DE4428546A1

DE4428546A1 - Preßfügewerkzeug

Info

Publication number: DE4428546A1
Application number: DE19944428546
Authority: DE
Inventors: Gerhard Pirchl; Adriano Nardo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-12
Filing date: 1994-08-12
Publication date: 1996-02-15

Description

Die Erfindung betrifft ein Preßfügewerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Derartige Preßfügewerkzeuge sind in der Form bekannt, daß mit Hilfe eines in axialer Richtung druckange triebenen Stempels, dieser Stempel in die Ausnehmung einer Matrize unter Aufbringung eines hohen Druckes eingetrieben wird. Der Stempel wird in diese Ausnehmung eingepreßt unter Aufbringung hoher Druckkraft von z. B. 4 oder 5 Tonnen. Die Ausnehmung in der Matrize ist in der Regel nach oben konisch sich erweiternd ausge bildet und es ist bisher bekannt, auch den Stempel entsprechend konisch nach unten sich verengend auszu bilden, so daß die Konusform des Stempels etwa der Konusform in der Matrize entspricht.

Ein derartiges Preßfügewerkzeug hat jedoch den Nachteil, daß die Verbindung zwischen den durch das Druckfügen miteinander zu verbindenden Blechen relativ schlecht ist, weil ein Fließverformen der miteinander zu ver bindenen Bleche erwünscht ist, wobei dieses Fließverformen aber nicht immer gelingt. Aus diesem Grunde ist die Verbindung zwischen den Blechen nicht optimal.

Außerdem besteht der Nachteil, daß durch die Ausbildung der Ausnehmung als nach oben konisch sich erweiternde Bohrung, hohe Entformungskraft notwendig sind, um den Stempel nach erfolgtem Preßfügevorgang wieder aus der Ausnehmung zu entfernen.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß wenn sich zwischen den Blechen ein anderes Medium befindet, wie z. B. eine Farbe, ein Lackauftrag oder Öl, daß dann die Preß fügeverbindung zwischen den Blechen mit einem Werkzeug nach dem Stand der Technik praktisch nicht möglich ist, weil die Bleche nicht zusammenhalten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Preßfügewerkzeug der eingangs genannten Art so weiter zubilden, daß mit wesentlich geringerer Druckkraft eine wesentlich bessere Verbindung zwischen Blechen im Preßfügevorgang erreichbar ist.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist die Erfindung durch die technische Lehre des Anspruches 1 gekennzeichnet.

Wesentliches Merkmal der Erfindung ist, daß die Ausnehmung im Preßfügewerkzeug nun im wesentlichen eine von der oberen Eintrittsöffnung nach hinten sich erstreckende Hinterschneidung aufweist, welche sich konvex nach außen wölbt und daß der Stempel im wesentlichen zylindrisch aus gebildet ist.

Mit der gegebenen technischen Lehre ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß durch die Verwendung eines zylindrischen Stempels wesentlich geringere Endformungs kräfte notwendig sind, um diesen Stempel wieder aus der Ausnehmung im Werkzeug herauszuziehen, wenn die Druckfügeverbindung hergestellt wurde.

Durch die Anbringung von ein oder mehreren Hinterschnei dungen im Bereich der Ausnehmung des Werkzeuges ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß das durch Fließpressen verformte Material nun in den Bereich dieser Hinter schneidungen fließt und sich einwandfrei mit dem anderen daraufliegenden Blechmaterial verbindet, so daß eine absolut sichere Preßfügeverbindung erreicht wird.

Hierbei ist wesentlich, daß zur Entformung des Werk zeuges die Matrize mindestens zweigeteilt ist und aus mindestens zwei Backen besteht, welche zusammen die Ausnehmung für den Stempel definieren.

Anstatt der Verwendung von zwei Backen, die über eine Trennfuge miteinander in berührender Verbindung sind, können auch drei oder mehr Backen verwendet werden, unter der Voraussetzung, daß alle Backen zusammen die Ausnehmung für die Matrize bilden.

Für die Ausbildung der Hinterschneidung in der Ausnehmung der Matrize gibt es mehrere Möglichkeiten.

In einer ersten bevorzugten Ausgestaltung ist es vorge sehen, daß die Hinterschneidung ringsum läuft und etwa kreisringförmig ausgebildet ist.

In einer anderen Ausgestaltung ist es vorgesehen, daß in der Draufsicht die Hinterschneidung oval ausgebildet ist, wobei verschiedene Radien für die Ausbildung der Hinterschneidung gewählt werden können.

Mit der gegebenen technischen Lehre der Erfindung wird erreicht, daß nun ein wesentlich besserer Verbund von miteinander zu verbindenden Blechen gewährleistet ist, der sogar dann noch besteht, wenn zwischen den Blechen Fremd körper eingeschlossen sind, wie z. B. ein Ölfilm, ein Lackfilm oder dergleichen mehr.

Durch die Anordnung von Hinterschneidungen im Bereich der Ausnehmung der Matrize erfolgt das Fließpressen des Materials seitlich verdrängend in die Hinterschnei dungen hinein, so daß sich in den Blechen eine pilz förmig sich erweiternde Preßfügeverbindung ergibt, die praktisch nicht nur lösbar ist, auch wenn zwischen den Blechen Fremdkörper eingeschlossen sind.

Wichtig hierbei ist, daß nach Anbringung der Preßfüge verbindung auch das Werkzeug gut entformt werden kann.

Hierzu ist es nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung vorgesehen, daß die aus mehreren Backen bestehende Matrize in einer konisch sich nach oben öffnenden Ausnehmung in einem Werkzeughalter angeordnet ist und daß beim Entformen (d. h. beim nach oben ziehen des Stempels) die Möglichkeit besteht, auch das Werk zeug nach oben zu ziehen, wodurch es aufgrund der Trenn fugen auseinander fällt und hierbei automatisch eine Entformung der Bleche aus der Matrize heraus erfolgt.

Es wurde ebenfalls bei Versuchen herausgefunden, daß nach der Erfindung mit dem verwendeten zylinderischen Stempel, der in eine Ausnehmung in der Matrize nach der Erfindung eindringt, nun wesentlich geringere Druckkräfte erforderlich sind, so daß ein derartiges Preßfügewerkzeug auch für den Handbetrieb geeignet ist. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß für den Druckantrieb des Stempels eine einfache, hand betriebene Schlagbohrmaschine ausreicht, die auf den Stempel wirkt und im Sinne einer nach unten wirkenden vibrierenden Schlagbewegung auf den Stempel wirkt, der dadurch vibrierend in die Ausnehmung in der Matrize eintritt und hiermit die Preßfügeverbindung zwischen miteinander zu verbindenden Blechen herstellt.

Der Erfindungsgegenstand der vorliegenden Erfindung ergibt sich nicht nur aus dem Gegenstand der einzelnen Patentan sprüche, sondern auch aus der Kombination der einzelnen Patentansprüche untereinander. Alle in den Unterlagen, einschließlich der Zusammenfassung, offenbarten Angaben und Merkmale, insbesondere die in den Zeichnungen dargestellte räumliche Ausbildung werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei gehen aus den Zeichnungen und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Erfindung hervor.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisiert im Schnitt ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung;

Fig. 2 die Draufsicht auf die Matrize nach Fig. 1;

Fig. 3 schematisiert die Kontur der Ausnehmung in der Matrize in einem abgewandelten Ausführungs beispiel nach Fig. 1;

Fig. 4 das Werkzeug nach Fig. 1 mit Halterung in einem Halter;

Fig. 5 schematisiert eine Draufsicht von oben auf die Ausnehmung in der Matrize;

Fig. 6 ein gegenüber Fig. 5 abgewandeltes Ausführungs beispiel;

Fig. 7 ein gegenüber Fig. 5 abgewandeltes Ausführungs beispiel.

Das Druckwerkzeug 1 nach der Erfindung besteht im wesent lichen aus einer Matrize 2 und aus einem in Pfeilrichtung 22 und in Gegenrichtung hierzu bewegbaren Stempel 3, der im wesentlichen mindestens in seinem Kopfbereich zylindrisch ausgebildet ist.

Es kann jedoch vorgesehen sein, daß der Stempelkopf auch eine leichte Konusform 24 aufweist, so wie dies in Fig. 1 als Alternative dargestellt ist.

Wichtig ist, daß die Matrize 2 aus ein oder mehreren Backen 4, 5 besteht, wobei im gezeigten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 die Matrize aus zwei Backen 4, 5 besteht, die über eine Trennfuge 6 miteinander in berührender Verbindung stehen. Die Trennfuge 6 er streckt sich durch die Ausnehmung 7 hindurch, welche die Ausnehmung in der Matrize bildet, in welche dann die miteinander zu verbindenden Bleche 25, 26 hinein verdrängt werden.

Wichtig ist, daß ausgehend von der Eintrittsöffnung 9 der Ausnehmung 7 sich nach hinten erstreckende Hinter schneidungen 14 vorgesehen sind, die eine größere Breite 13 definieren, als vergleichsweise die Breite im Bereich der Eintrittsöffnung 9.

Die Begrenzung 8 der Hinterschneidung 14 hat also eine größere Breite, als vergleichsweise die Breite im Bereich der Eintrittsöffnung 9.

Die Bodenfläche 10 kann entweder eben ausgebildet sein, so wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, sie kann aber auch als leicht konvex gekrümmte Bodenfläche 12 gemäß Fig. 3 ausgebildet sein.

Durch die konvexe Ausbildung der Bodenfläche 12 ergibt sich ein weiterer Ring 11 am seitlichen Umfang der Bodenfläche 10, wodurch ein noch besserer Verbund der zu verbindenden Fläche gewährleistet ist. Hiermit wird das Fließverhalten der miteinander zu verbindenden Bleche 25, 26 noch wesentlich verbessert.

Wichtig ist, daß sich ausgehend von der schmäleren Eintrittsöffnung 9 breitere Hinterschneidung 14 in die Ausnehmung hineingehend anschließen, so daß in diese Hinterschneidungen das zu verbindende Blech 25, 26 verdrängt wird. Für die Formgebung der Hinterschneidung 14 gibt es mehrere Möglichkeiten. Eine bevorzugte erste Ausgestaltung sieht nach Fig. 5 vor, daß die Hinter schneidung 14 ringsumförmig als Kreisring verläuft.

Gemäß Fig. 6 ist es jedoch auch vorgesehen, daß die Hinterschneidung etwa oval ausgebildet ist und etwa sich symmetrisch zur Trennfuge 6 erstreckt, während in Fig. 7 die Hinterschneidung 27 mit relativ kleinen Radien wiederum symmetrisch zur Trennfuge 6 ausgebildet ist und hierdurch eine Verdrehung der miteinander verbundenen Bleche 25, 26 verhindert wird.

Gemäß Fig. 4 ist vorgesehen, daß die gesamte Matrize 2 in einer konisch sich nach oben öffnenden Ausnehmung 18 in einem Halter 17 angeordnet ist und daß die Seiten wände der Matrize ebenfalls einen Konus 19 aufweisen, welcher der konischen Ausnehmung 18 angepaßt ist.

Wird nämlich der Stempel 3 in Pfeilrichtung 16 nach oben aus der Ausnehmung 7 herausgezogen, dann wird gleichzeitig auch die Matrize 2 nach oben in Pfeil richtung 16 aus der Ausnehmung 18 im Halter 17 heraus gezogen und gleichzeitig trennen sich damit die Backen 4, 5 im Bereich der Trennfuge 6, so daß eine leichte Entformung der verbundenen Bleche 25, 26 gewährleistet ist.

Wichtig ist im übrigen, daß der Stempel 3 in einem feststehenden Oberteil 20 in einer Bohrung 21 gelagert ist, wo er in Pfeilrichtung 22 vibrierend über eine vorher beschriebene Schlagbohrmaschine angetrieben ist.

Der Antrieb mit einer vibrierenden Schlagbohrmaschine, welche den Stempel nicht dreht, sondern nur vibrierend schlägt, wird ebenfalls in Alleinstellung als erfindungs wesentlich beansprucht.

Als besonderer Vorteil der Erfindung wird hervorgehoben, daß nun auch unterschiedliche Blecharten miteinander verbunden werden können, wie z. B. ein Stahlblech mit einem Lackauftrag, mit einem Aluminiumblech verbunden werden kann. Es kommt trotzdem nicht zu einer Kontakt korrosion, weil die dazwischenliegende Lackschicht die beiden Bleche voneinander trennt und durch den vorher beschriebenen Fließpreßvorgang die beiden Bleche aber dennoch zuverlässig miteinander verbunden sind, so daß mit der vorliegenden Erfindung eine voll ständig neue Verbindungstechnik geschaffen wird. Es kann beispielsweise auf einem aus Stahlblech bestehenden Teil oder Struktur eines Kraftfahrzeuges ein Aluminium teil, z. B. ein Aluminiumkotflügel, Stoßstange, Halter oder dergleichen direkt befestigt werden, ohne daß ein dazwischenliegendes Verbindungselement benötigt wird. Die dazwischenliegende Schicht trennt die beiden Teile elektrisch voneinander, wobei die dazwischenlie gende Schicht auch aus einer Kunststoffolie bestehen kann.

Bezugszeichenliste

1 Druckwerkzeug
2 Matrize
3 Stempel
4 Backe
5 Backe
6 Trennfuge
7 Ausnehmung
8 Begrenzung
9 Eintrittsöffnung
10 Bodenfläche
11 Ring
12 Bodenfläche
13 Breite
14 Hinterschneidung
15 Pfeilrichtung
16 Pfeilrichtung
17 Halter
18 Ausnehmung
19 Konus
20 Oberteil
21 Bohrung
22 Pfeilrichtung
23 Hinterschneidung
24 Konusform
25 Blech
26 Blech
27 Hinterschneidung

Claims

1. Preßfügewerkzeug zum Verbinden von Metallblechen, wobei ein Stempel in die Bleche unter Aufbringung von Druck kräften in eine Ausnehmung einer in einem Werkzeughalter gehaltenen Matrize verpreßt, dadurch gekennzeichnet, daß ein im wesentlichen zylindrisch ausgebildeter Stempel (3) vorhanden ist und die Ausnehmung (7) der Matrize (2) eine von der oberen Eintrittsöffnung (9) sich im wesentlichen nach hinten erstreckende Hinterschneidung (14) aufweist, welche sich in Richtung Eintrittsöffnung (9) konvex nach außen wölbt.

2. Preßfügewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Matrize (2) aus zwei oder mehreren Backen (4) besteht, welche zusammen die Ausnehmung (7) der Matrize (2) definieren.

3. Preßfügewerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Backen (4) über eine Trennfuge (6) miteinander in be rührender Verbindung stehen.

4. Preßfügewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (14) der Matrize (2) ringsum etwa kreisformig symmetrisch ausgebildet ist.

5. Preßfügewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Hinterschneidung (14) der Matrize (2) entlang der Trenn fuge (6) symmetrisch und etwa oval oder ellipsenförmig ausgebildet ist.

6. Preßfügewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aus mehreren Backen (4) bestehende Matrize (2) in einer konisch sich nach oben öffnenden Ausnehmung (18) eines Werkzeughalters (17) angeordnet ist, wobei sich die Matrize (2) nach oben in Pfeilrichtung (16) verschieben läßt und die Backen sich dadurch nach außen bewegen und sich von den verbindenden Blechen (25, 26) lösen.

7. Preßfügewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß für den Druckantrieb des Stempels (3) eine einfache, handbe triebene Schlagbohrmaschine geeignet ist, welche mit einer nach unten wirkenden, vibrierenden Schlagbewegung auf den Stempel (3) wirkt, der dadurch vibrierend in die Ausnehmung (7) der Matrize (2) eintritt und hiermit die Preßfügeverbindung zwischen den miteinander zu verbindenden Blechen (25, 26) herstellt.

8. Preßfügewerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stempel (3) an seinem Kopfende eine leichte Konusform (24) aufweist.

9. Preßfügewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (10) der Matrize (2) eben ausgebildet ist.

10. Preßfügewerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenfläche (10) der Matrize (2) als leicht konvex ge krümmte Bodenfläche (12) ausgebildet ist.