Clinchen. Fügetechnik für den Karosseriebau

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1 Clinchen Fügetechnik für den Karosseriebau

2 Clinchen Warum? Fügeverbindung nur durch Materialumformung, kein zusätzliches Material nötig Keine Hitzeeinwirkung Bauteilverspannungen Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe und Zwischenlagen (Kunststoff) Sauberer Anlagenbetrieb - keine Verschmutzung der Vorrichtung und Bauteile durch Schweißspritzer Reproduzierbarer Fügeprozeß ohne "Kappenfräsen oder Kappenwechseln" 2

3 Der Hinterschnitt hält! F k F k Hinterschnitt F k d D F k Der Hinterschnitt des Fügepunktes (D-d) ist entscheidend für die Kopfzugfestigkeit (F k ) der Verbindung! Bild: BTM Europe 3

4 Zwei Varianten des Durchsetzfügens feste oder bewegliche Matrize Einfache Werkzeuggeometrie Stempel z.t. in konischer Form Feste, geschlossene Matrize Hinterschnitt durch Fließen des Materials in Matrizenring Konstanter Kopfdurchmesser Bilder: BTM Europe feste Matrize bewegliche Matrize Werkzeuggeometrie mit - zylindrischem Stempel - aufwendiger, da mit beweglichen Schubsegmenten ausgeführte Matrizenkonstruktion Hinterschnitt durch Fließen des Materials nach Außen durch nachgebende Matrizenlamellen Kopfdurchmesser abhängig von Prozess (Blechdicke, Kraft etc.) 4

5 Höhere Prozesssicherheit mit beweglicher, offener Matrize geringere Verschmutzungsgefahr durch offene Matrizenkonstruktion. Feuchtigkeit, Öl oder Bauteilbeschichtungen führen nicht zum direkten Qualitätsabfall (Druckstau!!) offene Matrize mit Stützring Durch offene, seitlich nachgebende Bauart flexibler bei Blechdickenschwankungen Fügen unterschiedlicher Blechpaarungen mit einem Werkzeugsatz Geringere Fügekräfte (-20%), da Material in Richtung der nachgebenden Lamellen fliessen kann Geringere Abstreifkräfte - matrizenseitiger Abstreifer entfällt - einfache Abstreiferkonstruktion stempelseitig mechanisches Prinzip Bild: BTM Europe Bild: BTM Europe 5

6 Fügeprozess im Detail mit beweglicher Matrize Stempel Blech 1 Blech 2 Material fliesst in Richtung der nachgebenden Lamellen Stempel setzt auf Matrize mit Stützring Stempel taucht in Matrize ein, Material beginnt zu fliessen Bilder: BTM Europe 6

7 Aufbau Einsatzwerkzeug Aufbau eines kompletten Clinchwerkzeuges aus: Halter Clinchwerkzeug / Stempel Abstreifersystem Matritze Halter Bilder: BTM Europe 7

8 Die physikalischen Materialeigenschaften bestimmen die Verbindungsfestigkeit Fügeverfahren Matrizensystem Kopfzugfestigkeit Scherzugfestigkeit Hersteller 1 fest 1500 N 2800 N Hersteller 2 beweglich 1700 N 2950 N Hersteller 3 beweglich 1400 N 2700 N Hersteller 4 beweglich 1200 N 2800 N Fazit: Bei gleichen Werkstoffen und Prozessbedingungen erreichen alle Fügeverfahren nahezu gleiche Festigkeiten. Die Maximalwerte werden ausschliesslich durch die physikalischen Materialeigenschaften (Werkstoff, Blechdicke) bestimmt. 8

9 Fügewerkzeuge mit beweglicher Matrize das richtige Verfahren für die Rohbaufertigung Fazit: Fügewerkzeuge mit beweglicher Matrize sind im Hinblick auf die in der Rohkarosseriefertigung vorherrschenden Bedingungen mit Blechdickentoleranzen, Verschmutzungen, Umwelteinflüssen und Änderungspotentialen (Blechdicken, Prozess, Bauteil) den Ausführungen mit fester Matrize vorzuziehen. 9

10 Anwendungsbeispiel für Standard-Clinchzange Verdrehsicherung (optional) Antriebszylinder (hier Multikraft Zylinder MZ 140) Endlagenschalter Federausgleichsystem Kolbenstangenführung Fügestempel nach BTM Standard Tog-L Loc C-Bügel System 10

11 Anwendungsbeispiel für C-Bügel System mit Elektroantrieb Übersetzungsstufe mit Zahnriemenübertragung Leistungsdaten: F max = 60 KN Servo-Elektromotor (hier SEW) Standard C-Bügel Rollenspindel zur Kraftübertragung Fügematrize nach BTM Standard Verdrehsicherung + Endlagenschalter Fügewerkzeug nach BTM Standard 11

12 C-Bügel-standard Varianten Modulbaukasten Hub Ausladung 140mm 200mm 300mm

13 C-Bügel Antriebsvarianten Modulbaukasten Multikraftzylinder Hydroairzylinder E-Servo-Motor Leistungsdaten: Kraft F max = 150 kn Untersetzungsstufe mit Zahnradgetriebe Modul m = 5 Übersetzung i = 0,62 Elektromotor (hier SEW) n = 2000 U/min

14 NEU Kniehebelzange mit Parallelarmführung Bei normaler Zange erfolgt die Zustellbewegung des Arms und damit von Stempel oder Matrize mit einer Kreisbewegung, die im Hinblick auf einen sicheren Clinchprozess ungünstig ist Bei der Parallelzange ist der Schwenkarm geteilt in Kraft- und Führungsarm Der Führungsarm wird im Arbeitsbereich 3 mm parallel zugestellt, der Stempel taucht senkrecht in die Matrize ein Ergebnis: Definierter und reproduzierbarer Zustellprozess für die Clinchanwendungen Stempel Matrize Führungsarm Kraftarm Kniehebelzange Zangen- Federausgleich Linearführung für parallele Zustellung des Führungsarms 14

15 Prozessüberwachung: Restbodendicke das X-Mass - entscheidet über die Fügequalität! Fazit: X-Mass Nicht die Kraft, sondern ausschliesslich der Stempelverfahrweg zwischen Stempel und Matriz entscheidet über die Qualität der Fügeverbindung. Je nach Fügevariante (bewegliche, feste Matrize) und Fügefolge (Einzelpunkt, Mehrpunkte) werden unterschiedliche Steuerungskonzepte zur Erzielung eines reproduzierbaren X-Masses verfolgt. Bild: BTM Europe 15

16 Prozessüberwachung mit Hüllkurve aus Kraft-Weg-Signal Kraft Hüllkurven 1. Prozesssignal fehlerhaft z.b. falsche Blechpaarung Festanschlag = Wegsteuerung Prozesssignal i.o. Prozessignal fehlerhaft z.b. Werkzeugbruch Bilder: BTM Europe Vorteile einer Prozessüberwachung: Weg Qualitätsüberwachung des Fügeprozesses durch Hüllkurve Werkzeugbruchüberwachung Protokollierung der Fügepunkte 16

17 Detail Prozessüberwachung 1 Beispiel: Servo-E-Motor Überwachung des Kraft/Weg-Signals = Stromaufnahme / Motordrehzahl-Signal Beispiel fehlerhafter Prozess Hüllkurve Obergrenze Signalverlauf außerhalb der Hüllkurve! Prozesssignal Hüllkurve Untergrenze 17

18 Detail Prozessüberwachung 2 Überwachung des Kraft/Weg-Signals = Stromaufnahme / Motordrehzahl-Signal Beispiel Stanzprozess i.o. Hüllkurve Obergrenze Stanzverlauf innerhalb der Hüllkurve! Prozesssignal Hüllkurve Untergrenze 18

19 Für Rückfragen stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung: TÜNKERS Maschinenbau GmbH Am Rosenkothen Ratingen Herr Dirk Hoppe Telefon +49 (0) Herr André Michels Telefon +49 (0)