WERKZEUG ZUM MECHANISCHEN VERBINDEN VON PLATTEN Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug zum mechanischen Bearbeiten von Platten, zu deren Miteinanderverbinden (Durchsetzfügen odgl.), Pressen, Stanzen odgl., mit einem Stempel und einer Matrize nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Bei einem üblichen, dem Durchsetzfügen dienenden Werkzeug der gattungsgemäßen Art (DE-PS 3710929), weist der Stempel einen Zapfen kleineren Durchmessers auf, durch den miteinander zu verbindende Platten in eine Sackbohrung einer Matrize tiefgezogen und zerquetscht werden, um so eine feste Verbindung zwischen den Platten zu erzielen. Es sind auch andere gattungsgemäße Verfahren bekannt, bei denen aus Stempel und Matrize bestehende Werkzeuge eingesetzt werden, die zum Pressen, Stanzen odgl. von Platten dienen, u. a. auch zum Verbinden von Teilen an Platten (DE-OS 19913695).

Es ist auch bekannt, bei einer Fügeverbindung stempelseitig und/oder matrizenseitig die Werkzeuge d. h. Stempel und Matrize stark abzukühlen, um dadurch auch Platten miteinander verbinden zu können, die zumindest teilweise aus Polymeren bestehen oder Polymere enthalten (DE-OS 19752201). Hierdurch wird bei der Verarbeitung von Platten aus viskoseelastischen Werkstoffen, wie Polymeren, Kautschuk usw. mit anderen Werkstoffen, wie beispielsweise Metall, erreicht, dass ähnliche physikalische Vorraussetzungen bestehen, die dann eine solche Verbindung ermöglichen. Derartige mehrteilige Werkzeuge sind natürlich aufwendig und werden nur bei entsprechendem Zweck bzw. entsprechender Notwendigkeit eingesetzt.

Bei einem anderen bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art (DE-OS 10006789), wird besonders auf die Aufnahme des Werkzeuges, also des Stempels oder der Matrize, in der Werkzeugaufnahme der Werkzeugmaschine geachtet, mit dem Ziel einer günstigen Auswechslung dieser Werkzeuge, wofür eine entsprechende radiale Verschiebbarkeit vorgesehen ist.

Grundsätzlich, aber auch in all diesen Fällen, werden die unmittelbar vom Bearbeitsvorgang betroffenen Werkzeugabschnitte besonders beansprucht. Die Standzeit der dabei eingesetzten Werkzeuge entspricht dem Einsatz und den Anforderungen des Werkzeugmaterials und ist in vielen Fällen unbefriedigend niedrig. Um den geltenden Standard zu erreichen, ist der Aufwand für die Herstellung der Werkzeuge sehr hoch, da diese eine entsprechende Härte im beanspruchten Bereich aufweisen müssen. Andererseits können solche Härten zum Brechen des Werkzeugs führen, besonders dann, wenn eine oft erforderliche erhebliche Längserstreckung quer zur Arbeitsrichtung desselben gegeben ist. Wegen der Halterung ist zudem eine Mindestlängserstreckung in Arbeitsrichtung erforderlich, d. h., dass aufgrund dieser Gegebenheiten Stempel und Matrize, bei einer solchen für eine hohe Standzeit erforderlichen Härte, eine gewisse Bruchneigung aufweisen, wobei ein solcher Bruch verheerende Folgen haben kann. Besonders dann, wenn das Werkzeug in der Serienproduktion bei der Verbindung von Blechen bei Kraftfahrzeugen eingesetzt wird, haben solche Mängel verheerende Folgen. Angestrebt ist somit stets ein Werkzeug mit optimaler Lebensdauer, bei äußerst günstiger Härte und nur geringer Bruchneigung.

Die Erfindung und Ihre Vorteile Das erfindungsgemäße Werkzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat dem gegenüber den Vorteil, dass nur der Teil, der tatsächlich für die Bearbeitung erforderlich ist, nämlich der Einsatzteil die gewünschte Härte aufweist und aufgrund seiner Ausgestaltung weniger oder keine Bruchbeanspruchung erfährt, während der andere Teil, nämlich der Aufnahmeteil, entsprechend seinem Zweck aus weicherem und elastischeren Material bestehen kann. Trotz der Zweiteilung von jeweils Stempel und/oder jeweils Matrize ist der Herstellungsaufwand des Werkzeugs, insbesondere in Abwägung des oben beschriebenen Risikos, günstiger als beim vergleichbaren Stand der Technik. Hinzu kommt, dass die besonders die Arbeitskräfte übertragenden Querschnitte von Stempel und/oder Matrize größer sind, als die Querschnitte, die der eigentlichen Plattenbearbeitung ausgesetzt sind, so dass bei der Erfindung vorteilhafterweise zur Kraftübertragung größere Querschnitte aus elastischerem Material vorhanden sind und zur eigentlichen Plattenbearbeitung kleinere Querschnitte dienen, mit entsprechender Werkzeughärte.

Je nach Art des Werkzeugs kann die Erfindung entweder auf der Stempelseite oder auf der Matrizenseite, oder auf beiden Seiten, Anwendung finden.

Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Stempel und/oder Matrize quer zur Antriebsrichtung (zur Arbeitsrichtung) geteilt ausgebildet, um dadurch einen ausreichenden Formschluss bzw. damit gegebenen Kraftschluss zu erzielen. Hierbei ist es unproblematisch, die in Arbeitsrichtung einander gegenüberliegenden Flächen von Einsatzteil und Aufnahmeteil so groß zu gestalten, dass keine Überbeanspruchung, vor allem an der Fläche des Aufnahmeteils, entsteht.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist in der dem Einsatzteil zugewandten Stirnseite des Aufnahmeteils eine Ausnehmung zur formschlüssigen Verbindung mit dem Einsatzteil vorhanden. Üblicher Weise handelt es sich bei dieser Ausnehmung um eine Bohrung odgl., in welche das entsprechende Einsatzteil mit dem ihm zugewandten Ende einsteckbar bzw. einsetzbar ist. Hierbei können die Kanten des Einsatzteils abgeschrägt oder abgerundet sein, um ein einfacheres Einführen zu erzielen.

Nach einer diesbezüglichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die formschlüssige Verbindung zwischen Einsatzteil und Aufnahmeteil als Pressverbindung ausgebildet, d. h., dass eine radiale Pressung zwischen Innenwand der Ausnehmung und Mantelfläche des Einsatzteils besteht.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Einsatzteil stopfenartig ausgebildet und bildet nach seinem Einsetzen in die Ausnehmung deren Boden. Diese Ausgestaltung der Erfindung betrifft vor allem die Matrize, bei der dann der Einsatzteil nicht aus der Ausnehmung herausragt, da der lediglich den Boden wegen der dort gegebenen außerordentlich hohen Beanspruchung bilden soll.

Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Verbindung zwischen Aufnahmeteil und Einsatzteil verdrehschlüssig ausgebildet. Diese Drehschlüssigkeit kann durch einfaches Abflachen des der Aufnehmung zugrunde liegenden Kreisquerschnitts erzielt werden.

Nach einer speziellen, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Seitenwände der Ausnehmung einen radialen Abstand zu den Mantelflächen des Stempels auf, wobei die Ausnehmung in radialer und axialer Richtung als Sacköffnung ausgebildet ist, deren Seitenwände in Bewegungsrichtung des Stempels verlaufen und wie der Boden der Ausnehmung, unnachgiebig ausgebildet sind. Eine solche Gestaltung und Zuordnung von Stempel und Matrize ist an sich bekannt (EP 0215449), allerdings mit den Eingangs genannten Nachteilen des Standes der Technik. Durch den Einsatz der Erfindung wird hier ein erheblicher Fortschritt erzielt, da bekanntlich beim Tiefziehen und nachfolgenden Zerquetschen der Plattenanteile die in Arbeitsrichtung gehende Belastung außerordentlich hoch ist, hingegen die radialen Widerstandskräfte wesentlich geringer sein können.

Nach einer anderen speziellen Ausgestaltung der Erfindung dient das Werkzeug zum Verbinden von Bauteilen, nämlich Bolzen, Muttern odgl., mit einer Platte, wobei dem Werkzeugstempel ein verlorener Stempel vorgeschaltet ist, der nach der Bearbeitung an der Platte verbleibt (DE-OS 19913695).

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

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen : Figur 1 einen Teillängsschnitt durch Stempel, Matrize und Werkzeughalter in Explosionsdarstellung, zum Teil entsprechend der Linie I-I in Figur 2 und Figur 2 einen Querschnitt entsprechend der Linie II-II in Figur 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Zeichnung ist das erfindungsgemäße Werkzeug mit Werkzeughaltern in Explosionsdarstellung, aber ohne die Aufnahme derselben in der Werkzeugmaschine selbst, gezeigt, wobei zwischen einem Stempel 1 und einer Matrize 2 zwei miteinander zu verbindende Bleche 3 angeordnet sind. Um die Bleche miteinander zu verbinden, wird der Stempel 1 nach unten betätigt und zieht mit einem an seinem Ende angeordneten Zapfen 4 die entsprechend beaufschlagten Abschnitte der Bleche 3 in eine Ausnehmung 5 der Matrize 2, um bei Fortsetzung des Hubes diese tief gezogenen Blechabschnitte auch radial zu zerquetschen, so dass ein Hintereinandergreifen der tiefgezogenen und zerquetschten Plattenabschnitte erfolgt, wodurch durch dieses Durchsetzfügen eine feste Verbindung zwischen den Platten 3 entsteht.

Der Stempel 1 ist über einen Werkzeughalter 6 in der hier nicht dargestellten Werkzeugmaschine angeordnet und besteht aus zwei Teilen, nämlich einem Aufnahmeteil 7 und einem den Zapfen 4 aufweisenden Einsatzteil 8. Auf Grund der höheren Beanspruchung weist der Einsatzteil 8 mit Zapfen 4 eine wesentlich höhere Härte auf, als der auch auf Grund seines größeren Querschnitts geringer beanspruchte Aufnahmeteil 7, bzw. als die Werkzeughalterung 6. Aufnahmeteil 7 und Einsatzteil 8 sind über eine Pressverbindung 9 miteinander verbunden, wobei das obere Ende des Einsatzteils 8 in eine Ausnehmung 10 des Aufnahmeteils 7 formschlüssig gesteckt ist und geeignet ist, hohe Kräfte aufzunehmen. Als Verdrehsicherung zwischen Einsatzteil 8 und Aufnahmeteil 7 dient eine Abflachung 11, an dem in die Ausnehmung 10 ragende Endabschnitt des Einsatzteils 8.

Auch die Matrize 2, die ebenfalls in einer Werkzeughalterung 6 angeordnet ist, ist zweiteilig ausgebildet, bestehend aus einem die Ausnehmung 5 aufweisenden Aufnahmeteil 12 und einem in die Ausnehmung 5 gepressten Stopfen 13, der zur besseren Einführung in die Ausnehmung 5 an seiner Unterseite eine Abkantung 14 aufweist. An seiner Oberseite kann ebenfalls eine Abkantung 15 vorgesehen sein, so dass endgültig eine für die Fertigung vorteilhafte Sicke 16 entsteht. Der verbleibende Rest der Ausnehmung 5 dient in bekannter Weise als Tiefziehöffnung 17 der Matrize 2. Der Boden dieser Tiefziehöffnung 17 wird somit durch den Stopfen 13 gebildet, der ebenfalls eine wesentlich größere Materialhärte aufweist, als der Aufnahmeteil 12 dieser Matrize.

Die Werkzeughalterung 6 weist jeweils ein mit der Werkzeugmaschine verbundenes Sockelteil 18 auf, in welches Stempel 1, bzw. Matrize 2 eingesetzt werden und durch Überwurfmuttern 19, bzw. Federteller 20, sowie Federn 21 in ihrer Arbeitslage gehalten werden.

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 2 Matrize 3 Bleche 4 Zapfen 5 Ausnehmung 6 Werkzeug 7 Aufnahmeteil 8 Einsatzteil 9 Presssteckverbindung 10 Ausnehmung 11 Abflachung 12 Aufnahmeteil 13 Stopfen 14 Abkantung 15 Abkantung 16 Sicke 17 Matrizenöfnung 18 Sockelteil 19 Überwurfmuttern 20 Federteller 21 Feder