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Patent Searching and Data


Title:
METHOD AND TOOL FOR PRODUCING A PRESS JOINT CONNECTION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2001/076788
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and tool for producing a press joint connection. According to the invention, portions of the radial lateral walls of the matrix opening (3) are configured as flexible displaceable segments, whereas other sections (5), when viewed from the periphery of the matrix opening (3), remain rigidly connected to the die.

Inventors:
Rapp, Eugen (Max-Reger-Strasse 4 Berg, 88276, DE)
Application Number:
PCT/DE2001/001289
Publication Date:
October 18, 2001
Filing Date:
April 04, 2001
Export Citation:
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Assignee:
TOX PRESSOTECHNIK GMBH (Riedstr. 4 Weingarten, 88250, DE)
Rapp, Eugen (Max-Reger-Strasse 4 Berg, 88276, DE)
International Classes:
B21D39/03; B21J13/02; (IPC1-7): B21D39/03
Attorney, Agent or Firm:
Schuster, Gregor (Wiederholdstrasse 10 Stuttgart, 70174, DE)
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Claims:
Verfahren zum Verbinden von Bauteilen Ansprüche
1. Verfahren zum Verbinden von Bauteilen (wie Platten, Bolzen, Muttern odgl.) mit einer Platte (2) unter Bildung einer Durchsetzfügeverbindung bei welchem ein Stempel (1) odgl. Flächenteile der Platte (2) in einer auf der abgewandten Seite derselben angeordnete Matrizenöffnung (3) teilstanzt, tiefzieh oder einpreßt und dabei das Plattenmaterial mittels des Bodens (12) der Matrizenöffnung (3) quer zur Achsrichtung verdrängt, welches danach den stehengebliebenen Teil der Platte (2) für eine Formund/oder kraftschlüssige Verbindung hintergreift, dadurch gekennzeichnet, daß der Materialfluß des quer verdrängten Materials aufgrund über den Umfang der Matrize gesehen unterschiedlichen radialen Widerstandes abwechselnd groß ist, ~ so daß sich eine unterschiedliche Materialbeanspruchung und damit Elastizität desselben ergibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des radialen Widerstandes in bezug auf den Umfang der Matrizenöffnung (3) zentral symmetrisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsetzfügeverbindung durch Hinzufügen von Klebstoffen ergänzt.
4. Werkzeug insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, mit einem Formstempel (1) odgl. und einer eine Sacköffnung (3) mit in Bewegungsrichtung des Formstempels (1) verlaufenden radialen Begrenzungswänden und einem Boden (12) aufweisenden Gesenkmatrize (4,6) und mit einer dem zu verdrängenden Material angepaßten Abmessungen des Volumens von Stempel (1) odgl. und Sacköffnung (3), dadurch gekennzeichnet, daß über den Umfang der Sacköffnung (3) verteilt mehrere Abschnitte der Begrenzungswände als in Wandausnehmungen geführte und radial nachgiebige Segmente (7) ausgebildet sind und daß die dazwischenliegenden Abschnitte (5) der Begrenzungswände unnachgiebig gestaltet sind.
5. Werkzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Segmente (7) der Tiefe der Sacköffnung (3) entspricht.
6. Werkzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß in Ausgangslage (vor dem Fügevorgang) das Volumen des zu verdrängenden Materials etwas größer ist als die Volumina von Sacköffnung (3) abzüglich des Formstempels (1).
7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (7) gegen Federkraft verschiebbar sind.
8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (7) auf einer in den die Segmente (7) aufnehmenden Wandausnehmungen (10) geführt sind, die in einer Ebene mit dem Boden (12) der Sacköffnung (3) seitliche Führungswände aufweisen, welche in der radialen Verschieberichtung der Segmente (7) verlaufen.
9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 48, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Führungswände der Segmente (7) in einer Wandausnehmung (10) an den unnachgiebigen Wandabschnitten (5) parallel zueinander verlaufen.
10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Federkraft eine am Gesenk angeordnet Blattoder Stabfeder dient.
11. Werkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Federn (8,15) in Längsnuten (11) des Gesenkes (6) geführt sind.
12. Werkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn an den Segmenten abgewandten Ende über einen Verbindungsabschnitt einteilig miteinander verbunden sind und im Übergangsbereich zwischen Verbindungsabschnitt (7) und den Einzelfedern (6) eine Kröpfung (9) derselben in Richtung Mantelteile vorhanden ist.
13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt in einer quer zur Antriebsrichtung verlaufenden Teilungsebene der Matrize angeordnet ist.
14. Werkzeug nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt kreuzoder sternförmig ausgebildet ist.
15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung und/oder stirnseitig am Matrizenbodenteil Nuten zur Aufnahme Federn und/oder des Verbindungsabschnitts vorhanden sind.
Description:
VERFAHREN UND WERKZEUG ZUR HERSTELLUNG EINER DURCHSETZFÜGEVERBINDUNG Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Verbinden von Bauteilen wie Platten, Bolzen, Muttern udgl. mit einer Platte unter Bildung einer Durchsetzfügeverbindung nach der Gattung des Hauptanspruchs bzw. einem Werkzeug nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs 4.

Bei einem bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art (DE-OS 35 32 900) wird das aus der Platte in die Matrizenöffnung verdrängte Material aufgrund des Bodens der Matrize radial nach außen an die axialen Wände der Matrizenöffnung verdrängt, wobei dieses verdrängte Material den Rand der durch den Stempel bewirkten Durchgangsöffnung hintergreift und dadurch eine feste Verbindung zwischen Bauteil und Platte bildet. Diese Art der Verbindung wird üblicherweise mit Durchsetzfügeverbindung bezeichnet. Sie ist denkbar für die Verbindung von zwei oder mehr übereinanderliegenden Platten oder aber auch zum Verbinden von Bolzen odgl. an einer oder mehreren Platten, wobei der dabei verwendete sogenannte verlorene Stempel entweder aus weichem verformbarem Material besteht, welches ausreichend hart ist um einen Einpreßvorgang durch die Platte zu bewirken oder der entsprechende radiale Ausnehmungen aufweist, in die sich das verdrängte Plattenmaterial einformen kann.

Der Nachteil dieser sehr schnell und exakt arbeitenden Durchsetzfügeverbindung mit einer Matrize mit unanchgiebigen Begrenzungswänden führt zu Verbindungspunkten begrenzter Elastizität.

Die Erfindung und ihre Vorteile Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs und das erfindungsgemäße Werkzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 hat demgegenüber den Vorteil, daß bei hoher Funktionssicherheit der Herstellung des Verbindungspunktes über Abschnitte desselben eine höhere Elastizitätsverbindung entsteht, so daß die endgültigen technischen Scher-und Kopfzugswerte höher sind als bei dem oben genannten Verbindungspunkt. Vorteilhafterweise wird bei der gewonnenen Elastizität des Verbindungspunktes das hohe Arbeitsvermögen des Verfahrens bzw. des Werkzeuges beibehalten.

Beim Werkzeug besteht zudem der Vorteil, daß die radial nachgiebig nach außen geführten Segmente nach dem Arbeitsgang stets wieder zurück in ihre ursprüngliche Position gelangen. Es sind zwar Werkzeuge bekannt, bei denen die radialen Begrenzungswände der Matrize aus nachgiebigen Abschnitten besteht (DE-OS 44 35 460 und DE-GM 297 00 868) allerdings mit dem Nachteil, daß alle Abschnitte nachgiebig gelagert sind, wodurch sich zwischen den einzelnen Abschnitten Reste des bearbeiteten Materials ablagern können, so daß die Abschnitte nicht mehr in ihre Ausgangslage zurückgelangen, wodurch die angestrebte Verbindungsqualtität nicht erzielbar ist.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verteilung des radialen Widerstandes in bezug auf den Umfang der Matrizenöffnung zentralsysmmetrisch. Hierdurch wird eine gleichmäßige Festigkeit des Verbindungspunktes erzielt.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchsetzfügeverbindung durch Hinzufügen von Klebstoffen ergänzt.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung als Werkzeug nach Nebenanspruch 4 entspricht die Segmenthöhe der Tiefe der Sacköffnung, hierdurch wird erreicht, daß der Boden der Sacköffnung in seiner Ebene erhalten bleibt auch für die durch Nachgeben der Segmente vergrößerte Sacköffnung.

Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist in Ausgangslage (vor dem Fügevorgang) das Volumen des zu verdrängenden Materials etwas größer als die Volumina von Sacköffnung abzüglich des Eindringvolumens des Formstempels.

Der Volumenüberschuß bewirkt das radiale Verschieben der Segmente.

Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente gegen Federkraft verschiebbar. Die Feder kann in unterschiedlichster Weise gestaltet sein, maßgebend ist, daß die Segmente nach dem Arbeitshub und Zurückgehen des Stempels bzw. Herausnahme des Verbindungspunktes aus der Matrizenöffnung wieder in ihre Ausgangslage schnellen.

Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente auf einer dem die Segmente aufnehmenden Ausnehmungen geführt, die in einer Ebene mit dem Boden der Sacköffnung verlaufen und seitliche Führungsbände aufweisen, welche in der radialen Verschiebrichtung der Segmente verlaufen.

Irgendwelche Materialreste werden bei dieser Arbeitsbewegung weggeschoben und ausgeworfen ohne die Gefahr, sich in einem Spalt odgl. funktionshemmend abzulagern.

Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die einander gegenüberliegenden Führungswände der Segmente an den unnachgiebigen Wandabschnitten parallel zueinander.

Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung dienen als Federkraft am Gesenk angeordnete Blatt-oder Stabfedern. Abgesehen davon, daß derartige Federn leicht anbringbar und funktionssicher sind, erfordern sie nur ein geringes Bauvolumen.

Nach einer weiteren zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente in Nuten des Gesenks geführt, wodurch die radialen Abmessungen zusätzlich verringerbar sind.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Federn am den Segmenten abgewandten Ende über einen Verbindungsabschnitt einteilig miteinander verbunden, wobei im Übergangsbereich zwischen Verbindungsabschnitt und den Federn eine Kröpfung derselben in Richtung Mantelteile vorhanden ist.

Hierdurch werden die Segmente besser angebunden und es ist das Federsystem äußerst preiswert herstellbar. Zudem ist die Gefahr von Bruchschäden oder sonstigen Ausfällen stark gemindert.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Verbindungsabschnitt in einer quer zur Antriebsrichtung verlaufenden Teilungsebene der Matrize angeordnet, hierdurch ist es möglich, dass der Verbindungsabschnitt fest in die Matrize eingebunden wird.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist dieser Verbindungsabschnitt kreuz-oder sternförmig ausgebildet, je nachdem, wieviel Federn miteinander verbunden werden sollen.

Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind in Längsrichtung und/oder stirnseitig in der Teilungsebene Nuten zur Aufnahme der Federn und/oder des Verbindungsabschnitts vorhanden. Hierdurch kann als Matrizenwerkzeug eine Baueinheit erzielt werden, die in sich geschlossen ist und dadurch leicht ein- und ausbaubar ist. Ganz abgesehen von der Verminderung von Schäden durch äußere Eingriffe.

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

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist mit Varianten in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 das Werkzeug in Explosionsdarstellung und im Teilschnitt nach I in Fig. 2, Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß II-II in Fig. 1, Fig. 3-5 Varianten des Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In Fig. 1 ist in Explosionsdarstellung ein erfindungsgemäßes Werkzeug dargestellt, nämlich ein Stempel 1 der entsprechend dem Pfeil III für seinen Arbeitshub betätigbar ist und der zwei aufeinanderliegende Platten 2 in eine Öffnung 3 einer Matrize 4 drücken kann. Die Matrize besteht aus feststehenden Abschnitten 5 eines Gesenkes 6 sowie aus axial nach außen schiebbaren Segmenten 7, die durch Blattfedern 8 in die gezeigte Ausgangslage geschoben sind. Die Blattfedern 8 sind über Schrauben 9 an dem Gesenk 6 befestigt und sind in einer Längsnut 11 des Gesenkes 6 angeordnet. Die Öffnung 3 ist nach unten durch einen Boden 12 begrenzt, der vom Gesenk 6 gebildet wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Segmente 7 zwischen den feststehenden Abschnitten 5 des Gesenkes 6 radial verschiebbar geführt, wofür Führungswände-13 an den feststehenden Abschnitten 5 der Matrize dienen. Bei dem Verschieben gleiten die Segmente 7 auf dem Boden 12 der Sacköffnung 3. Bei dieser Bewegung werden die Segmente 7 entsprechend dem Ausweichhub IV verschoben.

Die Durchsetzfügeverbindung erfolgt dadurch, daß nachdem die Platten 2 auf das Gesenk 6 aufgelegt sind, durch den Stempel 1 entsprechende Flächenteile in die Sacköffnung 3 bis auf den Boden 12 derselben tiefgezogen werden, um danach gequetscht zu werden, so daß Material radial nach außen an die feststehenden Abschnitten 5 sowie die Segmente 7, die die radiale Wand der Sacköffnung 3 bilden, geschoben werden. Während das verdrängte Material bei den feststehenden Abschnitten 5 der Matrize 4 zurückgehalten werden, wird dazwischenliegendes Material gegen die verschiebbaren Segmente 7 verdrängt, welche nachgeben, so daß das Material nachfließen kann. Hierdurch entsteht wie eingangs beschrieben eine unterschiedliche Struktur des Verbindungspunktes.

In Fig. 3 ist eine Variante des Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem die Blattfeder 8'bei 13 mit dem Gesenk und bei 14 mit dem Segment 7 verschweißt ist. Hierdurch ist eine feste Anbindung vor allem des Segmentes 7'an das Werkzeug gegeben.

In Fig. 4 ist eine zweite Variante dieses Ausführungsbeispiels dargestellt, bei dem statt einer Blattfeder 8'ein Federstab 15 verwendet wird, der in entsprechende Bohrungen 16 des Gesenkes 6 bzw. 17 des Segmentes 7 gesteckt ist.

Während bei dem in Fig. 2 dargestellten Gegenstand vier Segmente 7 vorgesehen sind, weist die Variante nach Fig. 5 nur zwei derartige bewegliche Segmente 7 auf. Entsprechend sind die feststehenden Abschnitte 5'dieser Matrize breiter ausgebildet. Entsprechend ist auch die Struktur des Verbindungsknotens anders.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale'können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszahlenliste 1 Stempel -2Platten 3 Öffnung 4 Matrize 5 Abschnitte 6 Gesenk 7 Segment 8 Blattfeder 9 Schrauben 10 Wandausnehmungen 1 1 Längsnut 12 Boden 1 3 Verschweißung 1 4 Verschweißung 15 Federstab 16Bohrung 17 Bohrung Schnitt in Fig. 2 II Schnitt in Fig. 1 III Arbeitshub IV Ausweichhub