DE3710929A1 - Verfahren und vorrichtung zum verbinden aufeinanderliegender duenner platten - Google Patents

Description

"Stand der Technik"

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden auf­ einanderliegender dünner Platten (insbesondere Bleche) nach der Gattung des Hauptanspruchs sowie der Gattung des Anspruchs 4 bzw. des Anspruchs 7.

Diese gattungsgemäße Verbindungstechnik weist eine vielfältige Anwendung auf, da sie ohne zusätzliche Hilfsfügeteile, wie Nieten, Schrauben und dgl., auskommt, ohne daß deshalb die Verbindungsqualität schlechter wäre. Derartige Verbindungen sind nicht nur erheblichen Zugkräften, sondern auch Scherkräften aussetzbar und weisen neben der Kraftschlüssigkeit stets eine Formschlüssigkeit an der Ver­ bindungsstelle zwischen den Platten auf, wobei trotz aller Vorteile ein Nachteil bestehen bleibt, daß nämlich die durch das Fügeelement gebildete Blechwarze aus der Plattenebene herausragt, so daß diese Art von Verbindungstechnik nicht überall einsetzbar ist. An diesen Blechwarzen können andere Gegenstände hängenbleiben bzw. sie stellen ungewünschte Er­ hebungen beispielsweise an zu lackierenden Teilen dar.

Ein bekanntes Verfahren der gattungsgemäßen Art (US-PS 39 34 327) stellt Stanznocken her, in dem nach einem Tiefzieh- und Stanzvorgang sich eine Quetschbearbeitung anschließt, wobei das den Platten nähere Plattenstück durch Quetschen verbreitert wird und mit seinen Rändern die Platten hinter­ greift (Clinchen). Damit die Blechwarze möglichst wenig aus der Plattenebene herausragt, wird durch zusätzliche Preß­ werkzeuge in die Platten eine Mulde eingeprägt, innerhalb welcher dann der Stanznocken gebildet wird, so daß dessen Fügeteile nur unwesentlich über diese Mulde herausragen. Der Nachteil besteht allerdings darin, daß nun auf beiden Seiten der zu verbindenden Platten Erhebungen vorhanden sind, so daß das eingangs genannte Problem nicht behoben, sondern nur ver­ lagert ist.

Bei einem anderen bekannten gattungsgemäßen Verfahren mit ent­ sprechender Vorrichtung (DE-OS 35 32 900) steht für das Füge­ element, soweit es aus der Plattenebene herausragt, nur ein begrenztes Volumen zur Verfügung, welches durch die Größe einer Sacköffnung im Gesenk bestimmt wird. Durch dieses Verfahren wird zwar eine feste Verbindung bei nur geringem Herausragen der Blechwarze erreicht mit wenigstens einer glatten Plattenseite, es verbleibt jedoch der Nachteil dieser Fügeelementnoppen.

"Vorteile der Erfindung"

Das erfindungsgemäße Verfahren nach den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß nach dem Verbinden der Platten keine aus der Plattenebene herausragenden Teile, wie Blechwarzen, vorhanden sind, wobei die verbleibenden Sacköffnungen auf der Plattenfläche, auf der der Stempel eingesetzt wurde kleiner als bei den bekannten Verfahren sind, außerdem aber untergeordneter Bedeutung sind. Durch Einsatz der Erfindung kann somit diese Verbindungstechnik in weit größerem Umfang eingesetzt werden, ohne daß deshalb damit eine wesentliche Verteuerung verbunden ist. Ein wesentlicher und vor allem überraschender Vorteil der Erfindung besteht darin, daß durch die zusätzliche Materialverformung im Fügeelement eine erhebliche Steigerung der Festigkeit, besonders auf Scherung, erreicht wird, die bis zu 100% im Vergleich zu einer unplanierten Verbindung gehen kann. Außerdem wird auch die dynamische Festigkeit verbessert. Der zusätzliche Aufwand beim Einsatz der Erfindung, beispielsweise durch ein Mehrplatzsystem oder beim Einplatzsystem durch eine Veränderung der Werkzeuge, tritt im Vergleich zu den gewonnenen Vorteilen in den meisten Fällen in den Hintergrund, auch wenn es sich um ein bereits sehr durchrationalisiertes Verfahren handelt, wie es als bekannt oben beschrieben ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merk­ malen des Anspruches 4 greift auf Erfahrungen zurück, wie sie seit langem in dieser Verbindungstechnik vorhanden sind, nämlich auf zweiteilige Werkzeuge mit einer Matrize, deren Boden verschiebbar ist und einerseits als Gesenkboden dient und andererseits beim Planiervorgang als Stempelboden dient. Grundsätzlich gleiches gilt für den eigentlichen Stempel, der zu Beginn des Fügevorgangs seine Stempelfunktion wahrnimmt und dann beim Planiervorgang durch leichtes Zurückfahren als Kalibrierstempel wirkt. Natürlich kann das den eigentlichen Stempel umgebende Führungsteil, beispielsweise eine Buchse bereits zu Beginn des Tiefzieh- oder auch Stanzvorgangs auf die Platten gefahren werden, um diese gemeinsam mit dem Matrizenwerkzeug festzuspannen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Stempel in den Führungsteil in Kraftrichtung nachgiebig gelagert, wobei die Nachgiebigkeit erst bei der Planierkraft zur Auswirkung kommt, so daß beim Tiefzieh- und auch Quetschvorgang der Stempel im Führungsteil in seiner Stellung relativ zu diesem verharrt und erst, wenn die starke Planierkraft von der Matrizenseite her auftritt, nachgibt, um ausreichend Platz für das weggequetschte Material zur Verfügung zu stellen.

Die Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 7 hat gegenüber den bekannten Vorrichtungen den Vor­ teil, daß ein verhältnismäßig geringer zusätzlicher Werk­ zeugaufwand erforderlich ist und daß einfache Werkzeuge ein­ setzbar sind, was sich vor allem auf die Lebensdauer dieser Werkzeuge auswirkt.

Erfindungsgemäß kann für das Planieren auch eine Walzvorrichtung dienen, insbesondere mit einem Walzenpaar, von denen eine Walze glattflächig ist, hingegen die andere Walze Kalibrierdorne aufweist, die in die bereits durch den vorange­ gangenen Fügevorgang entstandenen Sacköffnungen greifen.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung, der Zeichnung und den Ansprüchen entnehmbar.

"Zeichnung"

Drei Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen

Fig. 1 bis 5 das erste Ausführungsbeispiel mit einem einen runden Fügepunkt erzeugenden Werkzeug im Längsschnitt und in fünf verschiedenen Arbeitsstellungen einer Ar­ beitsstation,

Fig. 6 eine Ausgestaltung des Stempels dieses Werkzeugs,

Fig. 7 das zweite Ausführungsbeispiel im Längsschnitt in End­ stellung des Werkzeugs bei einem Mehrarbeitsplatzver­ fahren und

Fig. 8 bis 11 das dritte Ausführungsbeispiel in drei ver­ schiedenen Arbeitsstellungen und im Längsschnitt.

"Beschreibung der Ausführungsbeispiele"

In den Fig. 1 bis 6 ist das erste Ausführungsbeispiel ge­ zeigt als Werkzeugbeispiel, wobei nur das eigentliche Her­ stellungswerkzeug in fünf verschiedenen Arbeitsstellungen sowie die zu verbindenden Platten dargestellt sind. Natürlich gehört zur Vollständigkeit der Erfindung auch die Pressvor­ richtung, die in unterschiedlichster Weise gestaltet sein kann und durch die für die Durchführung der erfindungsgemäßen Ver­ bindung das Werkzeug betätigt werden muß.

Das Werkzeug besteht aus einem Stempel 1 einer Matrize 2 und einem Amboß 3, der relativ zur Matrize 2 verschiebbar ist. Zwischen dem Stempel 1 und der Matrize 2 sind die zu ver­ bindenden Platten vorhanden, eine untere Platte 4 und eine obere Platte 5. Bei diesen Platten handelt es sich meist um Bleche, wobei natürlich auch mehr als zwei derartige Bleche miteinander verbunden werden können.

Um den Stempel 1 ist eine Buchse 6 (Führungsteil) angeordnet, die relativ zum Stempel 1 verschiebbar ist. Aus der Buchse 6 heraus ragt ein entsprechend in der Länge änderbarer Arbeitszapfen 7. Der oberen Platte 5 ist die Schulter 8 der Buchse 6 zugewandt sowie die Stirnfläche 9 des Arbeitszapfens 7.

In Fig. 2 ist der erste Teil des Arbeitsvorgangs, nämlich das Tiefziehen beendet, bei dem der Arbeitszapfen 7 die seiner freien Stirnfläche 9 vorgelagerten Plattenanteile 10 und 11 der beiden Platten 4 und 5 zu einer Sacköffnung tiefgezogen hat. Hierbei entsteht eine topfartige Verbindung zwischen den in der ursprünglichen Lage verbleibenden Platten und den tiefgezogenen Plattenanteilen 10 und 11 mit einer entsprechenden Verdünnung des Materials dieser Anteile, ohne daß deshalb ein Ineinanderhaken der Platten 4 und 5 bewirkt wurde.

In Fig. 3 nimmt der Formstempel 1 seine Endlage ein, in der die tiefgezogenen Plattenanteile 10 und 11 bereits gequetscht wurden. In dieser Stellung liegt die Schulter 8 an der Ober­ fläche der Platte 5 an. Die der Stirnfläche 9 gegenüber­ liegenden Plattenanteile sind durch den Widerstand des Amboß 3 und der begrenzenden Matrize 2 stark zusammengepreßt, wobei das Material radial nach außen verdrängt wurde. Aufgrund der Quetschwirkung wurden die tiefgezogenen Plattenanteile so weit zu einem hier horizontal dargestellten Quetschteil radial ausgedehnt, daß dieser hinter die Tiefziehöffnung 14 der unteren Platte 4 greift. Bereits nach diesem Arbeitsschritt ist eine formschlüssige äußerst feste Verbindung durch ein Ineinanderfließen des Plattenmaterials erzielt.

In Fig. 4 ist der Formstempel 1 innerhalb der Buchse 6 leicht nach oben gezogen, so daß ein Hohlraum 15 entsteht.

In Fig. 5 nimmt das Werkzeug die Endstellung nach einem Planiervorgang der beiden Plattenanteile 10 und 11 also der gesamten Bearbeitung ein, bei der der Amboß 3 bis in die Ebene der Platten 4 und 5 nach oben geschoben wurde und dadurch die tiefgezogenen Anteile 10, 11 in die Plattenebene verdrängt hat. Das dabei verdrängte Material füllt den vorher gebildeten Hohlraum 15 aus, wobei der Formstempel 1 als Kalibrierstempel fungiert und die Buchse 6 als Widerstandslager.

Natürlich ist auch denkbar, daß bei diesem, in den Fig. 4 und 5 dargestellten, Planiervorgang zuerst die Matrize 2 mit ihrer Stirnfläche bis auf die Stirnflächenebene des Amboß 3 zurückgefahren wird, um danach einen gemeinsamen flachen Preßstempel bildend für das Planieren wieder in Richtung Form­ stempel 1 bzw. Buchse 6 zum Planieren verschoben zu werden.

In Fig. 6 ist eine Ausgestaltung von Buchse 6 und Planier­ stempel 7 dargestellt, in dem sich der Planierstempel 7 über einen Bund 16 an einem elastischen Material 17, beispielsweise einer Feder, abstützt und wobei sein Hub durch einen An­ schlag 18 begrenzt ist. Dieses elastische Material 17 ist so ausgebildet, daß es beim Tiefzieh- und Quetschvorgang nicht nachgibt, sondern erst beim Planiervorgang, das heißt beim Verschieben des Amboß 3 in Richtung Platten 4, 5. Hierdurch wird ein extra, den Formstempel 7 innerhalb der Buchse 6 be­ tätigendes Werkzeug eingespart.

In Fig. 7 ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem der Planiervorgang an einem separaten Arbeitsplatz durch­ geführt wird. Am ersten Arbeitsplatz werden die, in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Schritte durchgeführt, während hier am separaten Arbeitsplatz nur der in Fig. 5 gezeigte Planiervorgang für sich durchgeführt wird. Hierfür ist ein spezieller Kalibrierstempel 21 vorhanden, mit einem Kalibrierzapfen 22 und es ist ein extra Planierstempel 23 vorgesehen, wobei durch Haltevorrichtungen 24 und 25 die Platten 4 und 5 eingespannt werden. Da die Platten bereits durch das Fügeelement miteinander verbunden waren, dienen diese Haltevorrichtungen 24 und 25 vor allem dazu, ein exaktes Einfahren des Kalibrierstempels 21 in die vorhandene Sacköffnung 15 zu bewirken. Der Durchmesser des Planierstempels 23 ist in jedem Fall so groß, daß er die durch das Fügen gebildete Blechwarze bzw. die gezogenen Plattenanteile 10 und 11 überdeckt.

In den Fig. 8 bis 11 ist das dritte Ausführungsbeispiel darge­ stellt, bei dem ein Stanznocken nachträglich planiert wird. Ein Stanz- und Drückstempel 26, der durch entsprechende Vor­ richtungen hin und her bewegbar ist, durchschneidet die Platten 5 und 4 an den Stellen 27 und läßt seitliche Abschnitte 28 stehen, die lediglich tiefgezogen werden. Während Fig. 8 einen Querschnitt zeigt, an dem die Schnittstellen zu sehen sind, zeigt Fig. 9 einen gegenüber Fig. 8 um 90° verdrehten Schnitt, aus dem die Tiefziehverbindung erkennbar ist.

In Fig. 10 ist gezeigt, wie die herausgedrückten Blechteile 29 und 30 durch das Nachobenfahren eines Amboß 31 gequetscht werden, indem der Stanz- und Drückstempel 26 stehen bleibt. An den Schnittstellen wird dadurch mindestens der Blechabschnitt 29 erweitert und hintergreift damit die untere Platte 4. Um einen Materialfluß zu ermöglichen, wurde für diesen Quetsch­ vorgang die Matrize 32 leicht nach unten gefahren.

Fig. 11 zeigt dann wieder den Planierablauf, bei dem der Stanz- und Drückstempel 26 leicht nach oben gefahren ist, um wiederum einen Raum zur Aufnahme gequetschten Materiales zu schaffen und bei dem der Amboß 31 und die Matrize 32 nunmehr einen gemeinsamen Preßstempel bildend bis in die Ebene der Platten 4 und 5 verschoben werden.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln, als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesent­ lich sein.

Claims (10)

1. Verfahren zum Verbinden aufeinanderliegender dünner Platten (insbesondere Bleche), bei denen flächig über­ einanderliegende Plattenanteile zur Bildung eines Füge­ elements folgenden Verfahrensschritten unterworfen werden:

• a) Teilstanztrennen und/oder Tiefziehen der Plattenan­ teile aus der Plattenebene mittels eines Stempels und einer Matrize, bis von der Eindringseite her der Stempel mindestens die erste Platte, längstens die letzte Platte durchdrungen hat,
• b) Quetschen der Plattenanteile, wobei mindestens die dem Stempel zugewandte Fläche eines der Plattenanteile breit gequetscht wird und dadurch eine größere Quer­ abmessung erhält, als jene des Stanz- bzw. Tiefzieh­ loches,

gekennzeichnet durch

• c) Einpressen der aus den Plattenanteilen durch a) und b) gebildeten Blechwarze in die Plattenebene (Planieren) unter Freigabe eines für den Materialfluß erforder­ lichen Volumens auf der Stempelseite.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpressen der Blechwarze am gleichen Arbeitsplatz erfolgt durch Ändern der Lage des Matrizen- und des Stempelbodens entgegen der Eindringrichtung.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einpressen der Blechwarze an einem nachfolgenden Arbeitsplatz durchgeführt wird mit einer die Blechwarze erfassenden Planierfläche (Flachstempel, Walze).

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einem in einer Presse angeordneten Matrize und einem in Richtung Matrize und quer zu den zu verbindenden Platten hin und her von der Presseneinrichtung angetriebenen Stempel, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bearbeitung am gleichen Arbeitsplatz die Matrize (2) einen beweglichen Boden (3) aufweist, der beim Planieren bis zu der ihm zugewandten Plattenebene verschiebbar ist und daß zur Aufnahme des verdrängten Materials der Plattenanteile (10, 11, 29, 30) der Stempel (1) mit seinem Eintauchabschnitt (7) entsprechend rücknehmbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß um den Stempel ein Führungsteil (6) mit einer den Platten zugewandten Schulter (8) vorhanden ist, in dem der Formstempel (1) axial in Arbeitsrichtung geführt ist und daß beim Planieren die Schulter (8) auf den Platten (4, 5) aufliegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich­ net, daß sich der Formstempel (1) über ein elastisches Material (17) (Feder) rückseitig am Führungsteil (6) abstützt und daß dieses elastische Material (17) einen größeren Widerstand aufweist, als er für das Tiefziehen, Schneiden und Quetschen erforderlich ist.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit einem in einer Presse angeordneten Matrize und einem in Richtung Matrize und quer zu den zu verbindenden Platten hin und her von der Pressenein­ richtung angetriebenen Stempel, dadurch gekennzeichnet, daß für die Bearbeitung an einem zweiten Arbeitsplatz auf der Matrizenseite ein flacher Preßstempel (23) mit den Abmessungen der Blechwarze angepaßtem Querschnitt vor­ handen ist, der bis zur der ihm zugewandten Plattenebene zum Planieren verschiebbar ist und daß auf der Stempelseite ein Kalibrierstempel (21) als Gegenlager angeordnet ist, mit im Vergleich zum Fügestempel kürzerem Arbeitszapfen (22).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einspanneinrichtung für die Platten vorhanden ist, in der der Planierstempel (23) und der Kalibrierstempel (21) geführt sind, wobei der Kalibrierstempel (21) durch dem gegenüber der Führungsschaft im Durchmesser kleineren Arbeitszapfen stufenförmig ausgebildet ist und die Stufenschulter mit dem Kalibrierzapfen (22) das Wider­ lager zum Planierstempel bildet.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der einander zugewandten Stirnflächen von Kalibrierstempel (21), Arbeitszapfen (22) und Planier­ stempel (23) gleich groß sind.