DE4009813C1 - Overlapping single metal components - are located on circular recess on matrix with groove ring along box of recess - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ver­ binden von sich überlappenden plattenförmigen Bauteilen, mit einem verschiebbaren Stempel und einer mit einer Aus­ nehmung versehenen Matrize, zwischen denen die zu verbin­ denden Bauteile angeordnet sind.

Derartige Vorrichtungen werden insbesondere dazu verwen­ det, um Bleche zu verbinden.

Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der DE 31 06 313 bekannt. Bei dieser Vorrichtung werden die über­ einanderliegenden Flächenteile tiefgezogen; anschließend wird über eine seitliche Strang- bzw. Ziehpressung eine an der Seite vergrößerte Ausformung gebildet, die eine mecha­ nische Verkettung bzw. Verbindung der Bleche in Art einer Nietverbindung bewirkt.

Um einerseits für das Tiefziehen eine ausreichende Ge­ senkauflage zu erhalten und andererseits für das bei die­ sem Arbeitsvorgang breitgequetschte Material den erforder­ lichen Platz zur Verfügung zu haben, weist die Matrize zwei seitlich ausschwenkbare Teile auf, die durch das radial ausfließende Material bei der Quetschung verschoben werden. Dieser Schwenkvorgang erfolgt allerdings erst, nachdem der eigentliche Tiefziehvorgang bereits beendet ist, so daß die Matrizenteile nicht mehr benötigt werden.

Diese bekannte Vorrichtung weist damit eine Reihe von Nachteilen auf:

Ein Matrizenwerkzeug mit schwenkbaren Teilen weist auf­ grund der hohen Preßbelastung, die während des Schwenk­ vorgangs teilweise noch auf die schwenkbaren Teile wirkt, notwendigerweise nur eine verhältnismäßig kurze Lebensdau­ er auf. Dennoch ist ein derartiges Werkzeug aufgrund der erforderlichen geringen Toleranzen der schwenkbaren Teile verhältnismäßig teuer in der Anschaffung.

Weiterhin ist aufgrund der Schwenkbewegung während des Umformvorgangs die Tiefziehqualität ungleichmäßig. Letzt­ lich ist aufgrund der Gelenke und der beweglichen Teile ein derartiges Werkzeug schmutzempfindlich. Hierbei ist zu bedenken, daß durch den Schwenkvorgang unter Last unver­ meidlich Abrieb erzeugt wird, der sich in den Lagern der federnd gelagerten Matrizenteile im ausgeschwenkten Zu­ stand festsetzen kann.

Eine andere Vorrichtung zum Verbinden von plattenförmigen Bauteilen ist aus der DE 19 42 411 A1 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein kombinierter Stanz/Tiefziehvorgang verwendet, bei dem der Durchmesser von Gesenköffnung und Formstempel für den Stanzvorgang einander entsprechen.

Für den Tiefziehvorgang sind durch Ausnehmungen entspre­ chend Zwischenräume vorgesehen. Hierdurch wird beim Preß­ vorgang der Rand der unteren Platten- bzw. Blechlage radi­ al einwärts gestaucht, so daß die Verbindung zwischen den Bauteilen nicht mehr flüssigkeits- bzw. gasdicht ist.

Unabhängig von diesem Nachteil sind bei dieser Vorrichtung zwei voneinander getrennte Arbeitsschritte erforderlich. Darüberhinaus bedeutet ein Stanzvorgang eine erhebliche Schwächung der Materialverbindung.

Weiterhin ist aus der DE 36 13 324 A1 eine Vorrichtung bekannt, bei der das zu verformende Material ohne Oberflä­ chenbeschädigung in einem reinen Umformvorgang in eine starre Matrize gepreßt wird. Hierdurch sollen die Nachtei­ le der vorstehend diskutierten Vorrichtungen beseitigt werden. Eine im Bodenbereich der Matrize vorgesehene Ring­ nut soll dem matrizenseitig angeordneten Material ausrei­ chend Raum zur Verfügung stellen, in den es beim Stauch­ vorgang, der ein radiales Fließen des stempelseitig ange­ ordneten Materials nach außen erzwingt, verformt werden kann.

Aber auch diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß beim Stauchvorgang, bei dem ohnehin schon große Kräfte er­ forderlich sind, die Verformung noch zusätzlich behindert wird.

Insbesondere muß das stempelseitig angeordnete Material gequetscht werden, damit es radial nach außen fließt. Hierbei soll dieses Material wieder die vom matrizenseitig angeordneten Material bereits gebildete zylinderförmige Wand derart belasten, daß dieses Material in axialer Rich­ tung in den in Form einer Ringnut vorgesehenen Freiraum fließt. Der durch die zweifache Richtungsänderung der Belastung ohnehin schon gehemmte Materialfluß wird zusätz­ lich dadurch behindert, daß das matrizenseitig angeordnete Material, das ebenfalls unter der Belastung radial nach außen fließen möchte, sich an der Wand der Matrize ver­ spannt und somit die Reibkraft zwischen Material und Ma­ trize beim axialen Fließvorgang erhöht.

Eine Behinderung des Stauchvorgangs tritt im übrigen auch bei der aus der DE 31 06 313 A1 bekannten Vorrichtung auf, bei der sowohl die Federvorspannung der Matrizenbacken als auch die Reibkraft, die zwischen dem matrizenseitig ange­ ordneten Material und der Oberseite der Matrizenbacken wirkt, die Verformung behindern.

Eine Lösung zur Vermeidung der Umformbehinderung ist in der älteren Anmeldung P 39 23 182.8 beschrieben. Die in dieser Anmeldung vorgeschlagene Matrize weist einen Hin­ terschnitt in radialer Richtung auf, so daß das matrizen­ seitige Material ohne Behinderung durch die Matrizenwand nach außen fließen kann. Allerdings muß bei dieser Vor­ richtung die Matrize zum Ausformen des Fügeelements geöff­ net werden; dies bedingt eine geteilte Ausführung der Matrize, die zum einen aufwendig in der Herstellung ist und zum anderen - bedingt durch den erforderlichen großen Matrizenschaftdurchmesser - die Zugänglichkeit zu vielen Fügestellen erschwert bzw. unmöglich macht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Verbinden von sich überlappenden plattenförmigen Bau­ teilen, wie beispielsweise Blechen, anzugeben, bei der das Verbinden der Bauteile durch einen reinen Umformvorgang ohne Einschneiden der Oberfläche und ohne Behinderung des Umformvorgangs mit einer nicht geteilten Matrize erfolgen kann.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im An­ spruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist im Bereich des Umfangsrandes der Aus­ nehmung ein verformbares Material, welches weicher als das der die zu verbindenden Bauteile ist, vorgesehen. Dieses Mate­ rial ermöglicht das Fließen des matrizenseitigen Materials der Bauteile in radialer Richtung, wie es bei einer Matrize mit Hinter­ schnitt auch der Fall wäre. Im Gegensatz zu einer Matrize mit Hinterschnitt ist es jedoch nicht erforderlich, zur Ausformung der verbundenen Bleche die Matrize zu öffnen, so daß die Matrize nicht teilbar ausgeführt sein muß, da beim Ausformen durch das verformbare Material eine ausrei­ chende Nachgiebigkeit sichergestellt ist.

Selbstverständlich kann aber auch eine teilbare Matrize verwendet werden.

Als verformbares Material können im Prinzip beliebige Materialien, beispielsweise plastisch verformbare Materialien, wie auch spezielle Metallegierungen verwendet werden.

Besonders vorteilhaft ist jedoch die im Anspruch 2 gekenn­ zeichnete Weiterbildung, gemäß der das verformbare Materi­ al ein Ring aus einem elastischen Material ist. Ein derar­ tiger Ring, dessen Außenkontur der Innenkontur der Matri­ ze-Ausnehmung angepaßt ist, hat nicht nur den Vorteil, daß er den Ausform-Vorgang praktisch nicht behindert, sondern auch den Vorteil, daß der Ring für eine Reihe von Verbindungsvorgängen verwendet werden kann.

Der Querschnitt des Rings kann dabei beliebig sein: So kann es für verschiedene Anwendungen von Vorteil sein, einen Ring mit einem rechteckigen "Schnurquerschnitt" zu verwenden. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, daß der Ring ein O-Ring ist (Anspruch 3).

In jedem Fall ist es jedoch gemäß Anspruch 4 von Vorteil, wenn der Ring aus einem elastischen Material in eine um­ laufende Ausnehmung im Boden der Matrizen-Ausnehmung ein­ legbar ist. Durch diese Ausbildung ist sichergestellt, daß der beginnende Umformvorgang den Ring nicht aus der Matri­ zen-Ausnehmung "herausdrücken" kann.

Weiterhin ist es von Vorteil, wenn gemäß Anspruch 5 die Schnurstärke des Rings in etwa so groß wie die Wandhöhe der Matrizen-Ausnehmung ist, da dann die Außenkontur des Verbindungsbereichs keine störenden Vorsprünge etc. auf­ weist.

Als elastisches Material für den Ring können beliebige bekannte Materialien, wie beispielsweise Perbunan oder Viton verwendet werden.

In jedem Falle ist es jedoch bevorzugt, wenn im Falle einer kreisförmigen Ausnehmung der Durchmesser des Stem­ pels ca. 0,8±20% des Innendurchmessers des in die Aus­ nehmung eingebrachten verformbaren Materials beträgt, da dann ein günstiges Verhältnis zwischen wirkender verfor­ mender Fläche und Verformungsbereich erreicht wird (An­ spruch 7).

Im Falle abweichender Ausnehmungsformen, wie beispiels­ weise rechteckiger Ausnehmungen ist es von Vorteil, wenn die Fläche des Stempels ca. 0,65±20% der von dem in die Ausnehmung eingebrachten verformbaren Materials einge­ schlossenen Fläche beträgt.

Die Stempel können dabei so ausgebildet sein, wie in der älteren Anmeldung P 39 23 182.8 beschrieben.

In jedem Falle hat die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verbinden von sich überlappenden plattenförmigen Bautei­ len, wie beispielsweise Blechen den Vorteil, daß keine Abstreifer erforderlich sind, da sich das Blech nicht in einer festen Matrize "verkrallen" kann. Darüberhinaus ergibt sich kein Einschneiden der zu verbindenden Teile.

Die durch den Umformvorgang erzeugte Verbindung ist flüs­ sigkeits- und gasdicht sowie schmutzunempfindlich. Ferner haben sowohl die Verbindung als auch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine hohe Lebensdauer. Die Vorrichtung zum Verbinden von sich überlappenden plattenförmigen Bautei­ len, wie beispielsweise Blechen hat darüberhinaus eine kleine Baugröße, da keine Elemente für das Öffnen der Matrize erforderlich sind, und ist leicht mit geringen Kosten herzustellen. Aufgrund der geringen Baugröße und des damit verbundenen geringen Gewichts kann die Vorrichtung auch von einer mehrachsigen Positionier- und Handhabungs­ vorrichtung, wie einem Industrieroboter geführt werden.

Dennoch ergibt sich eine Verbindung, die eine höhere Festigkeit als bei bekannten Verfahren aufweist, und die darüberhinaus keinen Ringwulst hat, wie er beispielsweise bei dem in der DE 36 13 324 A2 beschriebenen Verfahren auftritt und der beispielsweise beim Lackieren oder dgl. störend wirkt.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all­ gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zu Beginn des Verbindungsvorgangs, und

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung nach Beendi­ gung des Verbindungsvorgangs.

Die in den Figuren dargestellte Vorrichtung zum Verbinden von sich überlappenden plattenförmigen Bauteilen (1, 2), wie beispielsweise Blechen weist eine Matrize (3) mit einer Ausnehmung (5) und einen in Richtung eines Pfeils F verschiebbaren Stempel (4) auf. Ferner ist im Boden der Ausnehmung (5) eine umlaufende Vertiefung (7) vorgesehen, in die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein Ring (6) aus einem elastischen Material einlegbar ist. Die Schnur­ stärke des Rings (6) ist in etwa gleich groß wie die Wand­ höhe der Matrizen-Ausnehmung (5), d. h. der Ring (6) ragt nicht (wesentlich) über die Oberfläche der Matrize hinaus, und endet andererseits nicht wesentlich unter der Oberflä­ che. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Aus­ nehmung (5) eine kreisförmige Außenform. Die Schnurstärke des Rings (6) und der Durchmesser des Wirkungsteils des Stempels (4) sind so bemessen, daß der Durchmesser des Stempels (4) ca. 0,8±20% des Innendurchmessers (d) des Rings (6) beträgt.

Zwischen dem Stempel (4) und der Matrize (3) sind zu Be­ ginn des Verbindungsvorgangs die zu verbindenden Bauteile (1) und (2) angeordnet und liegen auf der Matrize (3) (s. Fig. 1).

Durch die Bewegung des Stempels (4) auf die Matrize (3) zu werden die Teile (1) und (2) lokal in die in der Matrize vor­ gesehene Ausnehmung (5) verformt, ohne daß dabei das Mate­ rial eingeschnitten wird. Sitzt der Boden des matrizensei­ tig angeordneten Plattenelements (2) auf dem Boden der Ausnehmung (5) auf, so beginnt das Material radial nach außen zu fließen. Dabei wird das elastische Teil (6) zwar zusammengedrückt (s. Fig. 2), es kann aber aufgrund des geschlossenen Einbauraums nicht aus der Ausnehmung (5) herausgedrückt oder beschädigt werden.

Nach Beendigung des Umformvorgangs wird der Stempel (4) zurückgefahren. Die Ausformung der nunmehr verbundenen Platten (1) und (2) aus der Ausnehmung (5) der Matrize (3) erfolgt entgegen der Pfeilrichtung F. Aufgrund der Nach­ giebigkeit des Rings (6) sind zur Ausformung weder ein zusätzlicher Abstreifer noch eine teilbare Matrize erfor­ derlich.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum Verbinden von sich überlappenden plat­ tenförmigen Bauteilen, wie beispielsweise Blechen, mit einem verschiebbaren Stempel und einer mit einer Aus­ nehmung versehenen Matrize, zwischen denen die zu verbin­ denden Bauteile angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des Umfangsrandes der Ausnehmung 5 ein verformbares Material, welches weicher als das der die zu verbindenden Bauteile 1, 2 ist, vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verformbare Material ein Ring 6 aus einem elastischen Material ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring 6 ein O-Ring ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring 6 aus einem elastischen Material in eine umlaufende Ausnehmung 7 im Boden der Matri­ zen-Ausnehmung 5 einlegbar ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnurstärke des Rings 6 in etwa gleich der Wandhöhe der Matrizen-Ausnehmung 5 ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring 6 aus Perbunan oder Viton besteht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Stempels 4 ca. 0,8±20% des Innendurchmessers des in die Ausnehmung 5 eingebrachten verformbaren Materials beträgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Stempels 4 ca. 0,65±20% der von dem in die Ausnehmung 5 eingebrachten verformbaren Materials eingeschlossenen Fläche beträgt.