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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wechselmatrize für ein Fügewerkzeug, mit einem Matrizenkopf, an dem ein Matrizenmerkmal ausgebildet ist, und mit einem sich in einer axialen Richtung von dem Matrizenkopf erstreckenden Matrizenschaft, der in eine Schaftaufnahme eines Matrizenaufnahmeabschnittes eines Fügewerkzeuges einführbar ist, wobei an der Wechselmatrize eine Befestigungskontur zum Befestigen der Wechselmatrize an dem Fügewerkzeug ausgebildet ist, wobei die Befestigungskontur so ausgebildet ist, dass zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug eine Steck-Dreh-Verbindung einrichtbar ist.
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Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Fügewerkzeug mit einem Matrizenaufnahmeabschnitt zur Aufnahme eines Matrizenschaftes einer Wechselmatrize, insbesondere einer Wechselmatrize der oben bezeichneten Art, wobei an dem Matrizenaufnahmeabschnitt eine Befestigungseinrichtung zum Befestigen der Wechselmatrize an dem Fügewerkzeug ausgebildet ist, wobei die Befestigungseinrichtung so ausgebildet ist, dass zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug eine Steck-Dreh-Verbindung einrichtbar ist.
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Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Fügen mittels eines Fügewerkzeuges, das einen Matrizenaufnahmeabschnitt für eine Wechselmatrize aufweist, mit den Schritten, eine Wechselmatrize in einen Matrizenaufnahmeabschnitt des Fügewerkzeuges zu übernehmen, wobei eine axiale Relativbewegung zwischen dem Matrizenaufnahmeabschnitt und der Wechselmatrize erfolgt, und einen Fügeprozess unter Verwendung der Wechselmatrize durchzuführen.
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Die verwendeten Wechselmatrizen können zum Clinchen oder zum Nieten verwendet werden, insbesondere zum Stanznieten. Das Matrizenmerkmal kann bspw. eine axiale Ausnehmung sein, die kegelstumpfförmig ausgebildet ist, mit oder ohne Erhebung in der Mitte, etc.
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Das Fügewerkzeug kann ein für die oben genannten Fügeprozesse geeignetes Werkzeug sein, das insbesondere einen C-Rahmen aufweist, an dessen einem Schenkel das Werkzeug, wie bspw. ein Stanzpresswerkzeug angeordnet ist, und an dessen anderem Schenkel die Wechselmatrize festgelegt wird.
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Ein bislang übliches Konzept zum Befestigen der Wechselmatrize an dem Matrizenaufnahmeabschnitt besteht darin, in dem Matrizenaufnahmeabschnitt eine Querbohrung hin zu der Schaftaufnahme vorzusehen. Hierüber kann die Wechselmatrize bspw. mittels einer Madenschraube festgelegt werden. Diese Art der Befestigung lässt einen automatisierten Wechsel der Matrize jedoch nur mit hohem Aufwand zu. Zudem ist die Querbohrung vergleichsweise groß, so dass der Matrizenaufnahmeabschnitt von der Festigkeit her geschwächt wird.
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Zur Vermeidung des letztgenannten Problems ist es aus dem Dokument
DE 20 2006 013 082 U1 bekannt, einen Matrizenaufnahmeabschnitt mit einer Bohrung zu versehen, wobei in der Bohrung Befestigungsmittel vorgesehen sind, die sich an der Bohrungswand des Matrizenaufnahmeabschnittes abstützen, um ein Werkzeug oder einen Werkzeughalter lösbar an dem Matrizenaufnahmeabschnitt zu befestigen. Dies kann bspw. durch einen Gewindeeingriff erfolgen oder durch eine Schraube, die an einem Werkzeughalter über die Bohrung angreift, jedoch von einem der Matrize entgegengesetzten Ende. Auch ist es in dem Dokument beschrieben, zur Axialsicherung Klemmmittel vorzusehen, die nach dem Stirnkeilprinzip ausgebildet sein können, oder mit Elastomerelementen realisiert sind.
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Obgleich hierdurch das Problem vermieden wird, in dem Matrizenaufnahmeabschnitt eine Querbohrung zur Festlegung der Matrize vorsehen zu müssen, ist ein automatischer Matrizenwechsel nach wie vor nur schwierig realisierbar.
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Wechselmatrizen, die sich vergleichsweise einfach austauschen lassen, sind bspw. aus dem Dokument
DE 103 35 085 A1 bekannt. Die hier gezeigten Wechselmatrizen weisen einen Matrizenkopf und einen Matrizenschaft auf, wobei an dem Matrizenschaft eine Radialnut ausgebildet ist. An einem C-Rahmen können Schnellwechselaufnahmen vorgesehen sein, die bspw. als Rast-, Spann- oder Klemmverbindungen ausgebildet sein können. Ferner offenbar das Dokument eine Wechselstation, an der Setzköpfe und Matrizen vorrätig gehalten werden können.
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Aus dem oben genannten Dokument
DE 20 2013 011 928 U1 ist ein Wechselmatrizen-System bekannt, bei dem zwischen einer Wechselmatrize und einem Fügewerkzeug eine Steck-Dreh-Verbindung einrichtbar ist. automatisierter Wechsel von Matrizen an einem Fügewerkzeug möglich. Der automatisierte Wechsel kann dabei zum einen möglichst schnell realisierbar sein. Zum anderen können dennoch vorzugsweise hohe Haltekräfte in axialer Richtung zwischen der Wechselmatrize und dem Matrizenaufnahmeabschnitt eingerichtet werden, die ein versehentliches Herausziehen der Wechselmatrize aus dem Matrizenaufnahmeabschnitt nach einem Fügevorgang verhindern.
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Eine Steck-Dreh-Verbindung ist als eine Verbindung zu verstehen, die durch einen axialen Relativversatz zwischen Wechselmatrize und Fügewerkzeug und einen rotatorischen Relativversatz zwischen Wechselmatrize und Fügewerkzeug eingerichtet wird, wobei diese beiden Relativversätze nacheinander oder zumindest teilweise überlagert miteinander erfolgen können. Eine typische Steck-Dreh-Verbindung ist eine Bajonettverbindung. Vorteile von Steck-Dreh-Verbindungen sind in den Dokumenten
DE 20 2013 011 928 U1 und
DE 20 2013 011 927 U1 ausführlich beschrieben. Auf den Offenbarungsgehalt dieser zwei Dokumente wird vorliegend vollumfänglich Bezug genommen.
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Bei dem Herstellen einer Steck-Dreh-Verbindung zwischen einer Wechselmatrize und einem Fügewerkzeug der in dem Dokument
DE 20 2013 011 928 U1 beschriebenen Art ist es aufgrund einer relativ langen Führungslänge zwischen Wechselmatrize und einer Schaftaufnahme eines Matrizenaufnahmeabschnittes schwierig, das Einführen der Wechselmatrize in die Schaftaufnahme bzw. das Herausziehen hieraus automatisiert mittels eines Roboters durchzuführen. Ferner wird bei einer dort offenbarten Variante die Wechselmatrize mittels einer Federeinrichtung vorgespannt, die in axialer Richtung von unten gegen die Wechselmatrize drückt und diese in Richtung aus der Schaftaufnahme heraus vorspannt. Dies kann dazu führen, dass eine Unterseite eines Matrizenkopfes vor Beginn des Fügeprozesses leicht gegenüber einer Oberseite eines Matrizenaufnahmeabschnittes vorsteht, was zu Mikrobewegungen bei Fügeprozessen führen kann. Bei der in diesem Dokument beschriebenen Variante ist es zudem notwendig, in einem oberen Teil des Matrizenaufnahmeabschnittes, benachbart zu einer Einführöffnung der Schaftaufnahme, zwei Querbohrungen zur Aufnahme von Querstiften vorzusehen, die zur Einrichtung der Steck-Dreh-Verbindung verwendet werden.
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Es ist vor diesem Hintergrund eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Wechselmatrize, ein verbessertes Fügewerkzeug sowie ein verbessertes Fügeverfahren anzugeben, wobei vorzugsweise wenigstens einer der oben beschriebenen Nachteile gelindert oder überwunden wird.
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Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Wechselmatrize dadurch gelöst, dass der Matrizenschaft einen ersten axialen Schaftabschnitt aufweist, der benachbart ist zu dem Matrizenkopf und der einen ersten Schaftabschnitt-Durchmesser aufweist, wobei der Matrizenschaft einen zweiten axialen Schaftabschnitt aufweist, der auf der dem Matrizenkopf entgegengesetzten axialen Seite des ersten axialen Schaftabschnittes angeordnet ist und der einen zweiten Schaftabschnitt-Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Schaftabschnitt-Durchmesser.
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Ferner wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Fügewerkzeug der eingangs genannten Art, wobei der Matrizenaufnahmeabschnitt einen ersten axialen Aufnahmeabschnitt aufweist, der benachbart ist zu einer Einführöffnung des Matrizenaufnahmeabschnittes und der einen ersten Aufnahmedurchmesser aufweist, wobei der Matrizenaufnahmeabschnitt einen zweiten axialen Aufnahmeabschnitt aufweist, der auf der der Einführöffnung entgegengesetzten Seite des ersten axialen Aufnahmeabschnittes angeordnet ist und einen zweiten Aufnahmedurchmesser aufweist, der kleiner ist als der erste Aufnahmedurchmesser.
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Schließlich wird die obige Aufgabe gelöst durch ein Fügeverfahren der eingangs genannten Art, wobei als Fügewerkzeug ein Fügewerkzeug der erfindungsgemäßen Art verwendet wird und/oder wobei als Wechselmatrize eine Wechselmatrize der erfindungsgemäßen Art verwendet wird.
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Der Matrizenschaft und der Matrizenaufnahmeabschnitt bilden bei dem so realisierbaren Fügesystem eine aufeinander abgestimmte Paarung, bei der der erste axiale Schaftabschnitt dem ersten axialen Aufnahmeabschnitt zugeordnet ist und bei der der zweite axiale Schaftabschnitt dem zweiten axialen Aufnahmeabschnitt zugeordnet ist. Die Unterteilung des Matrizenschaftes und/oder des Matrizenaufnahmeabschnittes in einen ersten und einen zweiten axialen Abschnitt, die unterschiedliche Durchmesser aufweisen, ermöglicht es, die Führungslänge gegenüber Wechselmatrizen der in dem Dokument
DE 20 2013 011 928 U1 beschriebenen Art zu verkürzen. Dies ermöglicht es, die Wechselmatrize automatisiert mittels eines Roboters oder dergleichen in das Fügewerkzeug einzuführen und aus diesem herauszuziehen, wobei die Gefahr von Verklemmungen aufgrund von Schrägstellungen zwischen Matrize und Fügewerkzeug verringert wird. Demzufolge kann ein sogenanntes ”Stick-Slip”-Phänomen beim Ein- und Ausfädeln verhindert oder verringert werden. Zudem ermöglicht diese Ausgestaltung in manchen Varianten eine radial kompakte Ausbildung einer Befestigungskontur zum Einrichten einer Steck-Dreh-Verbindung.
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In manchen Varianten ermöglicht dies auch, den Matrizenaufnahmeabschnitt im Bereich einer Einführöffnung hinsichtlich der auftretenden Spannung zu optimieren, indem der Matrizenaufnahmeabschnitt in diesem Bereich massiv ausgebildet wird.
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Der erste und der zweite axiale Abschnitt des Matrizenschaftes bzw. des Matrizenaufnahmeabschnittes weisen jeweils eine Länge größer als Null auf. Vorzugsweise ist der Durchmesser in diesen axialen Abschnitten jeweils einheitlich bzw. konstant, so dass wenigstens einer der axialen Abschnitte zur verkippsicheren Führung zwischen Wechselmatrize und Matrizenaufnahmeabschnitt dienen kann.
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Die axialen Abschnitte des Matrizenschaftes bzw. des Matrizenaufnahmeabschnittes vorzugsweise durch einen Zwischenabschnitt getrennt. Der Zwischenabschnitt weist vorzugsweise ebenfalls eine Länge größer Null auf. Vorzugsweise ist der Zwischenabschnitt konisch oder angenähert konisch ausgebildet, um einen Übergang von dem ersten Durchmesser auf den zweiten Durchmesser zu realisieren.
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Der zweite Durchmesser ist vorzugsweise kleiner als das 0,8-fache des ersten Durchmessers. Die axiale Länge des ersten axialen Abschnittes von Matrizenschaft bzw. Matrizenaufnahmeabschnitt liegt vorzugsweise in einem Bereich zwischen dem 0,8-fachen der axialen Länge des zweiten axialen Abschnittes und dem 1,2-fachen der axialen Länge des zweiten axialen Abschnittes. Die axiale Länge des Zwischenabschnittes ist vorzugsweise wenigstens halb so groß wie die axiale Länge des ersten axialen Abschnittes von Matrizenschaft bzw. Matrizenaufnahmeabschnitt, und vorzugsweise wenigstens dreiviertel so groß wie diese axiale Länge.
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Die Anordnung des ersten axialen Schaftabschnittes benachbart zu dem Matrizenkopf bedeutet, dass der erste axiale Schaftabschnitt unmittelbar benachbart sein kann zu dem Matrizenkopf jedoch auch über einen Übergangsabschnitt, wie beispielsweise einen Hohlkehlenabschnitt mit dem Matrizenkopf bzw. dessen Unterseite benachbart sein kann.
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Die Aufgabe wird somit vollkommen gelöst.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Befestigungskontur der Wechselmatrize im Bereich des zweiten axialen Schaftabschnittes ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich ist eine radiale Erstreckung der Befestigungskontur kleiner gleich dem ersten Schaftabschnittdurchmesser.
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Bei dieser Ausführungsform kann der erste axiale Schaftabschnitt ausschießlich zum Zwecke der Führung im Bereich des Matrizenaufnahmeabschnittes dienen, insbesondere an dessen erstem axialen Aufnahmeabschnitt. Der zweite axiale Schaftabschnitt kann ebenfalls zur Führung dienen, insbesondere an dem zweiten axialen Aufnahmeabschnitt des Matrizenaufnahmeabschnittes. Durch die Maßnahme, die Befestigungskontur zum Einrichten der Steck-Dreh-Verbindung mit einem Fügewerkzeug im Bereich des zweiten axialen Schaftabschnittes vorzusehen, kann die Befestigungskontur als radial vorstehende Kontur ausgebildet werden. Ferner ist es möglich, in den Matrizenaufnahmeabschnitt eine Aufnahmehülse einzusetzen, in die der zweite axiale Schaftabschnitt eindringt und an der vorzugsweise eine Befestigungseinrichtung zum Realisieren der Steck-Dreh-Verbindung in Kombination mit der Befestigungskontur der Wechselmatrize vorgesehen ist.
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Eine Ausbildung der Befestigungskontur im Bereich des zweiten axialen Schaftabschnittes bedeutet, dass die Befestigungskontur in axialer Richtung zwischen einem ersten axialen Ende und einem zweiten axialen Ende des zweiten axialen Schaftabschnittes ausgebildet sein kann. In einer alternativen Ausführungsform kann die Befestigungskontur jedoch auch benachbart zu dem zweiten axialen Schaftabschnitt sein, was ebenfalls eine Ausbildung in dessen Bereich darstellen soll.
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Sofern eine radiale Erstreckung der Befestigungskontur kleiner gleich dem ersten Schaftabschnittdurchmesser ist, kann der zweite axiale Schaftabschnitt auf einfache Weise in eine Öffnung eingeführt werden, die nur wenig größer ist als der zweite Schaftabschnitt-Durchmesser, also zu dessen Führung dienen kann.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Befestigungskontur wenigstens ein Sperrglied auf, das gegenüber dem Matrizenschaft radial vorsteht.
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Das Sperrglied kann beispielsweise nach der Art eines Bajonettvorsprunges ausgebildet sein, der in einen Bajonettschlitz einer bajonettartigen Steck-Dreh-Verbindung einführbar ist.
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Vorzugsweise steht das Sperrglied radial gegenüber dem zweiten axialen Schaftabschnitt vor. Besonders bevorzugt ist es, wenn diametral gegenüberliegende Sperrglieder an dem zweiten axialen Schaftabschnitt ausgebildet sind.
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Insofern ist es von besonderem Vorzug, wenn die Befestigungskontur durch einen stiftförmigen Vorsprung gebildet ist, der einstückig mit dem Matrizenschaft ausgebildet sein kann, oder als Radialstift gebildet ist, der in eine Radialbohrung des Matrizenschaftes eingeführt ist.
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Der stiftförmige Vorsprung bzw. die Radialbohrung kann insbesondere im Bereich des zweiten axialen Schaftabschnittes ausgebildet sein. Der stiftförmige Vorsprung bzw. der Radialstift kann sich auf beiden axialen Seiten der Radialbohrung gegenüber dem Matrizenschaft nach außen erstrecken.
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Bei der oben beschriebenen Ausführungsform wird eine Steck-Dreh-Verbindung eingerichtet, wobei an der Wechselmatrize eine Sperrglied ausgebildet ist und wobei an einem Matrizenaufnahmeabschnitt eines Fügewerkzeuges eine Befestigungseinrichtung in Form eines Bajonettschlitzes realisiert ist.
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In einer alternativen Ausführungsform weist die Befestigungskontur der Wechselmatrize wenigstens einen Matrizen-Bajonettschlitz auf, der an einer Nasenanordnung ausgebildet ist, die im Bereich eines freien Endes des zweiten axialen Schaftabschnittes angeordnet ist.
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Auch bei dieser Ausführungsform ist die Befestigungskontur folglich im Bereich des zweiten axialen Schaftabschnittes ausgebildet. Die Wechselmatrize ist hierbei zur Einrichtung einer Steck-Dreh-Verbindung mit einem Fügewerkzeug ausgebildet, an dessen Matrizenaufnahmeabschnitt ein sich radial erstreckendes Sperrglied ausgebildet ist, das mit dem Matrizen-Bajonettschlitz zusammenwirken kann.
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Sofern oben von einer Steck-Dreh-Verbindung der Wechselmatrize mit einem Fügewerkzeug die Rede ist, so versteht sich, dass eine solche Steck-Dreh-Verbindung auch zwischen der Wechselmatrize und einer Übergabestation eingerichtet werden kann. Alternativ kann die Wechselmatrize jedoch auch in einer solchen Übergabestation an einer Drehmitnahmekontur gehalten werden, die beispielsweise am Matrizenkopf ausgebildet ist, wie es in den zwei oben genannten Gebrauchsmusterpublikationen offenbart ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Fügewerkzeug ist es von Vorteil, wenn der Matrizenaufnahmeabschnitt einen Grundkörper und eine Aufnahmehülse aufweist, wobei in dem Grundkörper eine Bohrung ausgebildet ist, in die die Aufnahmehülse eingesetzt ist.
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Der Grundkörper kann beispielsweise nach der Art eines Domes ausgebildet sein, der an einem C-Ende eines C-Rahmens eines solchen Fügewerkzeuges lösbar oder unlösbar angebracht ist.
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Die Aufnahmebohrung in dem Grundkörper kann eine Sacklochbohrung sein, ist jedoch vorzugsweise eine Durchgangsbohrung.
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In die Aufnahmehülse kann wenigstens ein Teil des Matrizenschaftes der Wechselmatrize eingeführt werden.
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Von besonderem Vorzug ist es, wenn der zweite axiale Aufnahmeabschnitt durch die Aufnahmehülse gebildet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist es von besonderem Vorzug, wenn der erste axiale Aufnahmeabschnitt durch die Aufnahmebohrung in dem Grundkörper gebildet Ist.
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Eine Befestigungseinrichtung zur Einrichtung der Steck-Dreh-Verbindung mit der Wechselmatrize kann an einem Grundkörper des Matrizenaufnahmeabschnittes angeordnet sein.
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Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Befestigungseinrichtung an der Aufnahmehülse ausgebildet ist, wobei die Aufnahmehülse vorzugsweise eine Aufnahmehülsenkontur aufweist, die zur Einrichtung der Steck-Dreh-Verbindung mit einer Befestigungskontur der Wechselmatrize zusammenwirken kann.
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Vorzugsweise weist die Aufnahmehülsenkontur wenigstens einen Hülsen-Bajonettschlitz auf, in den ein radialer Vorsprung bzw. ein sonstiges Sperrglied der Wechselmatrize greifen kann, um die Steck-Dreh-Verbindung einzurichten.
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In einer Variante weist die Aufnahmehülsenkontur dabei wenigstens einen radial nach innen vorstehenden Aufnahmevorsprung auf, der in einen Matrizen-Bajonettschlitz der Wechselmatrize greifen kann, um die Steck-Dreh-Verbindung einzurichten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, die in Verbindung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 eine eigene Erfindung darstellt, weist das Fügewerkzeug eine Vorspannfederanordnung auf, mittels der eine in den Matrizenaufnahmeabschnitt eingesetzte Wechselmatrize in Richtung weg von einer Einführöffnung des Matrizenaufnahmeabschnittes vorgespannt ist.
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Hierdurch kann erreicht werden, dass eine Unterseite des Matrizenkopfes mittels der Vorspannfederanordnung immer gegen eine obere Seite des Matrizenaufnahmeabschnittes im Bereich der Einführöffnung angedrückt wird. Mikrobewegungen beim Fügeprozess können daher vermieden werden, wie sie auftreten können, wenn die Matrize in die entgegengesetzte Richtung vorgespannt ist.
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Die Vorspannung der Vorspannfederanordnung kann auch dazu verwendet werden, um eine Rasteinrichtung der Steck-Dreh-Verbindung einzurichten. Hierbei kann beispielsweise ein Bajonettschlitz der Steck-Dreh-Verbindung eine Axialnut aufweisen, in die ein Sperrglied oder ein radialer Vorsprung mittels der Vorspannfederanordnung gedrückt wird, um die Befestigungsposition der Wechselmatrize an dem Fügewerkzeug rastend festzulegen.
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Generell kann die Vorspannfederanordnung dabei zwischen der Wechselmatrize und dem Grundkörper des Matrizenaufnahmeabschnittes wirken.
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Von besonderem Vorzug ist es jedoch, wenn die Aufnahmehülse gegenüber dem Grundkörper in axialer Richtung weg von der Einführöffnung vorgespannt ist.
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Diese Ausführungsform ist insbesondere dann von Vorteil, wenn eine Befestigungseinrichtung an der Aufnahmehülse ausgebildet ist, mittels der die Steck-Dreh-Verbindung eingerichtet werden kann.
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Ferner ist es hierbei vorteilhaft, wenn die Aufnahmehülse im Bereich ihres von der Einführöffnung weg weisenden Endes mittels der Vorspannfederanordnung vorgespannt ist, die in diesem Fall zwischen der Aufnahmehülse und einem Vorspannstift angreift, der fest mit dem Grundkörper verbunden ist.
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Der Vorspannstift kann beispielsweise eine Querstift sein, der durch eine Querbohrung des Grundkörpers geführt ist und an dem sich die Vorspannfederanordnung abstützen kann, um die Aufnahmehülse in Richtung von der Einführöffnung weg vorzuspannen.
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In der Aufnahmehülse können dabei axiale Langlöcher vorgesehen sein, die von einem solchen Vorspannstift bzw. Querstift durchsetzt werden. Dies ermöglicht auch zugleich, dass der axiale Hub der Aufnahmehülse mittels derartiger Langlöcher begrenzt werden kann. Der maximale Hub kann beispielsweise der Tiefe einer Rastnut entsprechen, die beispielsweise im Bereich eines Bajonettschlitzes vorgesehen ist. Insgesamt ist es ferner bevorzugt, wenn an der Wechselmatrize Matrizen-Rastmittel ausgebildet sind, so dass die Wechselmatrize in einer Dreh- und/oder Längsposition in Bezug auf das Fügewerkzeug rastend festlegbar ist.
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Hierdurch kann gewährleistet werden, dass die form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Wechselmatrize und Matrizenaufnahmeabschnitt nicht versehentlich gelöst wird.
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Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist an der Wechselmatrize eine Drehmitnahmekontur ausgebildet, an der eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen der Wechselmatrize angreifen kann und die vorzugsweise an dem Matrizenkopf ausgebildet ist.
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Mittels einer solchen Drehmitnahmekontur ist es zum einen möglich, die Wechselmatrize gezielt zu verdrehen, um die Steck-Dreh-Verbindung einzurichten.
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Ferner ist es durch die Drehmitnahmekontur möglich, die Wechselmatrize in einer Übergabestation in einer definierten Drehposition zu halten.
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Eine Übergabestation dient zum temporären Lagern von wenigstens einer Wechselmatrize, wobei die Wechselmatrize von einem Fügewerkzeug zur Durchführung wenigstens eines die Wechselmatrize verwendenden Fügevorganges aus der Übergabestation ausgelagert und nach der Durchführung des Fügevorganges wieder in die Übergabestation eingelagert werden kann. Vorzugsweise weist eine derartige Übergabestation eine Verdreheinrichtung zum Verdrehen der Wechselmatrize auf, so dass bei der Auslagerung der Wechselmatrize eine Steck-Dreh-Verbindung zwischen der Wechselmatrize und dem Fügewerkzeug einrichtbar ist.
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Eine solche Übergabestation kann gemeinsam mit dem Fügewerkzeug und einer Mehrzahl von Wechselmatrizen ein Fügewerkzeugsystem bilden.
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In der Übergabestation ist es ferner bevorzugt, wenn die Wechselmatrize dort ausschließlich an ihrem Matrizenkopf gehalten wird, wobei der Matrizenschaft gegenüber einer Wechselmatrizenaufnahme der Übergabestation vorragt, so dass das Fügewerkzeug so bewegbar ist, dass der Matrizenschaft einer in der Übergabestation gehaltenen Wechselmatrize in die Schaftaufnahme eines Matrizenaufnahmeabschnittes des Fügewerkzeuges eingeführt wird.
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Durch die Drehmitnahmekontur kann die Wechselmatrize dabei vorzugsweise in Drehung versetzt werden (oder in einer Drehposition gehalten werden), um die Steck-Dreh-Verbindung einzurichten.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Wechselmatrize mit Identifikationsmitteln ausgestattet, die optisch erfassbar sind, und/oder mit Identifikationsmitteln ausgestattet, die bei einer Bewegung der Wechselmatrize relativ zu einem Matrizenaufnahmeabschnitt ein charakteristisches akustisches Signal erzeugen können, das akustisch erfassbar ist.
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Ferner ist es bei dem erfindungsgemäßen Fügewerkzeug insgesamt vorteilhaft, wenn Werkzeug-Rastmittel vorgesehen sind, die dazu ausgebildet sind, mit Matrizen-Rastmitteln zusammenzuwirken, um eine in dem Matrizenaufnahmeabschnitt aufgenommenen Wechselmatrize in einer Dreh- und/oder Längsposition rastend festzulegen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize;
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2 eine Explosionsdarstellung der Wechselmatrize der 1;
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3 eine Seitenansicht der Wechselmatrize der 1;
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4 eine gegenüber 3 um 90° verdrehte Seitenansicht der Wechselmatrize der 1;
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5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize;
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6 eine Explosionsdarstellung der Wechselmatrize der 1 bis 4 und eines Matrizenaufnahmeabschnittes eines Fügewerkzeuges;
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7 eine Schnittansicht des Matrizenaufnahmeabschnittes und der Wechselmatrize im eingesetzten Zustand, bei dem eine Steck-Dreh-Verbindung hergestellt ist, gemäß Linie VII-VII von 6;
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8 eine der 7 vergleichbare Ansicht, jedoch um 90° gedreht, gemäß Linie VIII-VIII der 6;
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9 eine Seitenansicht einer Aufnahmehülse des Matrizenaufnahmeabschnittes der 6;
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10 eine perspektivische Ansicht der Aufnahmehülse der 9, und
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11 eine Draufsicht auf die Aufnahmehülse der 9.
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In den 1 bis 4 ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Wechselmatrize schematisch dargestellt und generell mit 10 bezeichnet.
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Die Wechselmatrize 10 weist einen Matrizenkopf 12 auf, der vorzugsweise im Querschnitt kreisförmig ist, sowie eine Matrizenschaft 14, der im Querschnitt vorzugsweise ebenfalls kreisförmig ist. Der Durchmesser des Matrizenschaftes 14 ist vorzugsweise kleiner als jener des Matrizenkopfes 12. Eine Längsachse ist bei 16 gezeigt.
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Der Matrizenkopf 12 weist eine Kopfstirnseite 20 auf, die von dem Matrizenschaft 14 abgewandt ist. An der Kopfstirnseite 20 ist ein Matrizenmerkmal 18 ausgebildet, bspw. in Form einer Axialausnehmung, wie sie zum Stanznieten oder für andere Fügeprozesse üblich ist.
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An einem Kopfumfangsabschnitt 24 des Matrizenkopfes 12 ist eine Drehmitnahmekontur 22 ausgebildet, die bspw. durch eine oder zwei sich kreissehnenartig erstreckende Radialnuten gebildet sein kann.
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Ein Schaftumfangsabschnitt ist in 1 mit 26 bezeichnet. Eine dem Matrizenkopf 12 abgewandte Schaftstirnseite ist mit 28 bezeichnet.
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An dem Matrizenschaft 14 ist eine Befestigungskontur 30 ausgebildet. Die Befestigungskontur 30 dient zur Einrichtung einer Steck-Dreh-Verbindung mit einem Matrizenaufnahmeabschnitt eines Fügewerkzeuges. Die Befestigungskontur 30 ist vorliegend gebildet durch ein Sperrglied 32, das radial gegenüber dem Matrizenschaft 14 vorsteht. Wie es in 2 dargestellt ist, ist das Sperrglied 32 gebildet durch einen Radialstift 34, der in eine Radialbohrung 36 in dem Matrizenschaft 14 eingesetzt ist, derart, dass der Radialstift 34 an beiden Enden der Radialbohrung 36 gegenüber dem Matrizenschaft 14 vorsteht.
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Der Matrizenschaft 14 weist einen ersten axialen Schaftabschnitt 40 auf, der benachbart ist zu der Kopfunterseite 42 des Matrizenkopfes 12. Genauer gesagt ist der erste axiale Schaftabschnitt 40 über einen Hohlkehlenabschnitt 44 mit der Kopfunterseite 42 benachbart. Der erste axiale Schaftabschnitt 40 weist eine axiale Länge L1 auf und hat einen ersten, über die axiale Länge L1 einheitlichen konstanten Schaftabschnittdurchmesser D1 (siehe 3 und 4).
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Der Matrizenschaft 14 weist ferner einen zweiten axialen Schaftabschnitt 46 auf, der auf der dem Matrizenkopf 12 gegenüberliegenden axialen Seite des ersten axialen Schaftabschnittes 40 angeordnet ist. Der zweite axiale Schaftabschnitt 46 weist eine axiale Länge L2 und einen über diese axiale Länge L2 einheitlichen konstanten Durchmesser D2 auf, der kleiner ist als D1. Die Querbohrung 36 durchsetzt den Matrizenschaft 14 im Bereich des zweiten axialen Schaftabschnittes 46, und zwar etwa in dessen axialer Mitte.
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Der erste axiale Schaftabschnitt 40 und der zweite axiale Schaftabschnitt 46 sind über einen Zwischenabschnitt 48 voneinander beabstandet, der vorliegend als Konusabschnitt ausgebildet ist. Der Zwischenabschnitt 48 weist einen axiale Länge L3 auf. Ferner weist der Hohlkehlenabschnitt 44 eine axiale Länge L4 auf. Ferner weist der Radialstift 34 eine Länge L5 auf. Hinsichtlich dieser Abmessungen gelten vorzugsweise die folgenden Relationen: 0,8 L2 < L1 < 1,2 × L2 D2 < 0,85 × D1 L3 ≥ 0,5 × L1 L5 ≤ D1 L5 ≥ D2.
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Die obigen Relationen gelten entweder für sich genommen oder aber in einer beliebigen Kombination miteinander.
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In 5 ist eine alternative Ausführungsform einer Wechselmatrize 10' dargestellt, die hinsichtlich Aufbau und Funktionsweise generell der Wechselmatrize 10 der 1 bis 4 entspricht. Gleiche Elemente sind daher durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Im Folgenden werden im Wesentlichen die Unterschiede erläutert.
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Der Matrizenschaft 14' weist einen Zwischenabschnitt 48' auf, dessen axiale Länge größer ist, insbesondere größer ist als das Dreifache der axialen Längen des ersten axialen Schaftabschnittes 40' und des zweiten axialen Schaftabschnittes 46'. Die axialen Längen des ersten axialen Schaftabschnittes 40' und des zweiten axialen Schaftabschnittes 46' sind annähernd gleich groß.
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Die Befestigungskontur 30' ist im Bereich des zweiten axialen Schaftabschnittes 46 vorgesehen, und zwar angrenzend an das freie Ende des zweiten axialen Schaftabschnittes. Hierbei wird die Befestigungskontur 30' durch eine erste Nase 50 und eine zweite Nase 52 gebildet, die in axialer Richtung gegenüber dem freien Ende des zweiten axialen Schaftabschnittes 46' vorstehen. Die zwei Nasen 50, 52 sind so ausgeformt, dass sie einen Matrizen-Bajonettschlitz 54 bilden, der vorliegend die Befestigungskontur 30' bildet. Der Matrizen-Bajonettschlitz 54 beinhaltet einen Matrizen-Einführschlitz 56, der in radialer Richtung zwischen den zwei Nasen 50, 52 ausgebildet ist, sowie einen Matrizen-Sperrschlitz 58. Zur Einrichtung einer Steck-Dreh-Verbindung kann ein Sperrglied in Form eines Querstiftes axial zwischen den Nasen 50, 52 im Bereich des Matrizen-Einführschlitzes 56 eingeführt werden. Durch eine anschließende Relativverdrehung gelangt ein derartiges Sperrglied dann in den Matrizen-Sperrschlitz 58, der im Wesentlichen radial oder tangential ausgerichtet ist und eine Rastnut beinhalten kann, in die ein solcher Querstift in einer Montageposition gelangen kann, um diese Montageposition rastend festzulegen.
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Die Steck-Dreh-Verbindung entspricht dabei im Wesentlichen einer Bajonettverbindung.
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In 6 bis 11 ist ein Abschnitt eines Fügewerkzeuges 60 dargestellt, wobei das Fügewerkzeug 60 vorliegend einen Matrizenhalter 62 in Form eines Doms aufweist, der über eine lösbare Verbindung mit einem Rahmen des Fügewerkzeuges 60 starr verbunden ist, beispielsweise einem C-Rahmen für Stanznietprozesse. Zum Zwecke der Einrichtung der lösbaren Verbindung ist der Matrizenhalter 62 mit einer Befestigungsbohrung 64 versehen. Der Matrizenhalter 62 ist folglich auf einfache Weise austauschbar. Der Matrizenhalter kann jedoch auch integral oder einstückig mit dem C-Rahmen verbunden sein.
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An dem Matrizenhalter 62 ist ein Matrizenaufnahmeabschnitt 66 ausgebildet, in den eine Wechselmatrize 10 der 1 bis 4 eingesetzt werden kann. Der Matrizenaufnahmeabschnitt 66 beinhaltet eine Befestigungseinrichtung 68, die mit der Befestigungskontur 30 der Wechselmatrize der 1 bis 4 so zusammenwirkt, dass zwischen der Wechselmatrize 10 und dem Matrizenaufnahmeabschnitt 66 eine Steck-Dreh-Verbindung nach der Art einer Bajonettverbindung einrichtbar ist.
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Der Matrzienhalter 62 weist einen Grundkörper 70 auf, an dem die Befestigungsbohrung 64 vorgesehen ist und der einen sich domartig erstreckenden Abschnitt aufweist, in dem eine axial durchgehende Aufnahmebohrung 72 ausgebildet ist. Der Matrizenhalter 62 weist ferner eine Aufnahmehülse 74 auf, die in die Aufnahmebohrung 72 eingesetzt ist. Die Aufnahmehülse 74 ist mittels einer Vorspannfedereinrichtung 76 in einer Richtung axial weg von einer Einführöffnung der Aufnahmebohrung 72 vorgespannt. Zu diesem Zweck weist die Aufnahmehülse 74 zwei Langlöcher 78 auf, die von einem Querstift 80 durchsetzt sind, der in eine Querbohrung 82 des Grundkörpers 70 eingeführt ist. Die Aufnahmehülse 74 ist folglich durch die axiale Länge der Langlöcher 78 begrenzt verschieblich in Bezug auf den Grundkörper gelagert. Die Vorspannfedereinrichtung 76 weist eine Federanordnung 84 aus einem Käfig mit einer darin ausgebildeten Feder und beispielsweise einer Andruckkugel auf. Die Federanordnung 84 wirkt in axialer Richtung zwischen dem Querstift 80 und einer Ringschulter 86 der Aufnahmehülse 74, die auf der der Einführöffnung der Aufnahmebohrung 72 gegenüberliegenden Seite des Querstiftes 80 ausgebildet ist. Die Federanordnung 84 spannt die Aufnahmehülse 74 folglich gegenüber dem Grundkörper 70 in axialer Richtung weg von der Einführöffnung der Aufnahmebohrung 72 vor.
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In dieser Vorspannposition ist ein der Einführöffnung benachbartes axiales Ende der Aufnahmehülse 74 beabstandet von der Einführöffnung, wie es in den 7 bei L6 und 8 dargestellt ist. In dem Bereich dieses Endes der Aufnahmehülse 74 ist ein Hülsen-Bajonettschlitz 90 ausgebildet. Der Hülsen-Bajonettschlitz 90 weist einen Hülsen-Einführschlitz 92 auf, der so ausgeformt ist (siehe 11), dass der Radialstift 34 der Wechselmatrize 10 der 1 bis 4 in axialer Richtung in den Hülsen-Einführschlitz 92 eingeführt werden kann. Der Hülsen-Bajonettschlitz 90 weist ferner einen Hülsen-Sperrschlitz 94 auf, in den die durch den Radialstift 34 gebildeten radialen Vorsprünge eingeführt werden können, wenn die Wechselmatrize 10 relativ zu dem Fügewerkzeug 60 verdreht wird, um auf diese Weise eine Steck-Dreh-Verbindung nach der Art einer Bajonettverbindung einzurichten.
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An einem Umfangsende des Hülsen-Sperrschlitzes 94 kann eine Rastvertiefung 95 vorgesehen sein, in die der Radialstift 34 mittels der Federanordnung 84 gedrückt wird, um die eingerichtete Sperrposition rastend festlegen zu können.
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Die Aufnahmehülse 74 weist im Bereich ihres oberen Endes einen Einführkonus 96 auf, der im Wesentlichen einen Außenumfang der Aufnahmehülse 74 mit dem Innenumfang der Innenbohrung der Aufnahmehülse 74 verbindet. Wie es in 8 dargestellt ist, weist der Einführkonus 96 vorzugsweise einen anderen Winkel auf als der konisch geformte Zwischenabschnitt 48 der Wechselmatrize.
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Die Aufnahmehülse 74 ist in axialer Richtung so in Bezug auf die Aufnahmebohrung 72 gelagert, dass zwischen der Einführöffnung der Aufnahmebohrung 72 und dem oberen Ende der Aufnahmehülse 74 ein erster axialer Aufnahmeabschnitt 98 gebildet ist, der eine axiale Länge L6 aufweist. Die axiale Länge L6 ist vorzugsweise größer als die Länge L1 des ersten axialen Schaftabschnittes 40. Der Einführkonus 96 erstreckt sich über eine axiale Länge L3', die der axialen Länge des Zwischenabschnittes 48 entspricht. Ferner bildet ein Innenumfang der Innenbohrung der Aufnahmehülse 74 einen zweien axialen Aufnahmeabschnitt 100, der eine axiale Länge L7 aufweist, die größer ist als die axiale Länge L2 des zweiten axialen Schaftabschnittes 46.
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Der erste axiale Aufnahmeabschnitt 98 weist einen Durchmesser D1' auf, der dem Durchmesser D1 des ersten axialen Schaftabschnittes entspricht, derart, dass der erste axiale Schaftabschnitt 40 verkippsicher in dem ersten axialen Aufnahmeabschnitt 98 geführt werden kann.
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Die Innenbohrung der Aufnahmehülse 74 bzw. der Durchmesser des zweiten axialen Aufnahmeabschnittes 100 (in 7 mit D2' bezeichnet) ist vorzugsweise größer als der Durchmesser D2 des zweiten axialen Schaftabschnittes 46. Dabei kann zwischen dem zweiten axialen Schaftabschnitt 46 und dem zweiten axialen Aufnahmeabschnitt 100 eine Führungsfunktion eingerichtet werden, dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig.
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Wenn eine Wechselmatrize 10 in den Matrizenaufnahmeabschnitt 68 eingeführt wird, so tritt zunächst der zweite axiale Schaftabschnitt 46 in die Aufnahmebohrung 72 ein. Bei Fehlausrichtungen kann der zweite axiale Schaftabschnitt 46 über den Einführkonus 96 in die Bohrung der Aufnahmehülse 74 eingefädelt werden, was in etwa gleichzeitig mit dem Einführen des ersten axialen Schaftabschnittes 40 in die Aufnahmebohrung 72 des Grundkörpers 70 erfolgt. Dabei tritt der Radialstift 34 zunächst in den Hülsen-Einführschlitz 92 ein. Anschließend erfolgt eine Relativverdrehung, bei der der Radialstift 34 in den Hülsen-Sperrschlitz 94 eintritt und hierbei die Aufnahmehülse 74 ggf. gegen die Kraft der Federanordnung 84 auslenkt, bis ggf. der Radialstift 34 in die Rastvertiefung 95 einrastet. Eine derartige Bewegung erfordert nur eine geringe axiale Führungslänge und kann folglich auf einfache Weise auch von einem Roboter durchgeführt werden, mittels dessen es schwierig ist, größere axiale Führungslängen im Raum genau durchzuführen.
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Durch die Federeinrichtung 84 wird die Wechselmatrize 10 mittels der Aufnahmehülse 74 in Richtung von der Einführöffnung weggezogen, derart, dass die Kopfunterseite 42 in Anlage gelangt an eine Oberseite des Grundkörpers 70. Mikro-Bewegungen bei Fügevorgängen können daher vermieden werden. Da im Bereich eines oberen Endes des Grundkörpers keine Querbohrungen vorzusehen sind, kann dieser massiv ausgebildet werden und daher mit einer hohen Stabilität vorgesehen werden. In 6 und 8 sind zwar zwei derartige Querbohrungen zu sehen. Auf diese Querbohrungen kann jedoch bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform verzichtet werden.
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Wenn das Fügewerkzeug 60 für eine Wechselmatrize 10' der 5 eingerichtet werden soll, so kann die Aufnahmehülse 74 anstelle eines Hülsen-Bajonettschlitzes 90 beispielsweise in diesem Bereich einen Querstift aufweisen, der beim Einführen der Wechselmatrize 10' zwischen die Nasen 50, 52 gelangt und bei einer Relativverdrehung in den Matrizen-Sperrschlitz 58 der 5 eingeführt werden kann.
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Ein derartiger Querstift ist in 9 schematisch bei 102 angedeutet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202013011928 U1 [0004, 0011, 0012, 0013, 0018]
- DE 202013011927 U1 [0004, 0012]
- DE 202006013082 U1 [0008]
- DE 10335085 A1 [0010]
