DE69301228T2 - Verfahren zum Verbinden aufeinanderliegender Bleche und Werkzeugsatz zur Herstellung solcher Verbindung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Verbinden übereinanderliegender Metallbleche durch lokale plastische Deformation derart, daß eine Verklammerungsverbindung gebildet wird.
• Ein typisches Verfahren dieser Art ist in U.S. Patent 4,601, 090 offenbart und insbesondere in dessen Fig. 8, 9 und 11 bis 15. Ein vorbestimmtes Volumen von Blechmaterial wird mittels entsprechender Werkzeuge in einer Richtung generell senkrecht zu den Blechoberflächen verlagert. Der so gebildete Vorsprung wird dann gequetscht, was bewirkt, daß das Metallmaterial seitlich kalt fließt, wodurch die Verklammerungsverbindung gebildet wird. Das so hergestellte Verbindungselement ragt nach wie vor über die Blechfläche hinaus. Es solcher Fortsatz wird oft als Nachteil unter funktionellen und ästhetischen Gesichtspunkten angesehen.
• In einem Ansatz, diesen Nachteil zu überwinden, schlägt das Dokument EP-A-284 902 ein Verfahren und eine Vorrichtung vor für das Verbinden überlagerter Metallbleche durch lokale plastische Deformation derart, daß eine Verklammerungsverbindung gebildet wird. Als erstes wird ein vorbestimmtes Volumen des Blechmaterials aus den Ebenen der Bleche heraus verlagert und gequetscht zum Erzeugen des seitlichen Kaltfließens des Materials, wodurch eine Verklammerungsverbindung gebildet wird. In einem zusätzlichen Schritt wird die Verklammerungsverbindung in die Vertiefung zurückverlagert, die durch die erste Verlagerung gebildet worden war. Die Vorrichtung umfaßt ein erstes Werkzeug einschließlich eines Klemmgliedes und eines Stempelgliedes und ein zweites Werkzeug einschließlich eines Klemmgliedes und eines Stempelgliedes. Im Betrieb verdrängt und quetscht das Stempelglied des ersten Werkzeuges ein vorbestimmtes Volumen gegen das Stempelglied des zweiten Werkzeuges. Danach wird das Stempelglied des ersten Werkzeuges zurückgezogen und das Stempelglied des zweiten Werkzeuges wird betätigt zum Zurückverlagern des gequetschten Materials.
• Die Erfindung zielt ab auf das verbesserte Aussehen der Verbindung infolge der Tatsache, daß das Verklammern der Bleche innerhalb des Volumens erfolgt, das begrenzt wird durch die freiliegenden äußeren Blechoberflächen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel erreicht durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 bzw. einen Werkzeugsatz gemäß Anspruch 8.
• Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf diese erläutert. Es ist festzuhalten, daß die Zeichnungen hergestellt wurden unter Verwendung von polierten Schnitten durch die Verbindungen der beiden Bleche, erzeugt gemäß der Lehre der Erfindung und deshalb der Realität sehr nahekommen. Alle Zeichnungsfiguren zeigen Querschnitte der Verbindungsbereiche; die Werkzeuge sind nur in Fig. 1 und 2 schematisch angedeutet.
• Fig. 1 zeigt die erste Phase des Verfahrens in einer ersten Variante,
• Fig. 2 illustriert die zweite Phase desselben,
• Fig. 3 zeigt die erste Phase einer zweiten Variante,
• Fig. 4 illustriert die zweite Phase derselben,
• Fig. 5 zeigt die erste Phase einer dritten Variante,
• Fig. 6 zeigt die zweite Phase derselben, und
• Fig. 7 zeigt die dritte Phase derselben.
• In den dargestellten Ausführungsformen werden zwei Metallbleche 10, 12 verbunden. Das Verfahren ist jedoch nicht auf zwei Bleche beschränkt. Darüber hinaus sind die Bleche 10 und 12 mit gleichen Dicken dargestellt, doch ist auch dies nicht zwingend. Darüber hinaus wird angenommen, daß die zu erzeugenden Verbindungen in Draufsicht kreisrund sind, so daß die aktiven Werkzeugseiten ebenfalls kreisrunde Querschnittsformen haben müssen. Andere Verbindungsformen können jedoch erzeugt werden, und der Freiraum 28 braucht nicht einmal in sich selbst geschlossen zu sein, sondern kann beispielsweise aus zwei kurzen geraden parallelen Kanälen bestehen. Die rechteckige Querschnittsform des Freiraums kann ebenfalls modifiziert werden.
• In allen Ausführungsformen ragt der Verbindungsknopf nur mit sehr geringer Höhe über die Blechoberfläche oder -oberflächen hinaus. Darüber hinaus erfolgt in allen Ausführungsformen die eigentliche Verbindungswirkung innerhalb eines Raumes, der begrenzt wird durch die äußeren Oberflächen der beiden Metallbleche.
• In Fig. 1 und 2 ist ein Werkzeugsatz angedeutet, umfassend ein Oberwerkzeug 16 und ein Unterwerkzeug 18. Es ist jedoch festzuhalten, daß diese Bezeichnungen nur dazu dienen, die beiden Werkzeuge voneinander zu unterscheiden: der Werkzeugsatz arbeitet ebenso gut wenn er umgedreht wird oder in irgendeiner anderen Position. Darüber hinaus wird angenommen, daß die Verbindung in einer einzigen Arbeitsstation gebildet wird, doch ist dies nicht zwingend: Zwei aufeinanderfolgende Stationen könnten vorgesehen werden, jeweils eine für einen jeweiligen Verfahrensschritt. Die vorstehenden Bemerkungen gelten für alle hier offenbarten Ausführungsformen.
• Indem nun auf Fig. 1 eingegangen wird, so ist dort ein erster Schritt einer ersten Variante illustriert. Als erstes werden die zwei Bleche 10, 12 zwischen einem oberen Klemmgliedabschnitt 20 des Werkzeugs 16 und einem unteren Klemmglied 24 des Unterwerkzeugs 18 geklemmt. Danach wird das obere Stempelglied 22 mittels nicht gezeigter Mittel in Richtung des Bleches 10 geschoben, um in dieses einzudringen unter Bildung einer kreisringsförmigen Eintiefung, welche den Freiraum 28 bildet, wenn das obere Stempelglied 22 zurückgezogen wird. Das verdrängte Material bewirkt ein Ausbeulen der umgebenden Blechabschnitte wie dargestellt. Es ist festzuhalten, daß kein Hinterschnitt oder Formschluß zwischen den Blechen 10 und 12 in dieser Stufe bewirkt wird.
• Ein solcher Formschluß wird jedoch in dem zweiten Schritt erzeugt, der in Fig. 2 dargestellt ist. Ein Unterstempelglied 20, das in dem ersten Schritt bündig war mit dem unteren Klemmglied 24, wird in Richtung des Bleches 12 verlagert und dringt in das letztere ein. Es ist festzuhalten, daß das zylindrische untere Stempelglied einen Durchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Innendurchmesser des rohrförmigen oberen Stempelglieds 22. W2hrend dieses zweiten Schrittes liegen die oberen Glieder 20, 22 bündig mit ihren dem Blech 10 zugekehrten Stirnseiten. Das untere Klemmglied 24 kann geringfügig nachgeben, um Platz zu schaffen für das Ausbeulen des Bleches 12. Der Volumenabschnitt der Bleche 10, 12 innerhalb des Freiraums 28 wird gequetscht, das Metall fließt in seitlicher Richtung und bildet den Verklammerungsformschluß. Es ist festzuhalten, daß nach Rückziehen der Werkzeuge die Verbindung bündig ist mit der oberen oder äußeren Oberfläche des Bleches 10.
• In der Ausführungsform nach Fig. 3 und 4 wird während des zweiten Schrittes das untere Klemmglied 24 stationär gehalten, während das obere Stempelglied 22 zusammen mit dem Abschnitt des oberen Klemmgliedes, von dem es umgeben ist, geringfügig nachgeben kann, so daß, wenn einmal die Verbindung gebildet ist, die Ausnehmung 32 bündig ist mit den umgebenden Abschnitten des Bleches 12, während der Vorsprung auf der Seite des Bleches 10 gebildet wird.
• Die Ausführungsform nach Fig. 5, 6 und 7 umfaßt drei Schritte. In einem ersten in Fig. 5 dargestellten Schritt wird eine topfförmige Einsenkung gebildet, womit die äußere Begrenzung des zu bildenden Freiraums definiert wird. In einem zweiten Schritt wird ein zentraler Abschnitt 34 des "Topfbodens" zurückverlagert mittels eines unteren Stempelglieds (nicht dargestellt), wodurch die innere Begrenzung des Freiraums 28 (Fig. 6) definiert wird, bis der Abschnitt des Bleches 10 über dem Abschnitt 34 auf das obere Klemmglied (nicht dargestellt) trifft. Eine weitere Verlagerung des unteren Stempelgliedes quetscht die Bleche zur Bildung des Formschlusses der in Fig. 7 dargestellt ist. Es ist festzuhalten, daß sehr flache Vorsprünge auf beiden Seiten der Verbindung verbleiben.

Claims (9)

1. Ein Verfahren für das Verbinden von übereinanderliegenden Metallblechen (10, 12) durch lokale plastische Deformation derart, daß eine Formschlußverbindung gebildet wird, welches Verfahren die Schritte umfaßt:

(a) eine Einsenkung (28) wird in einer der Oberflächen der übereinanderliegenden Bleche durch lokale plastische Deformation erzeugt, welche Einsenkung mindestens teilweise ein Volumen der übereinanderliegenden Bleche umschließt, in welchem eine Verbindung herzustellen ist, derart, daß die Einsenkung (28) das Volumen in mindestens einer Richtung begrenzt,

(b) Quetschen des Volumens zum Bewirken seitlichen Kaltflusses seines Materials in die Einsenkung hinein, wo die Formschlußverbindung gebildet wird.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Einsenkung als ein Kanal ausgebildet wird.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Einsenkung als eine in sich geschlossene Schleife gebildet wird.

4. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine Mehrzahl von voneinander getrennten Einsenkungen gebildet wird.

5. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung bündig mit einer äußeren Blechoberfläche ausgebildet wird.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Verbindung im wesentlichen bündig mit beiden äußeren Blechoberflächen ausgebildet wird.

7. Das Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt (a) umfaßt:

(a1) Verlagern eines vorbestimmten ersten Blechvolumens im wesentlichen senkrecht zu einer von den Blechen definierten Ebene, wodurch eine äußere Begrenzung der Einsenkung definiert wird,

(a2) Zurückverlagerung eines vorbestimmten zweiten Blechvolumens innerhalb der äußeren Begrenzung, wodurch eine innere Begrenzung der Einsenkung gebildet wird.

8. Ein Werkzeugsatz für das Erzeugen einer Verbindung entsprechend dem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, welcher Werkzeugsatz eine erste Matrize (16) und eine zweite Matrize (18) umfaßt,

welche erste Matrize ein erstes Klemmglied (20) umfaßt, ausgebildet zum Aufsitzen auf einer ersten äußeren Oberfläche der Bleche (10, 12), und ein erstes Stempelglied (22) umfaßt, ausgebildet zum Eindringen in die Bleche von der genannten ersten äußeren Oberfläche derselben aus, welches erste Stempelglied (22) geeignet ist für das Erzeugen der Einsenkung (28),

welche zweite Matrize ein zweites Klemmglied (24) umfaßt, ausgebildet zum Aufsitzen auf einer zweiten äußeren Oberfläche der Bleche gegenüber der ersten äußeren Oberfläche und zweites Stempelglied (26) umfaßt, ausgebildet zum Eindringen in die Bleche von der zweiten äußeren Oberfläche derselben, welche Anordnung derart ist, daß im Betrieb Blechmaterial zwischen dem zweiten Stempelglied und dem ersten Matrizenklemmglied und seinem zurückgezogenen ersten Stempel gequetscht wird unter Bewirken seines Fließens in die Einsenkung hinein.

9. Der Werkzeugsatz nach Anspruch 8, bei dem das erste Stempelglied (22) rohrförmig ist, wodurch eine im wesentlichen kreisrunde Einsenkung gebildet wird, und bei dem das zweite Stempelglied (26) zylindrisch ist mit einem Durchmesser der kleiner ist als ein Innendurchmesser des ersten Stempelglieds (22).