DE10048005B4

DE10048005B4 - Device for connecting at least two flat, superimposed components

Info

Publication number: DE10048005B4
Application number: DE2000148005
Authority: DE
Inventors: Christian Dr. Donhauser; Artur Dr. Stümke; Hans-Günther Prof. Dr. Haldenwanger; Konrad Dipl.-Ing. Schnupp
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2000-09-26
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2005-01-27
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: DE10048005A1

Abstract

Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile, insbesondere Blechplatinen, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehenes Werkzeug an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) einen Hinterschnitt (8) aufweist und dass die Wirkung des Fluids (14) durch einen gleichfalls in Richtung Werkzeug-Ausnehmung (9) bewegbaren Stempel (5) unterstützt wird.contraption for connecting at least two flat, superimposed components, in particular sheet metal blanks, wherein at the junction with a a recess provided tool on a surface of a first component is brought to bear and component sections both components under the action of a high pressure settable Fluids are deformed into the recess, characterized in that the recess (9) has an undercut (8) and that the Effect of the fluid (14) by a likewise in the direction of tool recess (9) movable punch (5) is supported.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile, insbesondere Blechplatinen, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehenes Werkzeug an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden.The The invention relates to a device for connecting at least two flat, one above the other lying components, in particular sheet metal blanks, wherein at the junction a tool provided with a recess on a surface of a first component is brought to bear and component sections both components under the action of a high pressure settable Fluids are deformed into the recess.

Eine entsprechende Vorrichtung ist in der DE 32 10 956 A1 beschrieben. Diese Druckschrift zeigt ein Werkzeug zum unlösbaren Verbinden von dehnbaren, flächenartigen Werkstücken. Unter anderem wird dabei eine Verfahrensweise erwähnt (in Verbindung mit 7 und 8), bei der ein Druckmittelstrom unmittelbar auf zu verbindende Werkstücke einwirkt und die dazu verwendeten Düsen Einbuchtungen an der Verbindungsstelle herstellen sowie eine anschließende unlösbare Verbördelung durchführen. Zur Herstellung der Verbördelung ist es erforderlich, auch die gegenüberliegende Oberfläche des Bauteilverbundes durch einen entsprechenden Fluidstrahl zu beaufschlagen. Dies lässt den Aufwand zur Herstellung einer solchen Verbindung unverhältnismäßig hoch werden. Die Beanspruchung der Werkstücke an der Verbindungsstelle durch aufeinanderfolgende, gegengerichtete Verformungen ist gleichfalls beträchtlich. Die Güte der Verbindung darf als zweifelhaft angesehen werden.A corresponding device is in the DE 32 10 956 A1 described. This document shows a tool for the permanent connection of stretchable, sheet-like workpieces. Among other things, a procedure is mentioned (in conjunction with 7 and 8th ), in which a pressure medium flow acts directly on the workpieces to be joined and the nozzles used for this purpose to make indentations at the connection point and to carry out a subsequent undetachable flanging. To produce the flanging, it is necessary to act on the opposite surface of the composite component by a corresponding fluid jet. This makes the effort to produce such a connection disproportionately high. The stress on the workpieces at the joint by successive counter-straightened deformations is also considerable. The quality of the connection may be considered doubtful.

Anderweitige Verfahrensweisen zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile unter Einsatz eines unter hohem Druck stehenden Fluids sind in den älteren Patentanmeldungen DE 199 13 757 A1 und DE 199 18 516 A1 der Anmelderin beschrieben. Zum einen wird dabei ein Verfahren zur Herstellung einer Nietverbindung beschrieben, bei dem ein von einem Werkzeug beaufschlagtes Niet flächig aufeinander liegende Werkstücke, insbesondere Bleche, beaufschlagt und das Blechmaterial in den Formhohlraum einer Matrize drängt, wobei die Matrize im Verlaufe des Niet-Setzvorganges eine das Werkstückmaterial an eine Niet-Mantelfläche andrückende Querkraft ausübt und wobei die Querkraft über ein in die Matrize einleitbares, unter hohen Druck setzbares Fluid erzeugt wird. Die weitere Schutzrechtsanmeldung der Anmelderin beschreibt ein ebenfalls auf der DE 32 10 956 A1 aufbauendes Verfahren zum Verbinden flächiger Bauteile, wobei in einen durch die umgeformten Bauteile an der Verbindungsstelle entstehenden Hohlraum ein Stopfen eingefügt wird, der in vorteilhafter Weise auch von dem unter hohen Druck setzbaren Fluid gebildet werden kann.Other methods for joining at least two planar, superimposed components using a high-pressure fluid are in the earlier patent applications DE 199 13 757 A1 and DE 199 18 516 A1 the applicant described. On the one hand, a method for producing a rivet connection is described, in which a rivet loaded by a tool acts on surfaces lying on top of one another, in particular sheets, and urges the sheet material into the mold cavity of a die, the die in the course of the rivet setting process Workpiece material on a rivet lateral surface abutting transverse force exerts and wherein the transverse force is generated via an insertable into the die, high-pressurizable fluid. The further application for protection of the applicant describes also on the DE 32 10 956 A1 Constitutive method for connecting flat components, wherein in a resulting from the formed components at the junction cavity a plug is inserted, which can be formed in an advantageous manner by the high pressure settable fluid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung zum Verbinden zweier flächiger Baueile gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 in der Weise zu optimieren, dass bei geringem konstruktiven Aufwand eine Bauteilverbindung von hoher Güte herstellbar ist.Of the Invention is based on the object, the device for connecting two surface Construction parts according to the generic term of claim 1 in such a way that at low constructive effort a component connection of high quality produced is.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.These The object is achieved by a device according to claim 1.

Die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 zeigen den erfindungsgemäßen weiteren Aufbau der Vorrichtung. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen vorrichtungsgemäßer Art sind mit den Unteransprüchen beansprucht.The Characteristic features of claim 1 show the further invention Construction of the device. Advantageous developments and refinements device type are with the dependent claims claimed.

Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Die zugehörige Zeichnung zeigt in den 1a bis 1e in schematischer Darstellung sowohl den konstruktiven Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung als auch die Arbeitsschritte im Einzelnen zur Herstellung der Bauteilverbindung.The invention is explained below with reference to an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows in the 1a to 1e in a schematic representation of both the structural design of the device according to the invention and the steps in detail for the preparation of the component connection.

Wie aus 1a ersichtlich sind zwei miteinander zu verbindenden flächigen Bauteilen 1, 2, beispielsweise Metallblechen, an einer Verbindungsstelle ein Werkzeugunterteil 3 mit den Matrizenteilen 3.1 und 3.2 und ein Werkzeugoberteil 4 mit darin zentrisch geführtem, vertikal beweglichen Stempel 5 zugeordnet. Ein umlaufendes Dichtungsband 6, welches in die untere Stirnfläche des Werkzeugoberteiles 4 eingesetzt ist und am oberen flächigen Bauteil 1 anliegt sorgt für einen fluiddichten Abschluss eines durch das obere flächige Bauteil 1, das Werkzeugoberteil 4 und den Stempel 5 gebildeten Hohlraumes 7. Diesem ist eine mit Hinterschnitt 8 versehene Ausnehmung 9 im Werkzeugunterteil 3 gegenübergestellt.How out 1a it can be seen two flat components to be joined together 1 . 2 , For example, metal sheets, at a junction a tool base 3 with the die parts 3.1 and 3.2 and a tool shell 4 with centrically guided, vertically movable stamp 5 assigned. A circumferential sealing tape 6 , which in the lower end face of the tool upper part 4 is used and on the upper surface component 1 rests ensures a fluid-tight completion of a through the upper surface component 1 , the tool shell 4 and the stamp 5 formed cavity 7 , This is one with undercut 8th provided recess 9 in the lower tool part 3 compared.

Innerhalb des Stempels 5 verläuft, konzentrisch angeordnet, ein Kanal 10, der in einem Stempelfortsatz 11 an dessen Stirnfläche 13 sowie in radial, schräg nach unten gerichtete und über den Umfang verteilt angeordnete Bohrungen 12 ausmündet.Inside the stamp 5 runs, concentrically arranged, a channel 10 that in a stamping process 11 at the end face 13 and in radially, obliquely downwardly directed and distributed over the circumference arranged holes 12 opens.

Die Bauteilverbindung entsteht nun bei geschlossenem Werkzeug wie folgt: Zunächst wird über Kanal 10 und Bohrungen 12 der Hohlraum 7 mit Fluid 14 befüllt, was, einen entsprechenden Druck des Fluids 14 vorausgesetzt, auch unter der Wirkung der Fluid-Strahlen 20 ein Vorwölben der flächigen Bauteile 1, 2 an der Verbindungsstelle zur Folge hat (1b). Ein weiteres Umformen (1c) der Bauteile 1, 2 wird dadurch erreicht, dass die Wirkung des Fluids 14 dahingehend unterstützt wird, dass der Stempel 5 eine Abwärtsbewegung (Pfeil 15) durchführt, so weit, bis die Stirnfläche 13 des Stempelfortsatzes 11 über die flächigen Bauteile 1, 2 am Boden 16 der Ausnehmung 9 nahezu anliegt. Eine weitere Zufuhr von Fluid 14 über den Kanal 10 zur weiteren Druckerhöhung ist bei diesem Umformvorgang nicht von Nöten, kann aber ggf. vorteilhaft sein.The component connection now arises with the tool closed as follows: First, via channel 10 and drilling 12 the cavity 7 with fluid 14 filled, what, a corresponding pressure of the fluid 14 provided, even under the effect of fluid jets 20 a bulging of the flat components 1 . 2 at the junction ( 1b ). Another reshaping ( 1c ) of the components 1 . 2 is achieved by the effect of the fluid 14 is supported to the effect that the stamp 5 a downward movement (arrow 15 ) performs so far until the end face 13 of the stamping process 11 over the flat components 1 . 2 on the ground 16 the recess 9 almost applied. Another supply of fluid 14 over the canal 10 for further pressure increase is not necessary in this forming process, but may possibly be advantageous.

Der weitere Umformprozess (1d) ist dadurch gekennzeichnet, dass sich das Material der flächigen Bauteile 1, 2 im Bereich der Verbindungsstelle vollständig, den Hinterschnitt 8 ausfüllend, an die Kontur der Ausnehmung 9 anlegt. Zum Erreichen dieses Zieles sind auch die radial gerichteten Bohrungen 12 von Vorteil. Ein erneutes Beaufschlagen des Kanales 10 mit unter hohem Druck stehenden Fluid 14 zum Zwecke der Druckerhöhung in der mit Fluid 14 gefüllten Ausnehmung 9 hat nämlich zur Folge, dass diese Fluid-Strahlen 20 unmittelbar die sich weiter ausformenden Bereiche des Bauteilmateriales beaufschlagen.The further forming process ( 1d ) is characterized in that the material of the flat components 1 . 2 in the area of the joint completely, the undercut 8th filling, to the contour of the recess 9 invests. To achieve this goal are also the radially directed holes 12 advantageous. A renewed action on the channel 10 with high pressure fluid 14 for the purpose of increasing the pressure in the fluid 14 filled recess 9 The consequence of this is that these fluid jets 20 immediately act on the further forming areas of the component material.

Nach Reduzierung des Fluiddruckes und Ausleitung des im Hohlraum 7 vorhandenen Fluids 14 kann das Werkzeug geöffnet (Pfeile 17, 18 bzw. Doppelpfeil 19 gemäß 1e) und der nunmehr hergestellte Bauteilverbund entnommen werden.After reduction of the fluid pressure and discharge of the cavity 7 existing fluid 14 the tool can be opened (arrows 17 . 18 or double arrow 19 according to 1e ) and the component assembly produced now be removed.

Konstruktive Alternativen der Vorrichtung sind ohne weiteres denkbar und im Rahmen der Erfindung liegend. Modifiziert werden könnte beispielsweise Anordnung bzw. Zuordnung von Kanal 10 und Bohrungen 12. Letztere könnten von einem vom Kanal 10 unabhängigen, weiteren Zufuhrkanal versorgt werden, so dass z. B. Kanal 10 und Bohrungen 12 unabhängig voneinander und auch mit unterschiedlichen Fluiddrücken beaufschlagt werden können.Constructive alternatives of the device are readily conceivable and within the scope of the invention. For example, arrangement or allocation of channel could be modified 10 and drilling 12 , The latter could be from one of the channel 10 be supplied independent, further supply channel, so that z. B. channel 10 and drilling 12 can be acted upon independently and with different fluid pressures.

Claims

Vorrichtung zum Verbinden mindestens zweier flächiger, übereinander liegender Bauteile, insbesondere Blechplatinen, wobei an der Verbindungsstelle ein mit einer Ausnehmung versehenes Werkzeug an eine Oberfläche eines ersten Bauteiles zur Anlage gebracht wird und Bauteilabschnitte beider Bauteile unter der Wirkung eines unter hohen Druck setzbaren Fluids in die Ausnehmung hineinverformt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung (9) einen Hinterschnitt (8) aufweist und dass die Wirkung des Fluids (14) durch einen gleichfalls in Richtung Werkzeug-Ausnehmung (9) bewegbaren Stempel (5) unterstützt wird.Device for connecting at least two flat, superimposed components, in particular sheet metal blanks, wherein at the connection point a tool provided with a recess is brought to a surface of a first component for conditioning and component sections of both components under the action of a high pressure settable fluid into the recess be deformed into, characterized in that the recess ( 9 ) an undercut ( 8th ) and that the effect of the fluid ( 14 ) by a likewise in the direction of tool recess ( 9 ) movable stamp ( 5 ) is supported.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Stempels (5) mindestens ein auf die zu verformenden Bauteilabschnitte gerichteter Fluid-Kanal (10) verläuft.Device according to claim 1, characterized in that inside the stamp ( 5 ) at least one directed to the component parts to be deformed fluid channel ( 10 ) runs.

Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (10) in einen Stempelfortsatz (11) hineinreicht, der darüber hinaus mit im Wesentlichen schräg gerichteten Bohrungen (12) für den Durchtritt des Fluids (14) ausgestattet ist.Device according to claim 2, characterized in that the channel ( 10 ) in a stamping process ( 11 ), which also has substantially obliquely directed holes ( 12 ) for the passage of the fluid ( 14 ) Is provided.

Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrungen (12) von einem separaten Fluid-Kanal beaufschlagt werden.Device according to claim 3, characterized in that the bores ( 12 ) are acted upon by a separate fluid channel.