole geschalteten Werkzeugen, Niederhalter 5 und Matrize 4 über die Auflageflächen 16,17 auf engsten Raum lokalisiert, wie durch den Verlauf der Stromlinien 9 verdeutlicht. Fig. 3 zeigt einen zugehörigen Kühlkörper 6, der um den Niederhalter 5 angeordnet ist. Der Kühlkörper 6 ist am Außenrand mit Luftkühlrippen 8 versehen, und kann bei hohen Hubzahlen auch wassergekühlt werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung bei der ein Ring aus Kontaktschuhen 10,11 um den Niederhalter 5 und ein Ring aus Kontaktschuhen 12,13 um die Matrize 4 angeordnet ist. Die Auflageflächen 18,19 der Kontaktschuhe 10,12 sind sehr nah an Niederhalter 5 und Matrize 4 angeordnet und der Erwärmungsbereich in den Blechen la, lb wird dadurch eingegrenzt.

Fig. 5 zeigt schließlich eine erfindungsgemäße Vorrichtung bei der Elektroden 14,15 zur Erwärmung der Fügepartner la, lb in einer der Umformstation vorgelagerten Station vorgesehen sind. Die schmalen Auflageflächen 20,21 gewährleisten den eingegrenzten Erwärmungsbereich.

Bezugszeichenliste la-stempelseitiges Blech lb-matrizenseitiges Blech 2-Vollniet 3-Stempel 4-Matrize 5-Niederhalter 6-Kühlkörper/Niederhalter 7-Kühlkörper/Matrize 8-Luftkühlrippen 9-Stromlinien 10-oberer Kontaktschuh 11-oberer Kontaktschuh 12-unterer Kontaktschuh 13-unterer Kontaktschuh 14-oberere Elektrode 15-untere Elektrode 16-Auflagefläche am Niederhalter 17-Auflagefläche an der Matrize 18-Auflagefläche am Kontaktschuh 19-Auflagefläche am Kontaktschuh 20-Auflagefläche an einer Elektrode 21-Auflagefläche an einer Elektrode cx-Winkel der Auflagefläche des Niederhalters