DE10060035A1

DE10060035A1 - Mechanical jointing appliance for meal plates, profiles, etc. has deflector mass on one side of jointing tool holder away from tool direction

Info

Publication number: DE10060035A1
Application number: DE10060035A
Authority: DE
Inventors: Volker Schulte; Ortwin Hahn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-12-09
Filing date: 2000-12-02
Publication date: 2001-08-09
Also published as: JP2001179468A; BR0004885A; EP1108480A2; EP1108480A3

Abstract

The appliance has a jointing tool (4) connected via a holder to a holder frame. A deflector mass (8) is located on the side of a holder (6) of a jointing tool, facing in a direction away from the movement direction of the tool. The deflector mass has a slightly spherical impact face, and it is guided via a bending spring (18) with adjustable tension. The natural frequency of a vibrating system if within a range of 35-65%, pref. approx. 50% of the impact frequency of the striking tool.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum mechanischen Fügen von Blechen, Profilen und/oder Mehrblechverbindungen, bei der der Stempel eines aus Oberteil und Matrize bestehenden Fügewerkzeugs durch mehrere kurzfristig aufeinanderfolgende, auf ihn einwirkende Stöße oder pulsierend in einer Erregerfrequenz in ein zu fügendes Teil eindringt.The invention relates to a device for mechanically joining sheet metal, Profiles and / or multi-sheet connections, in which the stamp one out Upper part and die of existing joining tool by several short term successive impacts or pulsating in one Excitation frequency penetrates into a part to be joined.

Eine solche Fügevorrichtung ist in der EP 0 890 397 A1 dargestellt und beschrieben. Durch das stoßförmige oder pulsierende Eintreiben des Stempels in das stempelseitige Fügeteil ist die Beschleunigung des Stempels so groß, daß beim Eindringen des Stempels in das Fügeteil der Stempel weniger Material aus dem Fügeteil in die Matrize mit hineinzieht als beim Fügen mit einer hydraulischen Krafteinleitung. Bei der impulsförmigen Krafteinleitung wird der Bereich des Fügeteils unterhalb der Stirnfläche des Stempels stärker gestreckt.Such a joining device is shown in EP 0 890 397 A1 and described. Through the pushing or pulsing driving of the stamp the acceleration of the stamp is so great in the stamp-side joining part, that when the stamp penetrates the joining part, the stamp less Pulls material from the joint part into the die than when joining a hydraulic force transmission. During the impulsive application of force the area of the part to be joined below the face of the stamp is stronger stretched.

Aufgabe der Erfindung ist es, den seitlichen, der Mantelfläche der in das Fügeteil eindringenden Stempelspitze benachbarten Bereich des Materials des Fügeteils stärker zu strecken.The object of the invention is the lateral, the lateral surface of the in Joining part penetrating stamp tip adjacent area of the material of the To stretch more jointly.

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der die Mantelfläche des Stempels zumindest im Bereich des vorderen freien Endabschnitts des Stempels rutschhemmend ausgebildet ist. Dadurch tritt eine Reibwerterhöhung zwischen dem Mantel der Stempelspitze und dem beim Eindringen der Stempelspitze in das zu fügende Teil sich an die Mantelfläche der Stempelspitze anlegende Material ein. This object of the invention is achieved in that the lateral surface of the Stamp at least in the area of the front free end portion of the Stamp is designed anti-slip. This causes an increase in the coefficient of friction between the mantle of the stamp tip and the penetration of the Stamp tip in the part to be joined to the outer surface of the Material.

Eine weitere Herabsetzung der Streckung des sich unterhalb der Stirnfläche der Stempelspitze befindlichen Materials tritt dadurch ein, daß zusätzlich die Stirnfläche der Stempelfläche rutschhemmend ausgebildet ist. Diese Rutschhemmung kann durch Aufrauhung der vorstehend genannten Stempelflächen erfolgen.A further reduction in the stretching of the area below the face the stamp tip material occurs in that additionally End face of the stamp surface is designed to be non-slip. This Slip resistance can be achieved by roughening the above Stamp areas are made.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Mantelfläche des freien Endabschnitts und eventuell die Stirnfläche des Stempels mit umlaufenden Riefen oder Rippen versehen. Bei einer anderen Ausgestaltung der Rutschhemmung der Stempelflächen sind diese mit einer rutschhemmenden Beschichtung zu versehen.In an advantageous embodiment of the invention, the outer surface of the free end section and possibly the end face of the stamp circumferential grooves or ribs. In another configuration The slip resistance of the stamp surfaces is one anti-slip coating.

Die Reibwerterhöhung der Stempelflächen führt dazu, daß beim Eindringen des Stempels in das Fügeteil mehr Material aus dem der Fügestelle angrenzenden Bereich des Fügeteils eingezogen wird, welches für den hinterschnittbildenden Stauchprozeß zur Verfügung steht und daß die größere Streckung im Halsbereich der Fügestelle zu einer höheren Verfestigung dieses Halsbereichs und damit zu verbesserten Festigkeitskennwerten der Fügestelle führt.The increase in the coefficient of friction of the stamp surfaces leads to the fact that when the Stamp more material from the part adjacent to the joint into the joint Area of the joining part is drawn in, which for the undercut forming Compression process is available and that the greater stretch in the Neck area of the joint to strengthen this neck area and thus leads to improved strength parameters of the joint.

Da die Fügekraft durch eine impulsförmige Krafteinleitung erzeugt wird, wird sie von elastischen Wellen übertragen. Diese Wellen werden an Querschnittssprüngen der im Kraftfluß liegenden Bauteile reflektiert, was die Effektivität der Kraftübertragung verschlechtert. Um diesen Nachteil zumindest hinsichtlich des Stempels zu verringern, wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Übergang von der Stempelspitze zu dem in einem Stempelhalter fest einsetzbaren dickeren Stempelschaft zumindest weitestgehend stufenlos ausgebildet ist. Eine vorteilhafte Art, diesen Übergang stufenlos auszubilden ist die konische Ausführung dieses Übergangs. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Schaft des Stempels bis zu dem Beginn des Übergangs zu der Stempelspitze in den Stempelhalter eingeschoben ist. Um auch die Reflexion der Druckwellen am Ende des Stempelhalters zu reduzieren, ist es vorteilhaft, das freie Ende des Stempelhalters konisch verjüngt auszuführen.Since the joining force is generated by an impulsive application of force, it becomes transmitted by elastic waves. These waves are on Cross-sectional jumps of the components located in the power flow reflect what the Effectiveness of power transmission deteriorated. At least to this disadvantage with regard to the stamp, it is further proposed that the Transition from the stamp tip to that fixed in a stamp holder usable thicker punch shaft at least largely continuously is trained. An advantageous way of making this transition stepless the conical execution of this transition. It is advantageous if the Shank of the stamp until the start of the transition to the stamp tip is inserted into the stamp holder. To also reflect the pressure waves At the end of the stamp holder, it is advantageous to reduce the free end of the punch holder tapered.

Tritt eine Druckwelle von einem sehr großen Querschnitt auf einen sehr kleinen Querschnitt, so wird sie am Querschnittssprung überwiegend als Zugwelle reflektiert. Tritt dagegen eine Druckwelle von einem sehr kleinen Querschnitt auf einen sehr großen Querschnitt, wird sie am Querschnittssprung überwiegend als Druckwelle reflektiert. Dieses Verhalten kann man sich gezielt für die Erzeugung sehr großer Kräfte zunutze machen. Diesem folgend wird weiterhin vorgeschlagen, daß der Stempelhalter und die Matrize einen gegenüber der Stempelspitze wesentlich größeren Durchmesser haben und der Übergang vom Stempelhalter zu der Stempelspitze als deutlich ausgeprägte Stufe ausgebildet ist. Eine solche Ausgestaltung der Vorrichtung ist besonders für das Fügen von hochfesten Werkstoffen vorteilhaft.A pressure wave occurs from a very large cross section to a very small one Cross-section, so it is mainly at the cross-sectional jump as a draft wave reflected. On the other hand, a pressure wave of a very small cross section occurs to a very large cross-section, it becomes at the cross-sectional jump mainly reflected as a pressure wave. This behavior can be targeted harness for the generation of very large forces. This will be followed further suggested that the punch holder and the die one compared to the punch tip have a much larger diameter and Transition from the stamp holder to the stamp tip as clearly pronounced Stage is formed. Such a configuration of the device is special advantageous for joining high-strength materials.

Die Zeichnung veranschaulicht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, und zwar zeigenThe drawing illustrates an advantageous embodiment of the Invention, show

Fig. 1 das Oberteil der Vorrichtung; Figure 1 shows the upper part of the device.

Fig. 2 den in den Stempelhalter eingesetzten Stempel, die Matrize und die fertig ausgebildete Fügestelle und Fig. 2 shows the stamp used in the stamp holder, the die and the fully formed joint and

Fig. 3 eine andere Ausgestaltung des Stempelhalters, der Stempelspitze und der Matrize. Fig. 3 shows another embodiment of the stamp holder, the stamp tip and the die.

Die Zustelleinheit (1) bewegt den Stempel (2) auf die Fügestelle zu. Während der Zustellbewegung erzeugt das Schlagwerk (3) impulsförmige Kräfte, die über den Stempelhalter (4) auf den Stempel (2) übertragen werden. Die Schwingungen aus dem Schlagwerk (3) werden durch eine in einer bestimmten Frequenz schwingenden Tilgermasse (5), die über Federn (6) und einem Dämpfer (7) abgestützt ist, von der Tragkonstruktion ferngehalten. The delivery unit ( 1 ) moves the punch ( 2 ) towards the joint. During the infeed movement, the striking mechanism ( 3 ) generates pulsed forces which are transmitted to the stamp ( 2 ) via the stamp holder ( 4 ). The vibrations from the striking mechanism ( 3 ) are kept away from the supporting structure by a damper mass ( 5 ) vibrating at a certain frequency, which is supported by springs ( 6 ) and a damper ( 7 ).

Der Stempel (2) ist mit seinem Schaft (8) in den im unteren Bereich hülsenförmig ausgebildeten Stempelhalter (4) festsitzend und mit seiner oberen Stirnfläche an dem Hülsenboden (9) anliegend eingesetzt. Der Übergang (10) vom Stempelschaft (8) zur Stempelspitze (11) ist zur Stempelspitze (11) hin verjüngend konisch ausgeführt. Diese konische Verjüngung bewirkt, daß die auf die Konusfläche (12) auftreffenden Druckwellen nicht als den Druckwellen entgegenwirkende Zugwellen reflektiert werden.The stamp ( 2 ) is firmly seated with its shaft ( 8 ) in the stamp holder ( 4 ), which is sleeve-shaped in the lower region, and with its upper end face lies against the sleeve base ( 9 ). The transition ( 10 ) from the punch shaft ( 8 ) to the punch tip ( 11 ) tapers towards the punch tip ( 11 ). This conical taper has the effect that the pressure waves impinging on the conical surface ( 12 ) are not reflected as tension waves counteracting the pressure waves.

Der Stempelschaft (8) ist gerade so lang ausgebildet, daß er mit der unteren Kante des Stempelhalters (4) abschließt und der konisch ausgebildete Übergang (10) sich unmittelbar daran anschließt. Damit die sich im hülsenförmigen Teil des Stempelhalters (4) sich fortsetzenden Druckwellen an der vorderen Stirnfläche des hülsenförmigen Teils des Stempelhalters (4) nicht genau entgegengesetzt als Zugwellen reflektiert werden, ist die Stirnfläche (22) des hülsenförmigen Teils des Stempelhalters (4) ebenfalls konisch zur Stempelspitze (11) sich verjüngend ausgestaltet.The punch shaft ( 8 ) is just long enough that it ends with the lower edge of the punch holder ( 4 ) and the conical transition ( 10 ) immediately adjoins it. So that the pressure waves continuing in the sleeve-shaped part of the stamp holder ( 4 ) on the front end face of the sleeve-shaped part of the stamp holder ( 4 ) are not exactly reflected as tension waves, the end face ( 22 ) of the sleeve-shaped part of the stamp holder ( 4 ) is also conical designed to taper towards the stamp tip ( 11 ).

Der Mantel (13) der Stempelspitze (11) ist mit umlaufenden Riefen (14) versehen, die gegenüber der sich beim Fügevorgang an die Mantelfläche (13) anlegenden Materialpartie (15) des oberen Fügeteils (16) rutschhemmend wirken. Damit wird die Materialpartie (15) des oberen Fügeteils (16) stärker gestreckt, wodurch einerseits mehr Material aus dem Randbereich (17) des oberen Fügeteils (16) herausgezogen wird, welches für den hinterschnittbildenden Stauchprozeß im Übergang (18) zu der Bodenfläche (19) der Fügestelle zur Verfügung steht. Die größere Streckung der Materialpartie (15) führt zu einer höheren Härte dieser Materialpartie und somit zu einer höheren Verfestigung der Fügestelle.The jacket ( 13 ) of the punch tip ( 11 ) is provided with circumferential grooves ( 14 ) which have an anti-slip effect on the material part ( 15 ) of the upper joining part ( 16 ) which lies against the jacket surface ( 13 ) during the joining process. The material section ( 15 ) of the upper joining part ( 16 ) is thus stretched more, whereby on the one hand more material is pulled out of the edge area ( 17 ) of the upper joining part ( 16 ), which is used for the undercut forming upsetting process in the transition ( 18 ) to the bottom surface ( 19 ) the joint is available. The greater stretching of the material section ( 15 ) leads to a higher hardness of this material section and thus to a higher strengthening of the joint.

Um dem Fließverhalten der Bodenfläche (19) der Fügestelle beim Einpressen der Stempelspitze (11) in das obere Fügeteil (16) einen Fließwiderstand entgegenzusetzen, ist die Stirnfläche (20) der Stempelspitze (11) ebenfalls mit rutschhemmenden, zur Mittelachse des Stempels konzentrisch verlaufenden Riefen versehen.In order to counter the flow behavior of the bottom surface ( 19 ) of the joint when the punch tip ( 11 ) is pressed into the upper joining part ( 16 ), the end face ( 20 ) of the punch tip ( 11 ) is also provided with non-slip grooves that are concentric with the central axis of the punch Mistake.

Die Matrize (20) inklusive ihres nicht dargestellten Halters bzw. einer ebenfalls nicht dargestellten an der Matrize (20) angebrachten Prallmasse sollte mindestens so lang sein wie der Schlagkolben des Schlagwerks (3), um eine gute Impulsübertragung zu gewährleisten. Vorzugsweise sollten diese Bauteile möglichst lang ausgeführt sein, was den energetischen Wirkungsgrad in Folge größerer Berührzeiten und damit vollständigerer Impulsübertragung verbessert. Der Durchmesser des Stempelhalters (4) sollte möglichst dem Durchmesser des Schlagwerkkolbens entsprechen, um eine möglichst hohe Effektivität bei der Impulsübertragung vom Kolben auf den Stempelhalter zu gewährleisten.The die ( 20 ) including its holder, not shown, or an impact mass, also not shown, attached to the die ( 20 ) should be at least as long as the percussion piston of the striking mechanism ( 3 ) in order to ensure good impulse transmission. These components should preferably be made as long as possible, which improves the energy efficiency as a result of longer contact times and thus more complete pulse transmission. The diameter of the punch holder ( 4 ) should correspond as closely as possible to the diameter of the striking piston in order to ensure the greatest possible effectiveness in the transmission of impulses from the piston to the punch holder.

In Fig. 3 ist eine andere Ausgestaltung des Stempelhalters (4a) und der Stempelspitze (2a) dargestellt. Hierbei ist der Stempelhalter (4a) in seinem Durchmesser dem Durchmesser der Matrize (21a) angepaßt, während der Durchmesser der Stempelspitze (2a) wesentlich kleiner ist und der Übergang vom Stempelhalter (4a) zu der Stempelspitze (2a) als deutlich ausgeprägte Stufe ausgebildet ist.In Fig. 3 another embodiment of the stamp holder ( 4 a) and the stamp tip ( 2 a) is shown. Here, the punch holder ( 4 a) is adapted in diameter to the diameter of the die ( 21 a), while the diameter of the punch tip ( 2 a) is much smaller and the transition from the punch holder ( 4 a) to the punch tip ( 2 a) than clearly developed level.

Querschnittssprünge der im Kraftfluß liegenden Bauteile können die Effektivität der Kraftübertragung nicht nur verschlechtern, sondern auch entscheidend verbessern. Trifft eine Druckwelle mit vergleichsweise großer Länge (Primärwelle) von dem Stempelhalter (4a) auf einen Querschnittssprung (22) (vom Stempelhalter (4a) zur Stempelspitze (2a)), so geschieht folgendes:
Ein großer Teil der Druckwelle wird am Querschnittssprung (22) als Zugweile reflektiert. Diese reflektierte Zugwelle wird am Ende (23) des Stempelhalters (4a) wieder in eine Druckwelle umgewandelt und eilt wiederum auf den Querschnittssprung (22) zu. Ein Teil der primären Druckwelle wird jedoch bereits sofort in den inneren Querschnitt der Stempelspitze (2a) übertragen und am Querschnittssprung (24) der Matrize (20a) weitestgehend als Druckwelle reflektiert. Diese reflektierte Druckwelle überlagert sich der weiterhin eintreffenden primären Druckwelle, so daß die resultierende Spannungsamplitude erhöht wird. Die resultierende Spannungswelle wird am Querschnittssprung (22) wiederum weitestgehend als Druckwelle reflektiert und überlagert sich erneut mit der immer noch in den engen Querschnitt der Stempelspitze (2a) eintreffenden Primärwelle. Diese Vorgänge wiederholen sich in sehr kurzen Zeitintervallen, so daß es schnell zu großen Spannungserhöhungen in Folge der überwiegend gleichphasigen Reflexionen kommt. Ist die eintreffende Primärwelle im Verhältnis zur Länge des verringerten Stempelquerschnitts lang, so werden in diesem engen Querschnitt durch die überwiegend als Druckwellen reflektierten Reflexionswellen mit der eintreffenden Primärwelle extrem hohe Spannungen erzeugt. Eine Gestaltung von Stempelhalter (4a), Stempelspitze (2a) und Matrize (21a) hinsichtlich der Querschnitte, wie in Fig. 3 dargestellt, kann daher für das Fügen von hochfesten Werkstoffen vorteilhaft sein. Allerdings wird die Effektivität der Energieübertragung durch die Querschnittssprünge leicht verschlechtert.Cross-sectional jumps in the components lying in the power flow can not only worsen the effectiveness of the power transmission, but also significantly improve it. If a pressure wave with a comparatively large length (primary wave) strikes the stamp holder ( 4 a) on a cross-sectional jump ( 22 ) (from the stamp holder ( 4 a) to the stamp tip ( 2 a)), the following occurs:
A large part of the pressure wave is reflected at the cross-sectional jump ( 22 ). This reflected tensile wave is converted back into a pressure wave at the end ( 23 ) of the punch holder ( 4 a) and in turn rushes towards the cross-sectional jump ( 22 ). However, part of the primary pressure wave is immediately transmitted into the inner cross-section of the punch tip ( 2 a) and largely reflected as a pressure wave at the cross-sectional jump ( 24 ) of the die ( 20 a). This reflected pressure wave is superimposed on the primary pressure wave that continues to arrive, so that the resulting voltage amplitude is increased. The resulting voltage wave is again largely reflected as a pressure wave at the cross-sectional jump ( 22 ) and is again superimposed on the primary wave still arriving in the narrow cross-section of the punch tip ( 2 a). These processes are repeated in very short time intervals, so that there are rapid increases in voltage as a result of the predominantly in-phase reflections. If the incoming primary wave is long in relation to the length of the reduced stamp cross section, extremely high voltages are generated in this narrow cross section by the reflection waves, which are predominantly reflected as pressure waves, with the incoming primary wave. A design of the punch holder ( 4 a), punch tip ( 2 a) and die ( 21 a) with regard to the cross sections, as shown in FIG. 3, can therefore be advantageous for joining high-strength materials. However, the effectiveness of the energy transfer is slightly deteriorated by the cross-sectional jumps.

Claims

1. Device for mechanically joining metal sheets, profiles and / or multi-sheet connections, in which the punch enters a group consisting of upper part and die joining tool by multiple, rapid successive acting on it impacts or pulsating in an excitation frequency in a to mating part, characterized in that the circumferential surface (13) of the punch (2) at least in non-slip in the region of the front free end portion of the punch (2).

2. Device according to claim 1, characterized in that in addition the end face ( 20 ) of the punch tip ( 11 ) is designed to be non-slip.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the outer surface ( 13 ) of the punch tip ( 11 ) and possibly the end face ( 20 ) of the punch tip ( 11 ) is roughened.

4. Apparatus according to claims 3, characterized in that the lateral surface ( 13 ) of the punch tip ( 11 ) and possibly the end face ( 20 ) of the punch tip ( 11 ) has grooves ( 14 ) or ribs.

5. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the stamp tip ( 11 ) and possibly the end face ( 20 ) of the stamp tip ( 11 ) is provided with an anti-slip coating.

6. The device according to claim 1, characterized in that the transition ( 10 ) from the stamp tip ( 11 ) to the in the stamp holder ( 4 ) fixed insert thicker stamp shaft ( 8 ) is at least largely continuously.

7. The device according to claim 5, characterized in that the transition is conical.

8. The device according to claim 5, characterized in that the shaft ( 8 ) of the stamp ( 1 ) up to the beginning of the transition ( 10 ) to the stamp tip ( 11 ) is inserted into the stamp holder ( 4 ).

9. The device according to claim 7, characterized in that the free end of the punch holder ( 4 ) is tapered towards the front.

10.Device for the mechanical joining of sheets, profiles and / or multi-sheet connections, in which the stamp of a tool consisting of the upper part and the die penetrates into a part to be joined by several short-term successive impacts or pulsating at an excitation frequency that the stamp holder ( 4 a) and the die ( 21 a) have a substantially larger diameter than the stamp tip ( 2 a) and the transitions from the stamp holder ( 4 a) to the stamp tip ( 2 a) and from the stamp tip ( 2 a ) to the die ( 21 a) are designed as distinct steps.