DE1452820B2 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden zweier teile - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden eines ersten Teiles aus wenigstens an der Verbindungsstelle ziehfähigem Material mittels eines gezogenen rohrförmigen Ansatzes mit einem zweiten, wenigstens an der Verbindungsstelle scheibenförmigen, mit einer öffnung versehenen Teil, wobei der rohrförmige Ansatz durch die öffnung des zweiten Teiles hindurchgreift und wobei das ziehfähige Material von seiner, dem mit einer öffnung versehenen zweiten Teil abgewandten Seite her mit einem Ziehstempel in die Öffnung gezogen bzw. gedrückt wird, wonach der Ziehstempel herausgezogen wird, wobei das mit einer Öffnung versehene zweite Teil als Widerlager dient. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen oder elektronischen, Wärme an die Umgebung abgebenden Bauelementes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Es ist bekannt, ein Teil aus ziehfähigem Material mit einem rohrförmigen gezogenen Ansatz in Form eines Hohlniets (Düse) zu versehen und dieses Teil mit einem anderen gelochten Teil zu verbinden, indem der rohrförmige Ansatz von seinem dem Teil aus ziehfähigem Material abgewandten »äußeren« Ende her umgebördelt und festgenietet wird. Ähnliche Verbindüngen sind auch mit getrennten Hohlnieten möglich, die ebenfalls vom äußeren Ende des Niets her, gegebenenfalls unter der Zwischenlegung einer Unterlegscheibe, umgebördelt und vernietet werden.
Zu solchen Hohlnieten mit Unterlegscheibe können auch die als »Segelösen« bekannten Verstärkungen an Planen oder ähnlichen Teilen aus Textilgewebe gezählt werden.

Für das Umbördeln und das Festnieten der genannten Anordnungen von ihrem äußeren Ende her werden üblicherweise konische Dorne verwendet, die in einer Schulter mit einer ringförmigen Hohlkehle auslaufen. Durch diese Hohlkehle wird ein sauberer Nietrand hergestellt.

Weiter ist es bekannt, ein rohrförmiges Teil mit einem scheibenförmigen gelochten Teil dadurch zu verbinden, daß die Bauteile ineinandergesteckt werden und die feste Verbindung durch Verformen eines der beiden Bauteile geschlossen wird, Diese Verformung kann auch aus einem Aufweiten des Innenteiles bestehen.

Alle oben genannten Verbindungsarten haben jedoch den Nachteil, daß beide Teile bereits vor der Verbindung die für das Verbinden notwendige Form haben müssen; bei dem Verbinden zweier Bleche mittels eines gezogenen rohrförmigen Ansatzes müssen also zunächst die Düse in dem einen Teil gezogen und das zweite Teil gelocht werden. Als letzter Arbeitsgang nach dem Zusammenlegen der Teile wird dann die Düse in der beschriebenen Form umgenietet,!;; Derselbe Nachteil besteht auch bei den anderen beschriebenen Verbindungsarten.

. Weiter ist es bekannt, gezogene Düsen als Lager zu verwenden oder Achsen, Stifte oder ähnliche Teile in sie im Preßsitz oder mit Gewinde einzusetzen. Hierbei ergibt sich jedoch bei eingepreßten Teilen der Nachteil, daß die Düse infolge ihrer geringen Wandstärke bei stärkeren mechanischen oder thermischen Belastungen sich ausweitet und das Lager unbrauchbar wird oder das eingepreßte Teil seinen festen Sitz verliert. Für das Einschrauben reicht häufig nicht die Blechstärke für eine ausreichende Gewindetiefe aus. Darum müssen für höhere ^: Belastungen oder größere Gewindetiefen Verstärkungsbuchsen eingesetzt werden, z. B..eingenietet oder eingelötet, oder das Blech auf andere Weise verstärkt werden. Hierzu werden wieder besondere Arbeitsgänge benötigt.

Die Erfindung zielt nun darauf ab, ein Verfahren zum Verbinden zweier Teile der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem in einem Arbeitsgang die Teile miteinander verbunden werden, wobei darüber hinaus die obengenannten Nachteile umgangen werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß beim .Ziehen des rohrförmigen Ansatzes des ersten Teiles durch die öffnung des zweiten Teiles das ziehfähige Material des ersten Teiles stark abgestreckt wird und dabei radial nach außen drängt, so daß es am Austrittsende der öffnung im zweiten Teil radial nach außen fließt, wobei es um die Kante der Öffnung herumgreift und einen Wulst bildet.

■ Das erfindungsgemäße Verfahren hat vielfache

■Anwendungsmöglichkeiten, So können z. B. ein oder mehrere Bleche aus dünnem ziehfähigem Material mit einem weiteren stärkeren Blech in einem Arbeitsgang ■ verbunden werden. Auch ist es möglich, mehrere Teile "aus ziehfähigem Material miteinander mittels eines Verstärkungsringes zu verbinden. Weiter können 'verstärkte und in Richtung der Materialdicke verlängerte Öffnungen mit sehr großer Genauigkeit (kalibrierte öffnung) in dünnen Blechen hergestellt werden, indem das Blech mit einem Verstärkungsring verbunden wird. Solche öffnungen eignen sich in hervorragender Weise als Lager oder zum Einpressen von Achsen oder ähnlichen Teilen. Da der Verstärkungsring ein Ausweichen des dünnen Materials in radialer Richtung verhindert, besteht keine Gefahr^ daß ein eingepreßtes Teil sich löst oder daß das Lager sich aus diesem Grunde ausweitet.

In den meisten Anwendungsfällen hat die öffnung in dem zweiten Teil eine im wesentlichen achsparallele Wandung. Es können aber auch mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bei geeigneter Formgebung der verwendeten Werkzeuge Teile miteinander verbunden werden, von denen das zweite Teil z. B. eine konisch verlaufende Wandung hat. Der rohrförmige Ansatz kann auch mit einem vom Kreis abweichenden Querschnitt, z.B. mit einem rechteckigen, quadratischen oder elliptischen Querschnitt gezogen werden.

In vielen Anwendungsfällen des Verfahrens werden die Abmessungen der zu verbindenden Teile so gewählt, daß das Material des Ansatzes durch die dem Teil aus ziehfähigem Material abgewandte Seite der öffnung in dem zweiten Teil hindurchgezogen wird, das dann beim Austreten aus der öffnung durch die Ebene größten Querschnitts des Stempels radial nach außen gedruckt wird. Der dadurch gebildete Wulst bewirkt einen sehr festen Sitz. Darüber hinaus zieht sich der Ansatz infolge s \. seiner Elastizität axial zusammen und bewirkt auch in.«;ef.;,; dieser Richtung einen festen Sitz der verbundenen Teile. Ein besonders guter Sitz des rohrförmigen Ansatzes in der öffnung des zweiten Teiles wird erhalten, wenn darüber hinaus innerhalb der Öffnung mindestens in einem Bereich eine Querschnittserweiterung angebracht wird. Beim Ziehen drückt sich dann ein Teil des Materials des Ansatzes in diese Querschnittserweiterung hinein und bewirkt zusätzlich zu den oben beschriebenen Kräften eine weitere Haftung der Teile. Es ist aber auch möglich, z. B. ein dünnes Blech mit einem langen rohrförmigen Teil zu verbinden, ohne daß der gezogene Ansatz aus dem unteren Ende des Rohres herausragt. Dazu werden ein oder mehrere Bereiche mit erweitertem Querschnitt innerhalb der Rohrwandung angebracht.

Die Haftung der verbundenen Teile kann auch dadurch verbessert werden, daß die Querschnittserweiterung als Stufe kurz vor der äußeren Öffnung in dem zweiten Teil angebracht wird.

Sollen z. B. Achsen oder ähnliche Teile in eine nach., dem Verfahren hergestellte Öffnung eingepreßt werden, so empfiehlt es sich, das zweite Teil aus..einem härteren Material als dem ziehfähigen Material herzustellen.. Auch ist es günstig, für das zweite Teil ein Material größerer Dicke als für das Teil aus ziehfähigem Material zu verwenden. -■·

In einer zweckmäßigen Ausführungsform der aus einem Ziehstempel und einer Matrize bestehenden Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Ebene größten Querschnittes des Stempels nicht oder nur wenig gegenüber der Stempelachse geneigt, und die Matrize ist mit einer Öffnung versehen, die eine so bemessene Größe hat, daß das ziehfähige Material des ersten Teiles um die Kante der öffnung des zweiten Teiles herumgreifen und einen Wulst bilden kann.

Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, daß ein Hohlniet unter der Bezeichnung Chobert-Blindniet bekannt ist, mit dem zwei oder mehrere Blechteile, die nur von einer Seite (der »rechten« Seite) zugänglich sind, verbunden werden können. Dieser Niet ist ein fertig vorbereitetes Element, das von der rechten Seite in Bohrungen in den zu verbindenden Teilen gesteckt wird. Davor wird durch den Niet von der unzugänglichen linken Seite die Zugstange eines konischen Formwerkzeugs gesteckt. Der Nietsitz wird.! !durch Aufweiten des Hohlniets mittels des konischen Teils des Formwerkzeugs geschaffen, indem dieses an seiner Zugstange von der rechten Seite her durchgezogen wird. Dabei bildet sich an der linken Seite ein den Nietsitz bewirkender wulstförmiger Nietrand. Dieses Nietverfahren unterscheidet sich, ebenso wie die oben beschriebenen anderen Nietverfahren, grundsätzlich

von dem erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß das Formwerkzeug von der linken Seite her wirksam wird. Darüber hinaus ist es sehr kompliziert. Da der den Sitz bewirkende Wulstrand zu Beginn der Verformung geschaffen wird, kann der Niet so stark in axialer Richtung verformt werden, daß keine axiale Pressung mehr erreicht wird.

Das Verfahren nach der Erfindung wird an Hand der Zeichnung an Beispielen der Verbindung zweier Bleche miteinander und an der Herstellung eines Wärme abgebenden elektrischen Bauelementes näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Teil einer Vorrichtung für das erfindungsgemäße Verfahren (teilweise im Schnitt).

F i g. 2 eine Abwandlung der Vorrichtung nach F i g. 1.

F i g. 3 eine Einheit bei der Verformung des ziehfähigen Materials und

Fig.4 die Vorrichtung nach Fig. 1, nachdem die beiden Bleche miteinander verbunden worden sind.

F i g. 5 eine perspektivische Darstellung und

F i g. 6 ein.en Schnitt der in F i g. 4 abgebildeten verbundenen Teile.

F i g. 7 ein fertiges elektronisches Wärme abgebendes Bauelement, z. B. eine Halbleiter-Gleichrichterzelle hoher Leistung, mit Kühlplatte und Anschlußlasche (teilweise im Schnitt).

F i g. 8 eine Matrize mit Wechselbuchsen für Verstärkungsringe verschiedener Abmessungen.

In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.

Die Vorrichtung nach F i g. 1 enthält einen Ziehstempel 1 und eine Matrize 2. Der besseren Übersicht halber sind die anderen Teile der Vorrichtung, z. B. ihre krafterzeugenden und kraftübertragenden Elemente, weggelassen.

Nachdem ein Verstärkungsring 3 in die Ausnehmung der Matrize eingelegt worden ist, werden ein dünnes Blech 4 und ein dickeres Blech 5 aufgelegt. Die Bleche sind an der Verbindungsstelle vorgelocht und werden durch den in Ziehrichtung (Pfeil 6) niedergehenden Stempel 1 zentriert.

In der Vorrichtung nach F i g. 2 hat der Ziehstempel 1 an seiner Stirn eine scharfe Schneidkante 7, die beim Niedergehen das Blech 5, das mit dem Verstärkungsring 3 verbunden werden soll, zugleich locht. Das Blech 5 wird hierbei durch bekannte Mittel, z. B. durch Anschläge, bezüglich des Verstärkungsringes 3 in der richtigen Lage gehalten.

In F i g. 3 ist eine Phase der Verformung des ziehfähigen Materials 5 beim Niedergehen des Stempels 1 dargestellt. Der Stempel 1 ist, entgegen der Ziehrichtung gesehen, in seinem unteren Teil 8 konisch und erweitert sich bis zu einer Ebene 9 größten Querschnitts, nach der er in einem zylindrischen Teil 10 übergeht, in dem seine Oberfläche achsparallel verläuft. Der Außendurchmesser des zylindrischen Teiles 10, der Innendurchmesser der öffnung in dem Verstärkungsring 3, die Höhe des Verstärkungsringes 3 und die Dicke des Bleches 5 sind so gewählt, daß beim Niedergehen des Stempels 1 ein Materialwulst 11 vor der Ebene 9 hergeschoben wird, der radial nach außen gedrückt wird, wenn die Ebene 9 die untere Kante 12 der öffnung im Verstärkungsring 3 überschreitet. Der zylindrische Teil 10 kalibriert die gezogene öffnung sehr genau, wobei keine besonderen Anforderungen an die Ausgangstoleranzen der zu verbindenden Teile gestellt werden.

Der Stempel 1 wird vorzugsweise von oben niedergedrückt und wieder nach oben herausgezogen; es ist aber auch möglich, ihn gegebenenfalls an einer Zugstange nach unten zu ziehen und nach der Verformung durch die öffnung zu ziehen.

Die fertige Verbindung der Teile 3, 4 und 5 ist in Fig. 4 dargestellt. Der Stempel 1 ist so weit niedergegangen, daß die Wülste 11 an den koaxial gezogenen Ansätzen der Teile 4 und 5 radial nach außen gedrückt worden sind und einen festen Sitz der Ansätze in der öffnung des Verstärkungsringes 3 bewirken. Für einen besseren Sitz kann die untere Kante 12 (Fig.3) des Verstärkungsringes 3 unregelmäßig, z. B. gerändelt sein oder einen Grat haben. Die öffnung 13 in der Matrize muß einen ausreichenden Durchmesser haben, damit der Wulst oder die Wülste 11 nach außen treten;!, können. Verio

Die obere Kante 14 des Verstärkungsringes 3 wird zweckmäßig abgerundet, damit der oder die Ansätze nicht an der scharfen Kante abreißen.

Durch eine Schulter 27 am Stempel 1 werden die Teile 4 und 5 aus ziehfähigem Material fest auf den Verstärkungsring 3 gedrückt und nachgerichtet. Dies kann auch durch einen Niederhalter bewirkt werden, der beim Hochgehen des Stempels 1 zugleich als Abstreifer dient. Wenn der Stempel 1 (oder der Niederhalter) Erhebungen oder Körnerspitzen auf seiner Fläche 27 trägt, können entsprechende Kerben oder Vertiefungen in die Teile 4 und 5 aus ziehfähigem Material eingepreßt werden, die ein gegenseitiges Verdrehen verhindern. Solche Kerben können auch durch Erhebungen auf dem Verstärkungsring 3 gebildet werden oder die Erhebungen werden auf einem der Teile 4 oder 5 aus ziehfähigem Material vor dem Verbinden angebracht.

In F i g. 5 ist die fertige Verbindung zweier Bleche 4 und 5 perspektivisch und in F i g. 6 im Schnitt dargestellt. Die dargestellte Anordnung ist als Kühlanordnung für ein Wärme abgebendes elektrisches oder elektronisches Bauelement geeignet, wobei das dünne Blech 4 aus elektrisch gut leitendem Material hergestellt und als Anschlußlasche für den Stromanschluß verwendet wird. : Das quadratische Blech 5 ist als Kühlplatte ausgebildet.

In F i g. 7 ist ein Wärme abgebendes elektronisches Bauelement, z. B. eine Halbleitergleichrichterzelle 15 mit Kühlplatte 5, dargestellt, die in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt worden ist. Dazu wird nach dem Verbinden der Anschlußlasche 4 und der Kühlplatte 5 mittels des Verstärkungsringes 3 die Gleichrichterzelle 15 mit ihrem zylindrischen gerändelten Teil 16, von dem die Wärme abgeführt werden soll, in die Kühlanordnung eingepreßt. Der Verstärkungsring 3 verhindert dabei eine derartige radiale Verformung des gezogenen Ansatzes, daß sich der eingepreßte Teil später im Betrieb durch Erschütterung oder durch thermische Beanspruchung lösen könnte. In F i g. 7 befindet sich die Anschlußlasche 4 beispielsweise zwischen der Gleichrichterzelle 15 und der Kühlplatte 5, wodurch ein sehr guter elektrischer Kontakt erreicht wird. Liegt die Anschlußlasche 4, wie in F i g. 6 dargestellt ist, zwischen der Kühlplatte 5 und dem Verstärkungsring 3, so kommt ein sehr guter Wärmeübergang zwischen dem= Wärme abgebenden Teil und der Kühlplatte 5 zustande.

Die Anschlußlasche 4 kann auch ohne Ansatz zwischen die Gleichrichterzelle 15 und der Kühlplatte 5 oder zwischen der Kühlplatte 5 und dem Verstärkungsring 3 eingepreßt werden.

In F i g. 8 ist ein Teil einer Vorrichtung gezeigt, in der

öffnungen verschiedener Durchmesser gezogen werden können. Die Matrize 2 ist mit einer Aufnahme für Wechselbuchsen 17 ausgerüstet, die jeweils den Abmessungen der zu verbindenden Verstärkungsringe 3 angepaßt sind.

Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf die Herstellung der hier dargestellten Anordnungen begrenzt. So lassen sich z. B. anstelle einer Nietung oder anderer Verbindungsarten zwei oder mehrere Bleche in

einem Arbeitsgang ohne Verstärkungsringe verbinden, wenn das unterste Blech so stark ist, daß es nicht beim Ziehen der Ansätze an den anderen Blechen mit verformt wird. Auch eigenet sich das Verfahren nach der Erfindung für die Herstellung von Lagerbuchsen in dünnen Blechen, in die eine Achse oder ein ähnliches Teil eingepreßt wird, oder für Gewindebohrungen, wobei selbst in sehr dünnen Blechen eine Vielzahl von Gewindegängen angebracht werden können.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

609 582/1

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Verbinden eines ersten Teiles aus wenigstens an der Verbindungsstelle ziehfähigem Material mittels eines gezogenen rohrförmigen Ansatzes mit einem zweiten, wenigstens an der Verbindungsstelle scheibenförmigen, mit einer öffnung versehenen Teil, wobei der rohrförmige Ansatz durch die öffnung des zweiten Teiles hindurchgreift und wobei das ziehfähige Material von seiner, dem mit einer öffnung versehenen zweiten Teil abgewandten Seite her mit einem Ziehstempel in die öffnung gezogen bzw. gedruckt wird, wonach der Ziehstempel herausgezogen wird, wobei das mit einer Öffnung versehene zweite Teil als Widerlager dient, dadurch gekennzeichnet, daß beim Ziehen des rohrförmigen Ansatzes des ersten Teiles durch die öffnung des zweiten Teiles das ziehfähige Material des ersten Teiles stark abgestreckt wird und dabei radial nach außen drängt, so daß es am Austrittsende der Öffnung im zweiten Teil (3) radial nach außen fließt, wobei es um die Kante (12) der Öffnung herumgreift und einen Wulst (11) bildet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ansatz mit einem vom Kreis abweichenden Querschnitt, z. B. mit einem rechtekkigen, quadratischen oder elliptischen Querschnitt hergestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Teil aus ziehfähigem Material (5) an der Verbindungsstelle vorgelocht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung des zweiten Teiles (3) an ihrer dem ersten Teil aus ziehfähigem Material (5) abgewandten Kante (12) scharfkantig und/oder unregelmäßig, z. B. gratig oder gerändelt, hergestellt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Öffnung des zweiten Teiles (3) mindestens in einem Bereich eine Querschnittserweiterung angebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein dünnes Blech aus ziehfähigem Material mit einem dicken Blech verbunden wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein dünnes Blech mit einem Verstärkungselement für den Ansatz, vorzugsweise mit einem Verstärkungsring, verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den zu verbindenden Teilen (3 und 5) ein weiteres Teil (4) mit einer öffnung, die im wesentlichen gleich der des zweiten Teiles (3) ist, eingeschlossen wird.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in wenigstens einem der Teile (4 oder 5) aus ziehfähigem Material im Bereich der Verbindungsstelle an seiner dem anderen Teil zugewandten Oberfläche Erhebungen, z. B. Kerben oder Spitzen, angebracht sind oder werden, die nach dem Verbinden der Teile unter Druck auf dem anderen Teil aufliegen.

10. Verfahren zur Herstellung eines wärmeabgebenden, elektrischen oder elektronischen Bauelements unter Verwendung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (5) aus ziehfähigem, thermisch gut leitendem Blech, das als Kühlplatte ausgebildet ist,

mittels eines Ansatzes mit einem Verstärkungsring (3) verbunden wird, wobei der Ansatz kalibriert wird, und daß der wärmeabgebende Teil des Bauelements in den Ansatz eingesetzt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektrische Anschlußlasche (4) mit dem wärmeabgebenden Bauelement verbunden wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden¹ Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einem Ziehstempel (1) und einer Matrize (2) besteht.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstempel (1), entgegen der Ziehrichtung gesehen, von der Ebene größt!en< Querschnitts (9) an eine achsparallele Oberfläche hat.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ziehstempel (1) einen konischen (8) und einen daran anschließenden zylindrischen Teil (10) aufweist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebene größten Querschnitts (9) des Ziehstempels (1) gegenüber der Stempelachse wenig geneigt ist. "