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