DE10135488A1

DE10135488A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer formschlüssigen Kaltfügeverbindung

Info

Publication number: DE10135488A1
Application number: DE2001135488
Authority: DE
Inventors: Dieter Mauer
Original assignee: Newfrey LLC
Current assignee: Newfrey LLC
Priority date: 2001-07-20
Filing date: 2001-07-20
Publication date: 2003-04-24
Also published as: WO2003013759A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung hat eine Vorrichtung zur Herstellung einer formschlüssigen Kaltfügeverbindung zwischen Lagen (4, 5) an Werkstücken mit einer Matrize (3) und einen Niederhalter (1) zum Gegenstand, zwischen denen die Lagen (4, 5) angeordnet sind, und mit einem in dem Niederhalter (1) axial geführten Stempel (2), wobei zur Ausbildung einer Klemmkraft der Niederhalter (1) mittels einer Flüssigkeit (10) ansteuerbar ist. Die Erfindung schlägt eine Vorrichtung und ein Verfahren vor, bei dem die Viskosität und damit die Fließeigenschaften der Flüssigkeit (10) aktiv beeinflußbar sind, so daß die durch den Niederhalter (1) auf die Lagen (4, 5) ausgeübte Klemmkraft gezielt variiert werden kann.

Description

Die Erfindung hat ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung einer formschlüssigen Kaltfügeverbindung zum Gegenstand.

Gerade in der Automobilindustrie gewinnen durch Kaltfügen hergestellte Verbindungen eine immer größere Bedeutung, da sie eine Alternative zu der herkömmlichen Schweißverbindung bilden können. Insbesondere bei materialbedingt schlecht schweißbaren Werkstoffpaarungen stellen Kaltfügeverbindungen eine mehr als geeignete Alternative dar. Beispielsweise werden bei dem Kaltfügeprozess des Stanznietens die zu verbindenden Teile, beispielsweise Bleche, ohne Vorlochen von zwei Seiten mit einem Stanzniet verbunden. Hierbei wird das bei einem konventionellen Nietverfahren erforderliche Vorlochen der Fügeteile durch einen entsprechenden durch den Stanzniet selbst hervorgerufenen Schneidvorgang ersetzt.

Beim Stanznieten, beispielsweise mit einem Halbhohlniet, werden die zu verbindenden Blechbauteile auf eine Matrize gelegt. Die Blechbauteile werden durch einen Niederhalter gegen die Matrize gedrückt und so fixiert. Sodann stanzt der Halbhohlniet die diesem zugewandten Lagen durch und anschließend wird dieser in der unteren, matrizenseitigen Lage unter Ausbildung eines Schließkopfes plastisch unter radialer Erweiterung verformt, wobei sich zwangsläufig die Gestalt des Schließkopfes im wesentlichen durch die Form der Matrize bestimmt. Das dabei aus der oberen Lage ausgestanzte Material füllt den hohlen Nietschaft des Halbhohlnietes aus und wird dabei unverlierbar eingeschlossen. Im folgenden wird der Halbhohlniet gestaucht, was dazu führt, dass der Schließkopf weiter ausgebildet wird und der Kopf des Halbhohlnietes im wesentlichen mit der oberen Lage der Blechbauteile bündig abschließt.

Hierbei ist es für eine qualitativ hochwertige Stanznietverbindung mit einem Halbhohlniet von entscheidender Bedeutung, dass die positionierten Teile einwandfrei festgehalten werden, so dass aufgrund einer bei dem Stanzprozess in Erscheinung tretenden Nachfließbewegung die Position der Bauteile sich zueinander nicht verändern kann. Darüber hinaus ist es wichtig, aufgrund der werkstoffspezifischen Zusammensetzung der zu verbindenden Bauteile eine fügespezifische Auswahl des Materials und der Geometrie des Stanznietes zu treffen.

So ist beispielsweise aus der WO 94/14554 eine Vorrichtung mit einem Niederhalter bekannt, der über eine Kolben-Zylinder-Einheit in einer solchen Art und Weise bewegbar ist, dass die Klemmkraft des Niederhalters, durch den die Lagen auf der Matrize fixiert werden, gegen Ende des Stanznietvorgangs erheblich ansteigt. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine Nachfließbewegung beim Stanzen nicht eintritt. Darüber hinaus wird durch ein derartiges Verfahren zur Herstellung einer Stanznietverbindung erreicht, dass in dem Bereich des Kopfes des Stanznietes keine ringförmigen Vertiefungen oder Verwerfungen entstehen.

Eine ähnliche Kolben-Zylinder-Einheit zur Erzeugung einer notwendigen Klemmkraft des Niederhalters ist aus der WO 93/24258 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird über eine entsprechende variierende Drucksteuerung die Erzeugung unterschiedlicher Klemmkräfte während des Stanznietvorgangs bewerkstelligt.

Im allgemeinen sind die mechanischen Eigenschaften einer Stanznietverbindung, insbesondere das Festigkeitsverhalten der Stanznietverbindung abhängig von der Ausbildung des Schließkopfes. Das Festigkeitsverhalten wird hierbei im wesentlichen auch durch die Ausgestaltung des Bereichs der Bauteile zwischen dem Kopf und dem Schließkopf des Stanznietes beeinflußt.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 52 367 A1 ist des weiteren ein Verfahren mittels einer Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung bekannt, bei dem die während des Stanznietvorgangs von dem Niederhalter ausgeübte Klemmkraft entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit wenigstens von dem Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngröße variiert wird. Die Variation erfolgt dabei in einer solchen Art und Weise, dass die Klemmkraft wenigstens so weit verringert wird, dass eine zu dem Halbhohlniet hin gerichtete Bewegung wenigstens einer Lage der Blechbauteile ermöglicht wird. Mittels einer hydraulischen Arbeitsflüssigkeit wird, von einer Steuereinrichtung entsprechend angesteuert, ein hydraulischer Druck auf den Niederhalter mit einem sich je nach den Gegebenheiten verändernden Druckverlauf ausgeübt.

In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass eine derartige Vorrichtung mit dem Nachteil behaftet ist, dass sich der Dämpfungseffekt des hydraulischen Drucks, insbesondere über ein möglicherweise sehr störanfälliges Proportionalventil, nur äußerst kompliziert steuern lässt. Zudem ist mit dieser aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung ein großer Geräteaufwand verbunden, der mit erhöhten Kosten einhergeht.

Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur Herstellung einer Kaltfügeverbindung so weiterzubilden, dass eine genaue und funktionssichere Steuerung der Klemmkraft bei gleichzeitiger materialschonender Herstellung einer solchen Kaltfügeverbindung mit einer höheren Festigkeit gewährleistet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens bereitzustellen.

Gelöst werden diese Aufgaben durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 5. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Kaltfügeverbindung zeichnet sich dadurch aus, dass während des Fügevorgangs eine von einem Niederhalter auf mindestens zwei Lagen an Werkstücken ausgeübte Klemmkraft dadurch variiert wird, dass sich die Viskosität einer auf den Niederhalter wirkenden Arbeitsflüssigkeit und dadurch deren Fließeigenschaften aktiv beeinflussen läßt.

In einer Ausführung der Vorrichtung kommt gemäß der Erfindung als Arbeitsflüssigkeit eine elektro-rheologische Flüssigkeit zur Anwendung.

Unter elektro-rheologischen Flüssigkeiten werden Dispersionen fein verteilter elektrisch polarisierbarer Teilchen in hydrophoben, elektrisch hoch isolierenden Ölen verstanden, die unter Einfluss eines elektrischen Feldes mit hinreichend starker elektrischer Feldstärke schnell und reversibel ihre Fließgrenze bzw. ihren Schub- oder Schermodul unter Umständen über mehrere Größenordnungen ändern. Die elektro-rheologische Flüssigkeit wechselt dabei gegebenenfalls von einem dünnflüssigen über den plastischen bis nahezu zu einem festen Aggregatzustand. Die Ansprechzeit liegt dabei in einem Bereich weniger Millisekunden. Dadurch wird es beispielsweise möglich, einen hervorragend aktiv ansteuerbaren Mechanismus bereitzustellen, wenn eine solche elektro-rheologische Flüssigkeit innerhalb einer Kolben-Zylinder-Einheit zur Anwendung kommt, wie dies beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 197 35 898 A1 bereits bekannt ist. Selbstredend ist mit einer Änderung der Viskosität auch eine entsprechende Änderung des Dämpfungsverhaltens einer solchen Vorrichtung verbunden.

In einer anderen Ausführungsform der Vorrichtung gemäß der Erfindung kommt als Arbeitsflüssigkeit ein sogenannte magneto-rheologische Flüssigkeit zum Einsatz.

Unter magneto-rheologischen Flüssigkeiten versteht man Suspensionen fein verteilter magnetischer Partikel mit einer Partikelgröße von einigen mm bis zu einigen µm in geeigneten Flüssigkeiten, wie Mineral- oder Silikonölen, wobei der Feststoffanteil der Suspension typischerweise etwa 20 bis 60 Vol.-% beträgt. Magneto-rheologische Flüssigkeiten verändern ihren Fließwiderstand unter Einfluss eines starken Magnetfeldes in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke. Sie erreichen je nach Typ Schubspannungswerte von bis zu 100 kPa.

Über ein elektrisches bzw. magnetisches Feld sind somit die rheologischen Eigenschaften der jeweiligen Flüssigkeiten stufenlos steuerbar.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit oder einer magneto-rheologischen Flüssigkeit anstatt eines hydraulischen Öls wird ein Proportionalitätsventil in Zusammenhang mit einem hydraulischen Öl nicht mehr benötigt, wodurch sich auch der pulsierende Stoßeffekt des Öldrucks ausschließen läßt.

Weitere Vorteile, die mit der Verwendung derartiger Flüssigkeiten einhergehen, liegen in der Möglichkeit der unmittelbaren Aktivierung durch ein elektrisches bzw. magnetisches Signal, die innerhalb eines Millisekundenbereichs anspricht. Darüber hinaus lassen sich unterschiedliche Eigenschaften während der Kompressionsphase der Flüssigkeit einerseits und der Expansionsphase der Flüssigkeit andererseits einstellen, so dass in beiden Phasen die Eigenschaften entsprechend variiert werden können. Beispielsweise lässt sich über eine so gezielte Variation ein radiales Nachfließen der tiefgezogenen, matrizenseitigen Lage in die Matrize hervorrufen, um einen gewünschten dickwandigen Gegenkopf auszubilden.

Bei Anlegung eines elektrischen bzw. magnetischen Feldes zeigen diese Flüssigkeiten des weiteren ein degressives Verhalten hinsichtlich der Dämpfungskraft gegenüber eines durch diese Flüssigkeiten angesteuerten Kolbens. Ein weiterer Vorteil, der mit dem Einsatz solcher Flüssigkeiten verbunden ist, liegt in der Tatsache, dass innerhalb einer diese Flüssigkeite zunutze machenden Vorrichtung der Anteil der mechanisch zu bewegenden Bauteile, beispielsweise bei einer Kolben- Zylinder-Einheit, erheblich reduziert werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist einen um den Stempel, der die Kaltfügeverbindung zwischen den Bauteilen ausbildet, konzentrisch angeordneten, vorzugsweise zylindrischen Kolben auf. Dieser Kolben ist ebenso wie der Stempel in einem hohlzylindrischen Niederhalter geführt, in dem die elektro-rheologische oder magneto-rheologische Flüssigkeit aufgenommen ist.

Der Kolben trennt zwei Flüssigkeitkammern voneinander, die gemäß der Erfindung durch mindestens einen diesen, vorzugsweise ringförmig, durchquerenden Kanal zur Führung der jeweiligen Flüssigkeit während der axialen Bewegung des Kolbens innerhalb des Gehäuses des Niederhalters in Verbindung stehen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung sind, für den Fall der Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit in dem Bereich der Kanalwände voneinander isolierte Elektroden zur Anlegung einer gezielt zu variierenden elektrischen Hochspannung angeordnet.

In analoger Weise ist für den Fall des Einsatzes einer magneto-rheologischen Flüssigkeit in der Nähe des Kanals zumindest eine Magnetspule zur Erzeugung eines gezielt zu variierenden magnetischen Feldes vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können derartige Magnetspulen auch außerhalb des Kolbens, vorzugsweise in der Gehäusewandung des Niederhalters angeordnet sein.

Gemäß der Erfindung wird über eine Steuereinrichtung in entsprechender Weise das elektrische Signal oder das magnetische Signal zur gezielten Beeinflussung der Fließeigenschaften der jeweiligen Flüssigkeiten erzeugt, wobei die Steuerung in Abhängigkeit von der Relativlage des Stempels und des Niederhalters erfolgt.

Dabei wird in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung an den Elektroden oder an der Magnetspule die Viskosität der jeweiligen Flüssigkeitsart und damit deren Strömung durch den Kanal bei einer Verschiebung des Kolbens gegenüber dem Niederhalter gezielt eingestellt. Mit anderen Worten wird durch das von der Hochspannung in dem Kanal erzeugte elektrische bzw. magnetische Feld die Viskosität der elektro- bzw. magneto-rheologischen Flüssigkeit innerhalb des Kanals so erhöht, dass gegen den dadurch hervorgerufenen Strömungswiderstand gegebenenfalls nur noch ein Bruchteil der bei der Abbewegung des Kolbens geförderten Flüssigkeitsmenge den Kanal passieren kann. Hierdurch steigt der Druck in der unteren Flüssigkeitskammer und damit der auf den Niederhalter von dem Kolben ausgeübte Druck, der sich als Klemmkraft auf die Lagen der zu verbindenden Bauteile überträgt.

Da die Viskosität beider Flüssigkeitsformen gezielt stufenlos einstellbar ist, ist somit gemäß der Erfindung auch die durch den Niederhalter ausgeübte Klemkraft gezielt stufenlos beeinflussbar.

Das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung durchführbare Verfahren zeichnet sich in einer Weiterbildung der Erfindung dadurch aus, dass der Verlauf der Klemmkraft während des Kaltfügeprozesses entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit von dem Stempelweg oder vorteilhafterweise einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngröße variiert wird. Als Kenngrößen lassen sich beispielsweise hier insbesondere die Beschleunigung und/oder die Geschwindigkeit des Stempels heranziehen. Bei Einsatz eines Fügeelements, beispielsweise bei Verwendung der Vorrichtung zum Stanznieten, korrespondiert der Stempelweg wiederum absolut mit dem in den Lagen zurückgelegten Weg bzw. der Eindringtiefe des Fügeelements.

Gemäß der Erfindung sind in der Steuereinrichtung mehrere unterschiedliche Programmprofile zur Steuerung bzw. Dir einen Abruf möglicher Variationsverläufe abgelegt. So kann beispielsweise ein Abruf durch einen Vergleich, vorzugsweise in Echtzeit, des Stempelwegs und des in der Flüssigkeit vorherrschenden Drucks mit vorgegebenen Größen erfolgen.

Um den unerwünschten Nachfließeffekt auszuschließen, kann der Verlauf der Variation gemäß der Erfindung steuerungstechnisch auch in Abhängigkeit der Werkstückeigenschaften der miteinander zu verbindenden Lagen an Bauteilen und/oder der Werkstückeigenschaften und/oder der Formgestalt des Fügeelements erfolgen.

Die Vorrichtung und das durch diese durchführbare Verfahren gemäß der Erfindung zur Herstellung einer Kaltfügeverbindung lassen sich nicht nur auf den Kaltfügeprozess des Stanznietens beschränken, sondern erlauben auch einen Einsatz bei dem Verbindungsverfahren des sog. Durchsetzfügens durch mehrere Lagen an Werkstücken, das kein Fügeelement benötigt und bei dem die Lagen durchgestanzt und über das dabei auftretende Fließen der durchgestanzten Materialbereiche miteinander verklemmt werden.

Weitere Merkmale und Vorteile des Verfahrens sowie der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung von mehrerer, in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch und im Schnitt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung;
Fig. 2 schematisch und im Schnitt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung;
Fig. 3 schematisch und im Schnitt eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung; und
Fig. 4 schematisch und im Schnitt eine vierte Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Herstellung einer Durchsetzfügeverbindung.
In den Figuren sind identische Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wiedergegeben.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Schnitt durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Stanznietverbindung.
Die Vorrichtung weist einen Niederhalter 1, einen Stempel 2 und eine Matrize 3 auf. Der Niederhalter 1 ist zur Matrize 3 hin und von dieser weg bewegbar.
Zwischen der Matrize 3 und dem Niederhalter 1 sind zwei Lagen 4, 5 von Bauteilen angeordnet. Diese Lagen 4, 5 werden zwischen dem Niederhalter 1 und der Matrize 3 eingeklemmt. Der Stempel 2 wird durch eine nicht dargestellte Vorrichtung mit einer Kraft F nach unten betätigt und treibt so einen schematisch dargestellten Stanzniet 6 durch die Lagen 4, 5 der Werkstücke zu deren Verbindung.
Der Niederhalter 1 ist einstückig und zylindrisch ausgebildet und umgibt denn Stempel 2, so dass dieser axial geführt ist.
Ein Kolben 7, der den Stempel 2 konzentrisch umschließt, ist in dem zylindrischen Gehäuse des Niederhalters 1 ebenfalls axial geführt. Der Kolben 7 trennt dabei zwei Flüssigkeitskammern 8 und 9, in denen jeweils eine elektrorheologische Flüssigkeit 10 aufgenommen ist.
Ein zweiter Kolben 11, der um den Stempel 2 in dessen Längsrichtung frei beweglich ist, begrenzt die obere Flüssigkeitskammer 9 und bildet so eine mit einem Gas gefüllte Ausgleichskammer 12 aus.
Der Kolben wird von einem ringförmigen Kanal 13 durchsetzt, der die beiden Flüssigkeitskammern 8 und 9 miteinander verbindet, so dass die elektrorheologische Flüssigkeit 10 zwischen diesen Flüssigkeitskammern 8 und 9 fließen kann.
Die Kanalwände des Kanals 13 werden dabei von Hochspannungselektroden 14 und 15 gebildet, die durch nicht dargestellte, nicht leitende Stege voneinander beabstandet sind. Die Hochspannungselektroden 14 und 15 sind in dem Kolben 7 jeweils in Isolatoren 16 und 17 eingebettet.
Die Hochspannungselektrode 14 wird über eine Stromleitung 18, die in dem Inneren des Stempels 2 verläuft, mit dem nötigen Strom versorgt.
Die Stromleitung 18 steht mit einer Steuereinrichtung 19 in Verbindung. Diese Steuereinrichtung 19 wird wiederum von einer Meßeinrichtung 20 über den Lagezustand des Stempels 2 informiert, so dass dessen lineare Bewegung hinsichtlich der vorherrschenden Klemmkraft und der Eindring- bzw. Fortbewegungsgeschwindigkeit des Stanzniets 6 kontrolliert werden kann.
Im Betrieb der Vorrichtung gemäß der Erfindung bewegt der Stempel 2 den Kolben innerhalb des Niederhalters 1 nach unten, so lange keine Hochspannung an den Hochspannungselektroden 14 und 15 angelegt ist, da zu diesem Zeitpunkt die Viskosität des elektro-rheologischen Flüssigkeit 10 ein ungehindertes Durchfließen durch den ringförmigen Kanal 13 in dem Kolben 7 zuläßt.
Kommt die Vorrichtung nun mit der oberen Lage 4 der beiden Lagen 4, 5 in Kontakt, wird innerhalb eines Millisekunden-Bereichs eine hohe Spannung an den Hochspannungselektrode 14 und 15 angelegt. Dadurch ändert sich schlagartig die Viskosität der elektro-rheologischen Flüssigkeit 10, so dass diese nicht mehr ausreichend fließfähig ist und demzufolge durch den ringförmigen Kanal 13 in dem Kolben 7 nicht mehr verdrängt werden kann. Dadurch wird die Kompression in der unteren Flüssigkeitskammer 8 erhöht, so dass sich eine Kraft auf den Niederhalter 1 überträgt und dadurch die Klemmkraft auf die beiden Lagen 4, 5 in entsprechender Weise erhöht.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung, bei der anstatt einer elektro-rheologischen Flüssigkeit eine magneto-rheologische Flüssigkeit 21 zur Verwendung kommt.
Die magneto-rheologische Flüssigkeit 21 wird über ein Magnetfeld angesteuert, um deren Viskosität gezielt zu beeinflussen. Dementsprechend kommen statt Hochspannungselektroden Magnetspulen zum Einsatz.
Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform sind eine Magnetspule 22 als der eine Pol und eine Magnetspule 23 als der andere Pol in der Wandung des Niederhalters 1, diesen vollständig umlaufend, integriert. Die Magnetspule 22 und 23 befinden sich dabei im wesentlichen auf der Höhe des Kolbens 7. Eine Stromleitung 24 versorgt die Magnetspulen 22 und 23 mit einem von der Steuereinrichtung 19 entsprechend zu variierenden Strom, ausgehend von dem auch das generierte Magnetfeld variiert und so die Viskosität der magneto-rheologischen Flüssigkeit 21 aktiv beeinflusst.
In der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform befinden sich die Magnetspulen 22 und 23 innerhalb des Kolbens 7 angeordnet und bilden dort die Kanalwand aus, wobei dann die Stromleitung 24 wieder in dem Inneren des Stempels 2 geführt verlegt ist.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, lassen sich auch für das Verfahren des Durchsetzfügens zur Anwendung bringen, bei dem die Lagen 4 und 5 ohne Verwendung eines Fügeelementes von dem Stempel 2 unmittelbar miteinander "verstanzt" werden. Fig. 4 zeigt diese exemplarisch für die bereits in Zusammenhang mit Fig. 1 beschriebene Vorrichtung.
Gemäß der Erfindung läßt sich nun die Versorgung der Hochspannungselektroden 14 und 15 bzw. der Magnetspulen 22 und 23 mit Spannungen im Bereich weniger Millisekunden variieren, so dass sich auch zwangsläufig die durch den Niederhalter 1 ausgeübte Klemmkraft variieren läßt. Bezugszeichenliste 1 Niederhalter
2 Stempel
3 Matrize
4, 5 Lagen an Bauteilen
6 Stanzniet
7 Kolben
8 Untere Flüssigkeitskammer
9 Obere Flüssigkeitskammer
10 Elektro-rheologische Flüssigkeit
11 2. Kolben
12 Ausgeleichskammer
13 Ringförmiger Kanal
14 Hochspannungselektrode
15 Hochspannungselektrode
16 Isolator
17 Isolator
18 Stromleitung
19 Steuereinrichtung
20 Messeinrichtung
21 Magneto-rheologische Flüssisgkeit
22 Magnetspule
23 Magnetspule
24 Stromleitung

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung einer formschlüssigen Kaltfügeverbindung zwischen Lagen von Werkstücken mit einer Matrize und einem hohlzylindrischen Niederhalter, der die Lagen gegen die Matrize drückt, und mit einem in dem Niederhalter koaxial geführten und diesen durchsetzenden Stempel, der einen in dem Niederhalter axial geführten Kolben in fester Verbindung trägt, wobei der Kolben in dem Niederhalter zwei je mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllte, durch jeweils einen Boden begrenzte, in sich abgeschlossene Flüssigkeitskammern trennt, die durch einen in seiner Durchlässigkeit mittels einer Steuervorrichtung einstellbaren Kanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit eine elektro-rheologische Flüssigkeit (10) ist und dass der Kanal (13) zu deren Führung den Kolben (7) durchsetzt, wobei gegenüberliegende Kanalwände voneinander isolierte Hochspannungselektroden (14, 15) bilden, die über eine in dem Stempel (2) axial geführte Zuleitung (18) von der Steuervorrichtung (19) mit einer elektrischen Spannung versorgt werden, die von der Steuervorrichtung (19) in Abhängigkeit von der Relativlage von Stempel (2) und Niederhalter (1) einstellbar ist und in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung die Viskosität der elektro-rheologische Flüssigkeit (10) und damit deren Strömung durch den Kanal (13) beim Verschieben des Kolbens (7) gegenüber dem Niederhalter (1) einstellt.

2. Vorrichtung zur Herstellung einer formschlüssigen Kaltfügeverbindung zwischen Lagen von Werkstücken mit einer Matrize und einem hohlzylindrischen Niederhalter, der die Lagen gegen die Matrize drückt, und mit einem in dem Niederhalter koaxial geführten und diesen durchsetzenden Stempel, der einen in dem Niederhalter axial geführten Kolben in fester Verbindung trägt, wobei der Kolben in dem Niederhalter zwei je mit einer Arbeitsflüssigkeit gefüllte, durch jeweils einen Boden begrenzte, in sich abgeschlossene Flüssigkeitskammern trennt, die durch einen in seiner Durchlässigkeit mittels einer Steuervorrichtung einstellbaren Kanal verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitsflüssigkeit eine magneto-rheologische Flüssigkeit (21) ist und dass der Kanal (13) zu deren Führung den Kolben (7) durchsetzt, wobei der Kanal (13) von einer Magnetspule (22, 23) umschlossen ist, die über eine Zuleitung (24) von der Steuervorrichtung (19) mit einer elektrischen Spannung versorgt wird, die von der Steuervorrichtung (19) in Abhängigkeit von der Relativlage von Stempel (2) und Niederhalter (1) einstellbar ist und in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung die Viskosität der magneto-rheologische Flüssigkeit (21) und damit deren Strömung durch den Kanal (13) beim Verschieben des Kolbens (2) gegenüber dem Niederhalter (1) einstellt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (22, 23) in dem zylindrischen Bereich des Niederhalters (1) angeordnet und die Zuleitung (24) von außen über die Wandung des Niederhalters (1) an die Magnetspule (22, 23) geführt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetspule (22, 23) in dem Kolben (7) angeordnet und die Zuleitung (24) in dem Stempel (2) axial geführt ist.

5. Verfahren zur Herstellung einer formschlüssigen Kaltfügeverbindung zwischen Lagen von Werkstücken, insbesondere mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem mindestens zwei Lagen von Werkstücken von einem über eine Arbeitsflüssigkeit ansteuerbaren Niederhalter gegen die Matrize gedrückt werden und zwischen denen mittels eines in dem Niederhalter axial geführten Stempels eine formschlüssige Kaltfügeverbindung ausgebildet wird, wobei während des Kaltfügens eine von dem Niederhalter auf die zwei Lagen ausgeübte Klemmkraft variiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation über eine gezielte Einstellung der Viskosität der Arbeitsflüssigkeit (10, 21) und damit von deren Strömungsverhalten erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Variation entsprechend einem vorgegebenen Verlauf in Abhängigkeit von einem Stempelweg oder einer aus dem Stempelweg abgeleiteten Kenngröße, insbesondere wie der Beschleunigung und/oder der Geschwindigkeit des Stempels (2), erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (2) ein Fügeelement (6), insbesondere einen Stanzniet, in die Lagen (4, 5) drückt.

8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel (2) mittels Durchsetzfügen die Lagen (4, 5) miteinander verklemmt.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempelweg und der in der Arbeitsflüssigkeit vorherrschende Druck gemessen, mit einem abgespeicherten Verlauf für die Variation verglichen und dieser in Echtzeit abgerufen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf in Abhängigkeit der Werkstückeigenschaften der Lagen (4, 5) und/oder des Fügeelements (6) festgelegt wird.