Bei einem bekannten Verfahren bzw. einer bekannten Vorrichtung und Werkzeugeinheit der gattungsgemäßen Art (EP- PS 0 215 449) werden beim Durchsetzfügen zuerst die Plattenteile durch den Stempel in die Tiefziehöffnung hineingezogen, wonach das erste Flächenteil auf die Bodenfläche der Tiefziehöffnung stößt, um danach bei fortgesetztem Preßvorgang des Stempels radial verquetscht und entsprechend auch verdünnt zu werden. Entsprechendes geschieht mit dem zweiten bzw. darüberliegenden Flächenteil, wobei der radiale Fließvorgang des verquetschten Materials der Flächenteile durch die radiale Begrenzung der Tiefziehöffnung begrenzt wird, mit der Folge, daß eine Durchsetzfügung stattfindet, d. h. dal3 das oberste Flächenteil in seinem verformten Endzustand die unterste Platte bzw. die beim Tiefziehvorgang sich ergebende Öffnung hintergreift.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zum Durchsetzfügen bzw. einer entsprechenden Vorrichtung ist gegenüber der Stirnseite des Stempels ein die Bodenfläche bildender Amboß angeordnet, wohingegen die radiale Begrenzung der Tiefziehöffnung durch nachgiebige Matrizenteile gebildet wird.

Sobald die Flächenteile zwischen Stempel und Bodenfläche auseinanderfließen drückt das verdrängte Material die nachgiebigen Matrizenteile auseinander, bei gleichzeitiger Formung des Randbereichs (GB 2 069 394 und DE-GM 297 00 868). Der Amboß kann je nach Stand der Technik auch für den ersten Teil des Tiefziehvorganges in Hubrichtung nachgiebig gelagert sein.

Dadurch, daß das erste Flächenteil aufgrund seiner unteren Lage beim Tiefziehen am stärksten verdünnt wird und da beim darauffolgenden Quetschen die unmittelbare Angriffsfläche auf der Unterseite des ersten Flächenteils vorhanden ist, wird dieses unterste Flächenteil nicht nur stark verdünnt, sondern das beim Quetschen radial wegfließende Material behindert die radiale Ausdehnung der darüberliegenden Flächenteile. Dies wirkt sich nachteilig auf die"Kopfzugqualität"und die"Scherqualität"des Verbindungspunktes aus. Außerdem kann dadurch die Qualität der einzelnen Verbindungspunkte voneinander abweichen bzw. die Qualität der Verbindung kann von Blechdickenschwankungen bei der Materialqualität der Bleche oder auch bei Schwankungen der Oberflächenqualität der Bleche des Werkzeuges bzw. deren Beölung abhängen.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. Werkzeugeinheit mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1, Anspruchs 10 oder Anspruchs 18 haben demgegenüber den Vorteil einer erheblichen Verbesserung der Scher-und Kopfzugswerte bis um über 50% und vor allem auch eine wesentliche Verminderung der Qualitätsunterschiede und damit eine größere Unabhängigkeit von Schwankungen bei Blechdicken, Materialqualität, Oberflächenbeschichtung und/oder Beölung. Die Grenze der Produkthaftbarkeit kann wesentlich hochgesetzt werden, wobei insgesamt eine deutlich haltbarere und robustere, produktionssicherere Verbindung entsteht. Dies gilt besonders auch für das Verbinden von Platten unterschiedlicher Härte oder auch unterschiedlichen Materials. Aufgrund der Erfindung wird beim Quetschvorgang das radiale Fließen des ersten Flächenteils behindert, wodurch die radialen Freiräume länger offen bleiben und in diese Freiräume das gequetschte Material des zweiten oder weiteren Flächenteils hineinfließen kann. Hierdurch entsteht eine stärkere Hintergreifung und dadurch eine entsprechend stärkere Verbindung.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt nach dem Quetschvorgang die Oberfläche des Bodenbereichs der Flächenteile außerhalb der Plattenebene, welche durch die Unterseite der aufeinanderliegenden Platten, also der ersten Platte gebildet wird. Hierdurch besteht insbesondere ausreichend Freiraum, der durch fließendes Material gefüllt werden kann. Natürlich würde auch eine Verbindung entstehen, wenn nicht alle Flächenteile bis unterhalb der ersten Platte tiefgezogen würden.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Volumen der Tiefziehöffnung in und quer zur Pressrichtung unveränderbar, wobei während des Quetschvorgangs die Längs-sowie Querausdehnung der tiefgezogenen Flächenteile unnachgiebig begrenzt wird und wobei eine in Tiefziehöffnung verlaufende Randfläche entsteht (EP-PS 0 215 449).

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Volumen der Tiefziehöffnung während des Quetschvorgangs in Längs-und/oder Querrichtung vergrößerbar (GB-PS 2 069 394). Maßgebend für die Behinderung des Nachaußenfließens während des Quetschvorgangs ist, daß bei diesem Quetschvorgang der Amboß bzw. die Bodenfläche der Tiefziehöffnung radial unverrückbar steht.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Behinderung des radialen Nachaußenfließens in mindestens zwei einander abgewandte Querrichtungen, so daß wiederum quer zu dieser Behinderungsrichtung der Nachaußenfluß unbehindert ist. Dies kann bei manchen Verbindungspunkten von Vorteil oder sogar erforderlich sein, beispielsweise wenn es sich um eine balkenförmige Verbindung handelt oder wenn durch den Stempel der Quetschvorgang unsymmetrisch beeinflußt wird.

Nach einer weiteren diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Behinderung in zwei Querrichtungen, die einen Winkel von 90° einschließen. Besonders bei achssymmetrischen Ausbildungen ergibt sich dadurch eine weitgehend gleichmäßige Behinderung des Nachaußenfließens in Bezug auf den Umfang leicht ungleichmäßiger Fließmengen.

Nach einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Behinderung des radial Nachaußenfließens mittels durchgehenden oder abgesetzten konzentrischen Kreisen oder zentral symmetrischen Ovalen, wobei der Grad der Behinderung der Gestaltung des Verbindungspunktes angepaßt werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden durch den Stempel das zweite bzw. weitere Flächenteil an zwei radial einander abgewandten Tiefziehabschnitten stark verdünnt und gegebenenfalls getrennt, ohne Durchtrennen des ersten Flächenteils und wobei durch den Stempel die gequetschten Abschnitte hintergreifend verformt werden.

Während bei dem verdünnten Teil eine günstige, weniger Materialspannungen aufweisende Verkrallung für die Plattenverbindung stattfindet, werden in den unverdünnten Bereichen eine Verstärkung des Halses erzielt..

Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung besteht die erste und dritte Platte aus Metall und die dazwischen liegende zweite Platte aus Kunststoff.

Bei einer den Nebenanspruch 10 betreffenden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Vertiefungen als konzentrische oder zentralsymmetrische Stirnnuten ausgebildet, die durchgehend und/oder versetzt zueinander angeordnet sind.

Maßgebend ist hierbei, dal3 die zur Bodenfläche hin vorhandenen scharfkantigen Stirnkanten in die ihnen zugewandte Fläche des ersten Flächenteils eingreifen können.

Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Vertiefungen als Längsnuten ausgebildet mit parallelen und/oder sich kreuzenden Stirnkanten.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Tiefziehöffnung im Gesenk in radialer und axialer Richtung als Sacköffnung (Matrize) ausgebildet, deren Seitenwände in Bewegungsrichtung des Formstempels verlaufen und wie der Boden der Sacköffnung unnachgiebig sind (EP-PS 0 215 449).

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Randbereich des Bodens der Sacköffnung eine umlaufende Sicke vorhanden, die einen sich nach oben erweiterten Keilquerschnitt aufweist. Diese Sicke ist geeignet, verquetschtes Material aufzunehmen, jedoch nicht das radiale Fließen zu verhindern.

Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Formstempel eine rechteckige Stirnfläche auf. Wird von einem runden Querschnitt des Formstempels im übrigen ausgegangen, so ergibt sich die rechteckige Form durch keilartiges Abflachen auf der Arbeitsseite des Formstempels. Die rechteckige Stirnfläche kann sich jedoch auch durch leistenförmige Ausbildung des Formstempels ergeben.

Nach einer weiteren diesbezüglichen Ausgestaltung der Erfindung wird die Stirnfläche durch erste Kanten an zwei einander abgewandten Enden der in Tiefziehrichtung verlaufenden Mantelfläche und durch zwei rechtwinklig dazu verlaufenden aber schräg zur Tiefziehrichtung verlaufenden Flächen gebildet.

Nach einer diesbezüglichen weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Kanten als Tiefziehkanten ausgebildet.

Nach einer die Werkzeugeinheit nach Nebenanspruch 19 betreffenden vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung verhindert der Abstand zwischen Mantelfläche des Stempels und Wand der Tiefziehöffnung sowohl in Tiefziehrichtung als auch in Querrichtung während des Tiefzieh-und Quetschvorgangs ein Zertrennen des ersten Flächenteils.

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

Vier Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1-3 Stempel und Matrize des ersten Ausführungsbeispiels in Ansicht, Teilschnitt und Draufsicht, Fig. 4-6 das zweite Ausführungsbeispiel anhand der Matrize entsprechend dargestellt, Fig. 7-9 das dritte Ausführungsbeispiel anhand der Matrize entsprechend dargestellt und Fig. 10 u. 11 das vierte Ausführungsbeispiel anhand des Formstempels in der Seitenansicht.

In Fig. 1 ist die erfindungsgemäße Werkzeugeinheit für das Durchsetzfügen zum Verbinden dünner Platten dargestellt mit einem zylindrischen Formstempel 1, an dem ein ebenfalls zylindrischer Arbeitszapfen 2 kleineren Durchmessers angeordnet ist, der mit einer Tiefziehöffnung 3 zusammenwirkt, welche in einer Matrize 4 angeordnet ist. Diese Werkzeugeinheit ist in einer nicht dargestellten Presse angeordnet, wobei der Formstempel 1 entsprechend dem Doppelpfeil I hin-und herbewegt wird und bei einem Abwärtsweg Flächenteile von nur gestrichelt angedeutet einer ersten Platte 5 und einer zweiten darüberliegenden Platte 6 in die Tiefziehöffnugn 3 zuerst hineinzieht und danach diese Flächenteile nach Aufliegen der entsprechenden Abschnitte der ersten Platte 5 auf der Bodenfläche 7 der Tiefziehöffnung 3 quetscht, wodurch das gequetschte Material radial nach außen bis an die zylindrische Wand 8 der Tiefziehöffnung 3 verdrängt wird. Sowohl die Bodenfläche als auch die Wand 8 sind unnachgiebig gestaltet, so daß das verdrängte Material der tiefgezogenen Flächenteile eine hintergreifende lidartige Verbindung miteinander eingehen. Am Übergang zwischen Bodenfläche 7 und Wand 8 ist eine Ringsicke 9 angeordnet.

In der Bodenfläche 7 ist erfindungsgemäß eine Längsnut 11 angeordnet, welche zur Bodenfläche 7 hin Stirnkanten 12 aufweist, die verhältnismäßig scharf sind, so daß beim Tiefziehvorgang und bereits zu Beginn des Quetschvorgangs die dieser Längsnut 11 zugewandte Seite der ersten Platte 5 bzw. des tiefgezogenen Flächenteils derselben mindestens teilweise in die Längsnut 11 hereingedrängt wird, so daß beim fortgesetzten Quetschvorgang das radiale Auseinanderfließen des gequetschten Materials im Bereich quer zu dieser Längsnut 11 behindert wird. Aufgrund dieser Behinderung bilden sich im Randbereich der Tiefziehöffnung vom verdrängten Material nicht gefüllte Freiräume, die durch das verdrängte Material der zweiten Platte 6 ausgefüllt werden. Aufgrund dieser Behinderung des radialen Auseinanderfließens während des Quetschvorgangs und damit der Verbesserung des Fließens der gequetschten Flächenteile der zweiten Platte, ist der hintergreifende Materialfluß und damit die Festigkeit des sich daraus ergebenden Verbindungspunktes besonders günstig.

In Fig. 2 ist die Matrize 4 wie in Fig. 1 im Längsschnitt aber um 90° verdreht dargestellt. In Längsrichtung der Längsnut 11 erfolgt entsprechend keine Behinderung des radialen Auseinanderfließens.

In Fig. 3 ist die Matrize 4 in der Draufsicht dargestellt, nämlich aus Sicht des Formstempels 1.

In Fig. 4,5 und 6 ist das zweite Ausführungsbeispiel diesmal nur anhand der Matrize 4 dargestellt, wobei in der Bodenfläche 7 der Tiefziehöffnung 3 zwei sich kreuzende Längsnuten 13 und 14 vorgesehen sind. Entsprechend wird das radiale Fließen des gequetschten Materials nunmehr in zwei einen rechten Winkel einschließenden Querrichtungen erzielt.

Bei dem in Fig. 7,8 und 9 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel wird die Behinderung des radialen Auseinanderfließens des gequetschten Materials durch eine zentrale Sacköffnung 15 erreicht, mit einer kreisförmigen Stirnkante 16, die beim Quetschen entsprechend in das Plattenmaterial eingreift. Statt nur einer Sacköffnung mit kreisförmiger Stirnkante könnten auch mehrere Ringnuten vorgesehen sein.

In den Fig. 10 und 11 ist als viertes Ausführungsbeispiel ein Formstempel 16 dargestellt, der an sich zylindrisch ist, aber dessen Arbeitszapfen 17 sich in seinem unteren Abschnitt keilartig verjüngt. Hierdurch wird auf der unteren Stirnseite eine rechteckige Arbeitsfläche 18 gebildet. Diese Arbeitsfläche 18 schließt auf zwei Seiten an Schrägflächen 19 an und auf den anderen beiden einander abgewandten Seiten an die Mantelfläche 21 des Arbeitszapfens 17 wodurch Tiefziehkanten 22 entstehen.

Für das Bilden von den Verbindungspunkten ist der Weg des Formstempels und die Plattendicken bzw. die Tiefziehöffnung so aufeinander abgestimmt, daß aufgrund der Tiefziehkanten 22 zwar in dem Bereich, in dem diese wirken, die Flächenteile der zweiten Platte oder darüberliegenden Platte stark verdünnt oder getrennt werden, hingegen die Flächenteile, die durch die Schrägflächen 19 und insbesondere die Rechteckfläche 18 gequetscht werden, ein radiales Nachaußenfließen des Materials bewirken. Dieser Formstempel kann erfindungsgemäß kombiniert werden mit den oben beschriebenen das radial Außeinanderfließen des Materials behindernden Matrizen.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander e r f i n d u n g s w e s e n t 1 i c h s e i n.

Bezugszahlenliste 1 Formstempel 2 Arbeitszapfen 3 Tiefziehöffnung 4 Matrize 5 erste Platte 6 zweite Platte 7 Bodenfläche 8 Wand 9 Ringsicke 10 1 1 Längsnut 12 Stirnkanten 1 3 Längsnuten<BR> 1 4 Längsnuten<BR> 1 5 S acköffnung 16 Formstempel 17 Arbeitszapfen 1 8 Arbeitsfläche<BR> 1 9 S chrägflächen 20 21 Mantelfldche 2 2 Tiefziehkanten