DE10030283C2 - Process for the technical connection of plate-shaped components - Google Patents
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- DE10030283C2 DE10030283C2 DE2000130283 DE10030283A DE10030283C2 DE 10030283 C2 DE10030283 C2 DE 10030283C2 DE 2000130283 DE2000130283 DE 2000130283 DE 10030283 A DE10030283 A DE 10030283A DE 10030283 C2 DE10030283 C2 DE 10030283C2
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum umform technischen Verbinden von plattenförmigen Bauteilen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for forming Technical connection of plate-shaped components according to the preamble of patent claim 1.
Bei dem Verfahren werden überlappt angeordnete, plattenförmige Bauteile, wie beispielsweise Bleche, miteinander verbunden. Derartige Verfahren zur Ver bindung plattenförmiger Bauteile sind in DIN 8593, Teil 5 unter 4.5.2.11 unter dem Begriff "Durchsetzfügen" beschrieben.In the method, overlapping, plate-shaped components, such as sheets, are connected to one another. Such methods for connecting plate-shaped components are described in DIN 8593, Part 5 under 4.5.2.11 under the term "clinching".
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren und Werkzeuge bzw. Vorrichtungen bekannt, die eine Verbindung mittels Durchsetzfügen herstellen.There are numerous from the prior art Methods and tools or devices known establish a connection using clinching.
So ist beispielsweise aus der DE 43 17 278 A1 ein Verfahren zur Verbindung zweier Blechteile bekannt, bei dem ein Stempel mit einer Kraft gegen die Ausnehmung einer Matrize gepresst wird, auf der die Blechteile übereinander liegen. Die über der Ausnehmung befind lichen Bereiche der Blechteile werden dadurch gemeinsam in die Ausnehmung tiefgezogen, so dass sie eine Ein prägung bilden. Anschließend wird von der Gegenseite eine weitere Verformung der Einprägung vorgenommen.For example, from DE 43 17 278 A1 Method for connecting two sheet metal parts known, at a stamp with a force against the recess a die is pressed on which the sheet metal parts lie on top of each other. The one above the recess Liche areas of sheet metal parts are common deep drawn into the recess so that it is an on form embossing. Then the other side a further deformation of the impression is made.
Aus der DE 36 13 324 A1 sind ebenfalls ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden dünner Platten bekannt. Die aufeinander liegenden Platten werden gemeinsam tiefgezogen, wonach der Bodenbereich der tiefgezogenen Flächenteile in der speziell ausgeformten Ausnehmung einer Matrize breitgequetscht wird. Es entsteht ein druckknopfartiger Fügepunkt. Das Tiefziehen und Quetschen des Materials erfolgt durch eine lineare Vorschubbewegung eines Stempels, der die Plattenbereiche in die Ausnehmung der Matrize drückt.DE 36 13 324 A1 also describes a method and a device for joining thin plates known. The superimposed plates are thermoformed together, after which the bottom area of the deep-drawn surface parts in the specially shaped Recess of a die is squeezed. It a snap button-like joining point is created. The The material is deep-drawn and squeezed a linear feed movement of a stamp that the Presses plate areas into the recess of the die.
Die DE 31 06 313 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Verbinden von Blechen, bei dem ebenfalls ein Stempel eine lineare Vorschubbewegung in Richtung der Ausneh mung einer Matrize ausführt, um die Blechteile in die Ausnehmung zu drücken.DE 31 06 313 A1 describes a device for Joining sheet metal, which also has a stamp a linear feed movement in the direction of the recess execution of a die to insert the sheet metal parts into the Press recess.
Ein entsprechend ausgebildetes Werkzeug mit einem gegenüber einer Matrize längsverschiebbaren Stempel ist in der DE 37 13 083 C2 beschrieben.A suitably trained tool with a compared to a die is longitudinally displaceable stamp described in DE 37 13 083 C2.
Das Ergebnis dieser bekannten Verfahren ist ein durch eine lineare Fügebewegung erzeugtes, druckknopf artiges Verbindungselement.The result of these known methods is a push button generated by a linear joining movement like connector.
Allerdings liegt bei diesen Verfahren die zur Blechumformung erforderliche, materialabhängige axiale Fügekraft bei mehreren dkN pro Fügepunkt.However, with these methods lies the Sheet metal forming required, material-dependent axial Joining force at several dkN per joining point.
Dies erweist sich als besonders nachteilig bei der konstruktiven Auslegung von Fügeeinrichtungen, wie Bügel, Zangen, Pressen etc., da diese, um die verfah rensbedingte hohe Steifigkeit zu erreichen, sehr massiv und somit schwer gebaut werden müssen. Dadurch ist der mobile Einsatz solcher Vorrichtungen bzw. Verfahren, insbesondere bei hand- oder robotergeführten Werk zeugen, stark eingeschränkt.This proves to be particularly disadvantageous in the constructive design of joining devices, such as Brackets, pliers, presses, etc., since these to achieve high rigidity due to the use of the rens, very massive and therefore have to be built heavily. This is the mobile use of such devices or methods, especially for hand or robot-guided work testify, severely restricted.
Zur Reduzierung dieser axialen Fügekraft wird in der DE 197 29 368 A1 ein Verfahren zum mechanischen Fügen vorgeschlagen, bei dem die zur Umformung benötigte Fügekraft durch mehrere kurzfristig aufeinander folgende Stöße auf den senkrecht zur Oberfläche der Blechteile geführten Stempel in die herzustellende Fügeverbindung eingebracht wird. Die zugehörige Vorrichtung weist einen entsprechenden Schlagmechanismus auf.To reduce this axial joining force, in DE 197 29 368 A1 describes a method for mechanical joining proposed, in which the required for forming Joining power by several short term following impacts on the perpendicular to the surface of the Stamped sheet metal parts into the to be manufactured Joint connection is introduced. The associated Device has a corresponding Beating mechanism.
Ein vergleichbares Verfahren und eine Vorrichtung sind aus der DE 197 47 267 A1 bekannt, bei denen die Umformenergie als ein oder mehrere Impulse einer beschleunigten, von oben auf den Stempel auftreffenden Masse zugeführt wird.A comparable method and device are known from DE 197 47 267 A1, in which the Forming energy as one or more impulses accelerated, hitting the stamp from above Mass is supplied.
Weiterhin zeigt die DE 40 04 020 C2 eine Vorrichtung zum schlagenden Bearbeiten von Fügeteilen, die an einer frei programmierbaren Positioniereinheit befestigt werden kann.DE 40 04 020 C2 also shows a device for striking processing of parts to be joined to a freely programmable positioning unit attached can be.
Bei den letztgenannten Verfahren und Vorrichtungen wird die lineare senkrecht zur Blechoberfläche verlaufende Stempelbewegung mit Hilfe eines Impuls antriebes in kleine Segmente aufgeteilt. Dadurch lässt sich die erforderliche axiale Fügekraft reduzieren. Der Werkstofffluss während des Fügevorgangs verhält sich vergleichbar dem, der bei den bekannten Verfahren mit kontinuierlichem Stempelvorschub auftritt.In the latter methods and devices becomes the linear perpendicular to the sheet surface running stamp movement with the help of an impulse drive divided into small segments. This leaves the required axial joining force is reduced. The Material flow behaves during the joining process comparable to that with the known methods continuous stamp feed occurs.
Ein anderer Ansatz zur Reduzierung der axialen Fügekraft wird in der DE 198 40 780 A1 vorgestellt, bei der die Längsachse des Stempels während der Vorschubbewegung innerhalb eines Kegelmantels um die Vorschubachse geführt wird, so dass eine taumelnde Bewegung entsteht. Diese zusätzliche Bewegung reduziert die für die Vorschubbewegung erforderliche Fügekraft in erheblichem Maße. Another approach to reducing the axial Joining force is in the DE 198 40 780 A1 presented, in which the longitudinal axis of the Stamp during the feed movement within a Cone jacket is guided around the feed axis so that a wobbling movement arises. This additional Movement reduces that for the feed movement required joining force to a considerable extent.
Durch diese bekannten Verfahren wird zwar die Fügekraft teilweise reduziert, eine weitere Reduzierung ist jedoch wünschenswert.Through these known methods, the Joining power partially reduced, a further reduction however, is desirable.
Weiterhin werden bei allen der beschriebenen Verfahren feststehende, auf die Vorschubachse des Stempels ausgerichtete Matrizen verwendet. Besonders bei starren (einteiligen) Matrizen besteht jedoch die Gefahr, dass sich der matrizenseitige Werkstoff in der Matrize festfrisst und nur noch durch sehr große Auswerfkräfte aus der Matrize ausgeformt werden kann. Eine entsprechende hierfür erforderliche Auswerf mechanik verursacht aufgrund ihrer geometrischen Abmessungen allerdings deutliche Einschränkungen bei der Zugänglichkeit der Werkzeuge zu der Fügestelle.Furthermore, all of the described Process fixed on the feed axis of the Stamp-aligned dies are used. Especially in the case of rigid (one-piece) matrices, however, there is Danger of the material on the die side being in the Matrix seizes and only by very large Ejection forces can be shaped from the die. A corresponding ejection required for this mechanics caused by their geometrical Dimensions, however, have significant limitations the accessibility of the tools to the joint.
Aufgrund der fest vorgegebenen Matrizenkontur sind bei der Verwendung von starren Matrizen die Anfor derungen an die Einhaltung der Nennblechdicke, die für die jeweilige Matrize vorgesehen ist, sehr groß. Dieses Problem kann zwar durch die Verwendung von geteilten Matrizen, wie sie aus dem Stand der Technik bereits bekannt sind, gelöst werden, verursacht jedoch einen deutlich höheren Werkzeugaufwand im Vergleich zu starren Matrizen.Because of the fixed die contour when using rigid matrices, the requirements changes in compliance with the nominal sheet thickness required for the respective die is provided, very large. This Although problem can be shared by using Matrices as they already exist in the prior art are known to be solved, but causes one significantly higher tool expenditure compared to rigid matrices.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verbindung plattenförmiger Bauteile anzugeben, mit dem eine Reduzierung der axialen Fügekraft bei dem Verbinden sowie ein leichtes Aus formen des umgeformten Blechbereiches aus einem formgebenden Gegenwerkzeug erreicht werden kann. The invention is based on the object Process for connecting plate-shaped components specify a reduction in axial Joining power when connecting as well as an easy exit form the formed sheet metal area from one shaping counter tool can be achieved.
Die Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved with the method according to claim 1 solved. Advantageous refinements of the method are the subject of the subclaims.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren werden die zu verbindenden plattenförmigen Bauteile, beispielsweise Bleche, so übereinander gelegt, dass sie zumindest teilweise überlappen. Die Anzahl der Bauteile ist dabei nicht auf zwei beschränkt. Es können vielmehr auch drei oder mehr Bauteile auf diese Weise in einem Schritt miteinander verbunden werden.In the method according to the invention, the connecting plate-shaped components, for example Sheets, one on top of the other, that they at least partially overlap. The number of components is included not limited to two. Rather, three can be or more components in this way in one step be connected to each other.
Ein überlappender Bereich der Bauteile wird so zwischen einem Form- und einem Gegenwerkzeug positio niert, dass er über einer speziell vorgesehenen Aus nehmung des Gegenwerkzeugs liegt. Das Gegenwerkzeug kann hierbei ebenso wie das Formwerkzeug in länglicher Farm ausgebildet sein.An overlapping area of the components becomes like this between a form and a counter tool positio niert that he has a specially provided Aus taking the counter tool. The counter tool can be elongated like the molding tool Farm trained.
Schließlich wird das Formwerkzeug, das beispiels weise in Form eines Stempels ausgebildet ist, auf oder parallel zu einer Vorschubachse so gegen das Gegen werkzeug bewegt, dass der überlappende Bereich der Bauteile in die Ausnehmung des Gegenwerkzeugs gedrückt wird. Anstelle des Formwerkzeuges kann selbstver ständlich auch das Gegenwerkzeug auf oder parallel zur Vorschubachse entsprechend gegen das Formwerkzeug bewegt werden. Vorzugsweise wird jedoch das Form werkzeug entlang der Vorschubachse bewegt.Finally, the molding tool, for example is in the form of a stamp, or parallel to a feed axis so against the counter tool that moves the overlapping area of the Components pressed into the recess of the counter tool becomes. Instead of the mold, self-ver of course the counter tool on or parallel to Feed axis accordingly against the mold be moved. However, the shape is preferred tool moved along the feed axis.
Während dieser Vorschubbewegung ist gleichzeitig die Längsachse des Gegenwerkzeugs schräg zur Vorschub achse gestellt und wird, vorzugsweise auf einem Kegel mantel, um die Vorschubachse bewegt bzw. geführt. Unter der Längsachse des Gegenwerkzeugs ist die Werkzeugachse zu verstehen, die im Wesentlichen senkrecht zu der die Ausnehmung aufweisenden Oberfläche des Gegenwerkzeuges verläuft. In einer bevorzugten Ausführungsform werden sowohl die Längsachse des Formwerkzeugs als auch die Längsachse des Gegenwerkzeugs schräg zur Vorschubachse gestellt und innerhalb eines Kegelmantels um die Vor schubachse bewegt bzw. geführt.During this feed movement is simultaneous the longitudinal axis of the counter tool obliquely to the feed axis and is, preferably on a cone jacket moved or guided around the feed axis. Under the longitudinal axis of the counter tool is the tool axis to understand the essentially perpendicular to the the Recessing surface of the counter tool runs. In a preferred embodiment both the longitudinal axis of the mold and the Longitudinal axis of the counter tool oblique to the feed axis placed and within a cone jacket around the front thrust axis moved or guided.
Unter einem Kegel ist hierbei nicht nur ein Kreis kegel zu verstehen. Vielmehr umfasst der Begriff auch andere Kegelformen, beispielsweise mit einer ellipsen förmigen Grundfläche. Bevorzugt ist allerdings aufgrund der einfachen Realisierbarkeit eine Kreiskegelform, wobei der halbe Öffnungswinkel dieses Kegelmantels vorzugsweise zwischen 2 und 6° beträgt.Under a cone is not just a circle to understand cone. Rather, the term also includes other cone shapes, for example with an ellipse shaped base. However, is preferred due to a circular cone shape for easy implementation, with half the opening angle of this cone shell is preferably between 2 and 6 °.
Vorzugsweise werden das Formwerkzeug und das Gegenwerkzeug während der Vorschubbewegung direkt auf dem Kegelmantel geführt, d. h. ihre Längsachse bzw. ein Punkt auf ihrer Längsachse beschreibt jeweils eine kreis- oder ellipsenförmige Bahn um die Vorschubachse.Preferably, the mold and the Counter tool directly during the feed movement guided the cone jacket, d. H. their longitudinal axis or a A point on its longitudinal axis describes one circular or elliptical path around the feed axis.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform beschreiben die Längsachsen bzw. ein jeweiliger Punkt auf den Längsachsen während der Vorschubbewegung eine rosettenförmige Bahn um die Vorschubachse. In diesem Fall stellt der Kegelmantel die äußere Begrenzung dieser Figur dar.In a further advantageous embodiment describe the longitudinal axes or a respective point on the longitudinal axes during the feed movement rosette-shaped path around the feed axis. In this In this case, the conical surface represents the outer boundary of this figure.
Durch die Vorschubbewegung wird das Material in die Ausnehmung des Gegenwerkzeugs tiefgezogen und fließt so, dass eine feste Verbindung zwischen den Bauteilen hergestellt wird. Die Ausnehmung des Gegen werkzeugs kann dabei Formen aufweisen, die aus den in der Beschreibungseinleitung genannten Dokumenten bei den dort eingesetzten Matrizen bekannt sind.The material is moved in by the feed movement the recess of the counter tool is deep-drawn and flows so that a firm connection between the Components is manufactured. The recess of the counter The tool can have shapes that derive from the in documents mentioned in the introduction to the description the matrices used there are known.
Die vorzugsweise gleichzeitige Taumelbewegung der Längsachsen des Formwerkzeugs und des Gegenwerkzeugs um die Vorschubachse reduziert die lokale Umformfläche und somit die für die Vorschubbewegung erforderliche Kraft, die notwendig ist, um den überlappenden Bereich der Bauteile in die Ausnehmung zu drücken, in erheblichem Maße.The preferably simultaneous wobble of the Longitudinal axes of the mold and the counter tool around the feed axis reduces the local forming area and thus the force required for the feed movement, which is necessary to cover the overlapping area of the Pushing components into the recess to a considerable extent Dimensions.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Verbin dungselemente hergestellt, die den mit dem Durch setzfügen des Standes der Technik erzeugten Verbin dungselementen ähnlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht jedoch eine deutliche Reduzierung der für das Fügen benötigten Axialkraft, d. h. des Krafteinsatzes in Vorschubrichtung, und ermöglicht dennoch eine beständige druckknopfartige Verbindung von zwei oder mehreren plattenförmigen Bauteilen.With the inventive method Verbin Made elements that match the through setting of the prior art verb elements are similar. The invention However, the process enables a significant reduction the axial force required for joining, d. H. of Use of force in the feed direction, and enables nevertheless a permanent push button-like connection from two or more plate-shaped components.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann hierdurch eine vorteilhafte Reduzierung der zur Umformung benötigten axialen Fügekraft von ca. 80% im Vergleich zur linearen Umformbewegung erzielt werden. Weiterhin ist aufgrund der geringeren Belastung der am Füge vorgang beteiligten Elemente eine höhere Standzeit vor allem der Werkzeuge zu erwarten.With the method according to the invention an advantageous reduction in the deformation required axial joining force of approx. 80% in comparison for linear forming movement can be achieved. Farther is due to the lower load on the joint elements involved in the process have a longer service life all of the tools to be expected.
Gleichzeitig sind die Vorteile des vorliegenden Verfahrens darin zu sehen, dass das Maß der Hinter schneidung des oberseitigen Bleches im Fügeelement über eine unabhängige, gegebenenfalls einstellbare, Schräg stellung von Werkzeug und Gegenwerkzeug im Vergleich zu den bekannten umformtechnischen Fügeverfahren vergrößert werden kann. Dabei kann durch die Gestaltung und Bewegung des Gegenwerkzeugs das Verbindungselement in seiner äußeren Form sowohl den Festigkeits anforderungen als auch den optischen Anforderungen angepasst werden.At the same time, the advantages of the present Procedure in seeing that the measure of the rear overlap of the top sheet in the joining element an independent, possibly adjustable, slant position of tool and counter tool compared to the known metal forming joining processes enlarged can be. It can by design and movement of the counter tool the connecting element in its outer form both the strength requirements as well as the optical requirements be adjusted.
Durch die Bewegung des Gegenwerkzeugs lässt sich eine Ausformung auch bei einteiligen Matrizen ohne zusätzliche Auswerfermechanik realisieren. Zusätzlich können wesentlich größere Blechdickentoleranzen im Vergleich zu den bisher bekannten Matrizen mit starrem Rand überbrückt werden.By moving the counter tool you can a shape even with one-part matrices without realize additional ejector mechanism. additionally can significantly larger sheet thickness tolerances in Comparison to the previously known matrices with rigid Edge to be bridged.
Vorzugsweise erfolgen die Bewegungen des Formwerk zeugs und des Gegenwerkzeugs derart gekoppelt, dass die Längsachsen des Formwerkzeugs und des Gegenwerkzeugs zu jeder Zeit eine die Vorschubachse enthaltende Ebene aufspannen, während der überlappende Bereich in die Ausnehmung gedrückt wird. Die Längsachsen des Form werkzeugs und des Gegenwerkzeugs werden hierbei vorzugsweise unter einen Winkel < 0° zueinander gestellt.The movements of the molding are preferably carried out tool and the counter tool coupled such that the Longitudinal axes of the mold and the counter tool a plane containing the feed axis at all times span while the overlapping area in the Recess is pressed. The longitudinal axes of the form tool and the counter tool preferably at an angle of <0 ° to one another posed.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform, insbesondere in Verbindung mit der kreis- oder ellipsenförmigen Bewegung um die Vorschubachse, werden das Formwerkzeug und das Gegenwerkzeug zusätzlich um ihre Längsachse drehbar gehalten. Hierdurch kann die während des Fügevorgangs auftretende Reibung zur Oberfläche des überlappenden Bereiches der Bauteile gezielt beeinflusst werden. In a further advantageous embodiment, especially in connection with the circular or elliptical movement around the feed axis the molding tool and the counter tool in addition its longitudinal axis held rotatable. This allows the friction occurring during the joining process Surface of the overlapping area of the components be influenced in a targeted manner.
Vorteilhaft ausgestaltete Formwerkzeuge weisen kegelförmige, ebene oder kugelkalottenförmige Abschlussflächen auf. Unter der Abschlussfläche ist hierbei die Endfläche des Formwerkzeugs zu verstehen, die mit den Bauteilen in Berührung kommt.Advantageously designed molds have conical, flat or spherical cap Closing surfaces on. Is under the end surface to understand the end face of the mold, that comes into contact with the components.
Besonders vorteilhaft ist ein Formwerkzeug, dessen Schaftquerschnitt sich zur Abschlussfläche hin verbreitert. Die Verbreiterung wird so gewählt, dass der gegenüber der Längsachse vorliegende Winkel der Verbreiterung dem halben Öffnungswinkel des Kegel mantels entspricht, auf dem die Längsachse des Form werkzeugs geführt wird. Durch den Einsatz eines derartig geformten Formwerkzeugs kann eine besonders gute Verbindung zwischen den plattenförmigen Bauteilen erreicht werden.A molding tool whose Cross-section of the shaft towards the end face widened. The widening is chosen so that the angle relative to the longitudinal axis Widening half the opening angle of the cone coat corresponds to on which the longitudinal axis of the form tool is guided. By using a Such a shaped tool can be a special one good connection between the plate-shaped components can be achieved.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden das Formwerkzeug und das Gegenwerkzeug entlang der jeweiligen Werkzeuglängsachse verschiebbar gehalten und gegebenenfalls mit einer zusätzlichen variablen Kraft beaufschlagt. Dadurch kann die durch die Rotation der Werkzeuge um die Vorschubachse entstehende Hüll kurve so verändert werden, dass dadurch die Material hinterschneidung zwischen den Blechen gezielt vergrößert wird.In a further advantageous embodiment the molding tool and the counter tool along the respective tool longitudinal axis slidably held and if necessary with an additional variable Force applied. This allows the rotation of the envelope around the feed axis curve can be changed so that the material targeted undercut between the sheets is enlarged.
Hierbei kann auch nur ein Teil des Werkzeugs, bei spielsweise ein stempelartig ausgebildeter Bodenbereich einer als Gegenwerkzeug eingesetzten Matrize ent sprechend verschiebbar gehalten werden.Only a part of the tool can be used here for example, a stamped base area ent used as a counter tool can be kept sliding.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sind sowohl in der Erhöhung der Verbindungsfestigkeit, der Reduzierung der axialen Fügekräfte, in der leichteren Ausformbarkeit auf der Seite des Gegenwerkzeugs, der Toleranzunempfindlichkeit gegen Blechdickenschwan kungen, als auch in der sich aus den reduzierten Füge kräften ergebenden leichteren Bauweise der Fügeein richtungen zu sehen.The advantages of the method according to the invention are both in increasing the connection strength, the Reduction of the axial joining forces, in the lighter Formability on the side of the counter tool, the Tolerance against sheet metal swan kung, as well as resulting from the reduced joint resulting lighter construction of the joint to see directions.
Das Verfahren ist in allen Maschinen, Werkzeugen und Vorrichtungen mit rotatorischem Antrieb einsetzbar, insbesondere aufgrund des geringen Kraftbedarfs auch an Roboterarmen und bei Handwerkzeugen. Beispiele für derartige Vorrichtungen sind Fräsmaschinen, Ständer bohrmaschinen, Drehbänke oder C-Bügeleinrichtungen jeglicher Art.The process is common to all machines, tools and devices with a rotary drive can be used, especially due to the low power requirement Robotic arms and hand tools. examples for such devices are milling machines, stands drilling machines, lathes or C-frame devices of any kind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren nochmals erläutert. Hierbei zeigenThe invention is based on a Embodiment in connection with the figures explained again. Show here
Fig. 1 ein Beispiel für Form- und Gegenwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; FIG. 1 shows an example of molding and counter-tool for performing the method according to the invention;
Fig. 2 Beispiele a) bis d) für verschiedene Geometrien der Formwerkzeuge für das erfindungsgemäße Verfahren; FIG. 2. Examples a) to d) for different geometries of the molding tools for the inventive method;
Fig. 3 Beispiele e) bis g) für verschiedene Geometrien der beim erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Gegenwerkzeuge; und FIG. 3 shows examples e) to g) for different geometries of usable in the present process corresponding tools; and
Fig. 4 ein Beispiel für eine rosettenförmige Bewegung um die Vorschubachse. Fig. 4 shows an example of a rosette-shaped movement around the feed axis.
Der Verfahrensablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Verbindung von plattenförmigen Bauteilen ist anhand von Fig. 1 zu erkennen. Im vorliegenden Beispiel werden zwei plattenförmige Bauteile (1, 2) verbunden. In der Figur sind das Gegenwerkzeug (4) mit der Ausnehmung (8) sowie das Formwerkzeug (3) darge stellt. In der Figur sind deutlich die Winkel α bzw. β zu erkennen, unter dem die Längsachsen (6/7) des Form werkzeugs und des Gegenwerkzeugs zur Vorschubachse (5) der nicht dargestellten Antriebseinheit gehaltert bzw. eingespannt sind. Das Formwerkzeug und das Gegenwerk zeug sind in diesem Beispiel zusätzlich um ihre Längs achsen drehbar gelagert. In der Figur sind ebenfalls sehr gut die hier eingesetzte kegelförmige Form der Abschlussfläche (9) des Formwerkzeugs (3) und die entsprechend angepasste Form der Ausnehmung (8) des Gegenwerkzeugs (4) zu erkennen. Der linke Teil der Figur zeigt hierbei die Situation beim Start, der rechte Teil die Situation während der Durchführung des Fügevorgangs. Wie aus dem linken Teil zu erkennen, hat die entsprechend der Neigung der Werkzeuge auf die Bauteile wirkende Verformungskraft einen direkten Werkstofffluss in radialer Richtung zum Fügeelement zur Folge und führt so zu einer entsprechenden festigkeits bestimmenden Ausprägung der Hinterschneidung.The process sequence of the method according to the invention for connecting plate-shaped components can be seen from FIG. 1. In the present example, two plate-shaped components ( 1 , 2 ) are connected. In the figure, the counter tool ( 4 ) with the recess ( 8 ) and the molding tool ( 3 ) are Darge. In the figure the angles are clearly α or β to detect under which the longitudinal axes (6/7) are of the form held tool and the counter tool to the feed axis (5) of the drive unit, not shown, or clamped. The mold and the counter tool are additionally rotatably mounted about their longitudinal axes in this example. The conical shape of the end face ( 9 ) of the molding tool ( 3 ) used here and the correspondingly adapted shape of the recess ( 8 ) of the counter tool ( 4 ) can also be clearly seen in the figure. The left part of the figure shows the situation at the start, the right part shows the situation during the joining process. As can be seen from the left part, the deformation force acting on the components in accordance with the inclination of the tools results in a direct material flow in the radial direction to the joining element and thus leads to a corresponding strength-determining characteristic of the undercut.
Zu Beginn des Fügevorgangs werden die zu verbin denden plattenförmigen Bauelemente (1, 2) auf dem Gegenwerkzeug (4) so positioniert, dass ein über lappender Bereich der Bauelemente über der Ausnehmung (8) des Gegenwerkzeugs liegt.At the beginning of the joining process, the plate-shaped components ( 1 , 2 ) to be connected are positioned on the counter tool ( 4 ) such that an overlapping region of the components lies above the recess ( 8 ) of the counter tool.
Dann bewegen sich sowohl das Form- (3) als auch das Gegenwerkzeug (4) entlang der Vorschubachse (5) auf die Verbindungsstelle zu. Der Gesamtablauf ist so gesteuert, dass das Gegenwerkzeug (4) zuerst die Bauteiloberfläche erreicht. Form- und Gegenwerkzeug bewegen sich dabei (voneinander unabhängig ansteuerbar) um ihre Werkzeugachsen (6 bzw. 7) auf einem oder innerhalb eines Kegelmantels mit dem Winkel α bzw. β (α/β ≧ 0°). Das Formwerkzeug (3) verformt die Bauteile (1 + 2) in die im Gegenwerkzeug (4) vorgesehene Ausnehmung (8), ohne dabei das Material einzuschneiden.Then both the forming tool ( 3 ) and the counter tool ( 4 ) move along the feed axis ( 5 ) towards the connection point. The overall process is controlled so that the counter tool ( 4 ) first reaches the component surface. The forming and counter tools move (can be controlled independently of each other) around their tool axes ( 6 or 7 ) on one or within a cone shell with the angle α or β (α / β ≧ 0 °). The molding tool ( 3 ) deforms the components (1 + 2) into the recess ( 8 ) provided in the counter tool ( 4 ) without cutting the material.
Sitzt der Boden des gegenwerkzeugseitig angeord neten plattenförmigen Bauteiles (1) auf dem Boden der Ausnehmung (8) auf, so beginnt das Material radial in Richtung der Werkzeugwandung zu fließen. Dabei wird die festigkeits bestimmende Hinterschneidung des stempelseitigen Materials im Gegenwerkzeug erzeugt.If the bottom of the plate-shaped component ( 1 ) arranged on the counter-tool side sits on the bottom of the recess ( 8 ), the material begins to flow radially in the direction of the tool wall. The undercut of the stamp-side material determining the strength is generated in the counter tool.
Die Bewegung der Längsachse (6) des Formwerkzeugs (3) auf dem (oder innerhalb des) Kegelmantel(s) erfolgt in der Regel so, dass während des Umformvorgangs 5 bis 10 Umdrehungen (oder mehr) um die Vorschubachse (5) erfolgen.The movement of the longitudinal axis ( 6 ) of the molding tool ( 3 ) on the (or within the) cone jacket (s) is generally carried out in such a way that 5 to 10 revolutions (or more) about the feed axis ( 5 ) occur during the forming process.
Während des Fügeablaufs können bei Bedarf sowohl das Formwerkzeug (3) als auch das Gegenwerkzeug (4) als Ganzes oder Teile davon zusätzlich in der jeweiligen Achsrichtung verschoben werden.During the joining process, both the molding tool ( 3 ) and the counter tool ( 4 ) as a whole or parts thereof can also be displaced in the respective axial direction if necessary.
Fig. 2 zeigt vier Beispiele a) bis d) für verschiedene Formwerkzeuggeometrien des beim erfin dungsgemäßen Verfahren eingesetzten Formwerkzeugs (3). Fig. 2 shows four examples a) to d) for different mold geometries of the mold used in the inventive method ( 3 ).
Auf der rechten Seite ist in Beispiel a) die Abschlussfläche (9) des Formwerkzeugs (3) als Kegelform ausgebildet, wobei an der Spitze und am Rand des Kegels Rundungen mit bestimmten Mindestradien R1 und R2 gebildet sind. Dies verhindert das Einschneiden des Materials bei Einsatz des Formwerkzeugs. Ein Beispiel für solche Mindestradien sind R1 = 2 mm und R2 = 10 mm.In example a) on the right side, the end face ( 9 ) of the molding tool ( 3 ) is designed as a cone shape, with curves having certain minimum radii R1 and R2 being formed at the tip and at the edge of the cone. This prevents the material from being cut when using the molding tool. An example of such minimum radii are R1 = 2 mm and R2 = 10 mm.
Das nächste Beispiel b) zeigt ein Formwerkzeug (3) mit einer ebenen Abschlussfläche (9), wobei auch in diesem Fall der Rand der Abschlussfläche einen Mindest radius R1 aufweist.The next example b) shows a molding tool ( 3 ) with a flat end surface ( 9 ), the edge of the end surface also having a minimum radius R1 in this case.
Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist auch ein Formwerkzeug (3) mit einer halbkugelförmigen Abschlussfläche (9) einsetzbar, wie in Beispiel c) dargestellt.A mold ( 3 ) with a hemispherical end face ( 9 ) can also be used to carry out the method according to the invention, as shown in example c).
Beispiel d) zeigt schließlich ein Formwerkzeug (3) mit einer verbreiterten Abschlussfläche (9). Die Form der Fläche (hier: kegelförmig) kann selbstverständlich auch kugelkalottenförmig oder eben sein. Die Ver breiterung der Abschlussfläche ist hierbei so gewählt, dass der Verbreiterungswinkel α dem Winkel entspricht, den die Längsachse des Formwerkzeugs (3) mit der Vorschubachse (5) bildet.Example d) finally shows a molding tool ( 3 ) with a widened end surface ( 9 ). The shape of the surface (here: conical) can of course also be spherical or flat. The widening of the end face is chosen so that the widening angle α corresponds to the angle that the longitudinal axis of the molding tool ( 3 ) forms with the feed axis ( 5 ).
Fig. 3 zeigt drei Beispiele e) bis g) für verschiedene Geometrien der Ausnehmung (8) im Gegen werkzeug (4). Diese ist vorzugsweise rotations symmetrisch mit an die Werkstoffdicke angepasstem Innendurchmesser und Tiefe sowie einem Bodenwinkel γ < 90°; γ = 90° oder γ < 90° ausgebildet. Fig. 3 shows three examples e) to g) for different geometries of the recess ( 8 ) in the counter tool ( 4 ). This is preferably rotationally symmetrical with the inner diameter and depth adapted to the material thickness and a base angle γ <90 °; γ = 90 ° or γ <90 °.
Fig. 4 zeigt schließlich zur Veranschaulichung ein Beispiel für eine rosettenförmige Bewegung (10) der Längsachse (7) des Stempels um die Vorschubachse (5).Finally, FIG. 4 shows an example of a rosette-shaped movement ( 10 ) of the longitudinal axis ( 7 ) of the punch around the feed axis ( 5 ).
Claims (15)
die Bauteile (1, 2) zumindest teilweise über lappend so zwischen einem Formwerkzeug (3) und einem Gegenwerkzeug (4) mit einer Ausnehmung (8) positioniert werden, dass sich ein überlappender Bereich der Bauteile (1, 2) über der Ausnehmung (8) befindet, und
das Formwerkzeug (3) und/oder das Gegenwerkzeug (4) auf oder parallel zu einer Vorschubachse (5) gegen die Bauteile (1, 2) bewegt werden, um den überlappenden Bereich der Bauteile (1, 2) in die Ausnehmung (8) zu drücken,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Längsachse (7) des Gegenwerkzeugs (4) innerhalb eines Kegelmantels um die Vorschubachse (5) geführt wird, während der überlappende Bereich in die Ausnehmung (8) gedrückt wird.1. Method for connecting plate-shaped components, in which
the components ( 1 , 2 ) are positioned at least partially overlapping between a molding tool ( 3 ) and a counter tool ( 4 ) with a recess ( 8 ) in such a way that an overlapping area of the components ( 1 , 2 ) over the recess ( 8 ), and
the molding tool ( 3 ) and / or the counter tool ( 4 ) are moved on or parallel to a feed axis ( 5 ) against the components ( 1 , 2 ) in order to overlap the overlapping area of the components ( 1 , 2 ) into the recess ( 8 ) to press
characterized by
that a longitudinal axis ( 7 ) of the counter tool ( 4 ) is guided around the feed axis ( 5 ) within a cone shell, while the overlapping area is pressed into the recess ( 8 ).
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