DE10116736B4

DE10116736B4 - Werkzeug für eine Durchsetzfügeverbindung

Info

Publication number: DE10116736B4
Application number: DE10116736A
Authority: DE
Inventors: Eugen Rapp
Original assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Current assignee: Tox Pressotechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2000-04-05
Filing date: 2001-04-04
Publication date: 2012-05-31
Anticipated expiration: 2021-04-05
Also published as: CA2405098A1; ATE386598T1; AU2001262026A1; MXPA02009762A; BR0109868A; EP1268100B1; KR100869404B1; KR20030014381A; US7681296B2; DE10116736A1; US20090007738A1; EP1268100A2; JP2003530221A; DE50113633D1; US20040045153A1; WO2001076788A8; CN1257027C; WO2001076788A1; CN1422193A

Abstract

Werkzeug für eine Durchsetzfügeverbindung, – mit einem Formstempel (1) und mit einer eine Sacköffnung (3) mit in Bewegungsrichtung des Formstempels (1) verlaufenden radialen Begrenzungswänden und einem quer dazu verlaufenden Boden (12) aufweisenden Gesenkmatrize (4, 6) und – mit einer dem zu verdrängenden Material angepaßten Abmessungen des Volumens von Stempel (1) und Sacköffnung (3), – mit mehreren, über den Umfang der Sacköffnung (3) verteilten Abschnitten der Begrenzungswände, die als radial nachgiebige Segmente (7) ausgebildet und gegen eine Federkraft verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, – dass die Segmente (7) in Wandausnehmungen der Gesenkmatrize (4, 6) geführt und ausgebildet sind, – dass diese Segmente auf dem Boden radial verschiebbar sind und – dass die dazwischenliegenden Abschnitte (5) der Begrenzungswände unnachgiebig gestaltet sind, wobei – die Federkraft durch eine am Gesenk angeordnete Blatt- oder Stabfeder (8) erzeugt wird.

Description

Stand der Technik und dessen Nachteile
Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug zum Verbinden von Bauteilen wie Platten, Bolzen, Mutter u. dgl. mit einer Platte unter Bildung einer Durchsetzfügeverbindung nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Ein gattungsgemäßer Stand der Technik ist beispielsweise aus der DE 84 08 795 U1 bekannt.
Bei einem anderen bekannten Werkzeug ( DE 35 32 900 A1 ) 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 als Durchsetzfügeverbindung bezeichnet. Sie ist vor allem 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 einem weichen, verformbaren 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 dieses sehr schnell und exakt arbeitenden Durchsetzfügewerkzeugs, bei dem die Matrize unnachgiebige Begrenzungswände aufweist, führt zu Verbindungspunkten begrenzter Elastizität.
Der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeug zu entwickeln, bei dem bei Inanspruchnahme nur eines geringen Raumes eine höhere Festigkeit des Verbindungspunktes sowie eine größere Funktionssicherheit erzielbar ist.
Die Erfindung und ihre Vorteile
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. Diese Merkmale haben gegenüber dem Stand der Technik 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 wesentlich höher sind als bei den bekannten Verbindungspunkten. Vorteilhafterweise wird trotz der gewonnenen Elastizität des Verbindungspunktes das hohe Arbeitsvermögen des Werkzeuges beibehalten.
Das erfindungsgemäße Werkzeug hat zudem den 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 bestehen ( DE 44 35 460 A1 und DE 297 00 868 U1 ), 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 können, wodurch die angestrebte Verbindungsqualität nicht erzielbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Aufteilung des radialen Widerstandes erfolgt im Gegensatz zu den bekannten Werkzeugen eine abwechselnde und damit unterschiedliche Materialbeanspruchung des bearbeiteten Materials, die wiederum gleichmäßig auf den Umfang verteilt ist und damit diese höhere Elastizität bewirkt. Eine sich dadurch ergebende wellige Form ist zudem optisch sehr ansprechend.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugs ist die Verteilung des radialen Widerstandes in Bezug auf den Umfang der Matrizenöffnung zentralsymmetrisch. Hierdurch wird eine gleichmäßige Festigkeit des Verbindungspunktes erzielt.
Nach einer zusätzlichen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Durchsetzfügeverbindung durch Hinzufügen von Klebstoffen in ihrer Festigkeit verbesserbar.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung entspricht die Segmenthöhe der Tiefe der Sacköffnung, wodurch vorteilhafterweise erreicht wird, dass der Boden der Sacköffnung in seiner Ebene erhalten bleibt auch für die durch Nachgeben der Segmente vergrößerte Sacköffnung.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung ist in Ausgangslage (vor dem Fügevorgang) das Volumen des zu verdrängenden Materials etwas größer als das Volumen der Sacköffnung abzüglich des Eindringvolumens des Formstempels. Hierdurch bewirkt nur der Volumenüberschuss das radiale Verschieben der Segmente, so dass eine formschlüssige Verbindung erzielt wird.
Nach einer 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 zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung sind die Segmente auf einer der die Segmente aufnehmenden Ausnehmungen geführt, die in einer Ebene mit dem Boden der Sacköffnung verlaufen und seitliche Führungswände aufweisen, welche in der radialen Verschiebrichtung der Segmente verlaufen. Irgendwelche Materialreste werden bei dieser Arbeitsbewegung des Werkzeugs weggeschoben und/oder ausgeworfen ohne die Gefahr, sich in einem Spalt o. dgl. funktionshemmend abzulagern.
Nach einer zusätzlichen Ausgestaltung der Erfindung verlaufen die einander gegenüberliegenden Führungswände der Segmente an den unnachgiebigen Wandabschnitten parallel zueinander.
Die Federkraft wird erfindungsgemäß durch am Gesenk angeordnete Blatt- oder Stabfedern erzeugt. Abgesehen davon, daß derartige Federn leicht anbringbar und funktionssicher sind, erfordern sie nur ein geringes Bauvolumen.
Nach einer 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, wie viele 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:
1 das Werkzeug in Explosionsdarstellung und im Teilschnitt nach I in 2,
2 einen Teilschnitt gemäß II-II in 1,
3–5 Varianten des Ausführungsbeispiels.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 ist ein erfindungsgemäßes Werkzeug in Explosionsdarstellung gezeigt, 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 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 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 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 2 dargestellten Gegenstand vier Segmente 7 vorgesehen sind, weist die Variante nach 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.

Claims

Werkzeug für eine Durchsetzfügeverbindung, – mit einem Formstempel (1) und mit einer eine Sacköffnung (3) mit in Bewegungsrichtung des Formstempels (1) verlaufenden radialen Begrenzungswänden und einem quer dazu verlaufenden Boden (12) aufweisenden Gesenkmatrize (4, 6) und – mit einer dem zu verdrängenden Material angepaßten Abmessungen des Volumens von Stempel (1) und Sacköffnung (3), – mit mehreren, über den Umfang der Sacköffnung (3) verteilten Abschnitten der Begrenzungswände, die als radial nachgiebige Segmente (7) ausgebildet und gegen eine Federkraft verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, – dass die Segmente (7) in Wandausnehmungen der Gesenkmatrize (4, 6) geführt und ausgebildet sind, – dass diese Segmente auf dem Boden radial verschiebbar sind und – dass die dazwischenliegenden Abschnitte (5) der Begrenzungswände unnachgiebig gestaltet sind, wobei – die Federkraft durch eine am Gesenk angeordnete Blatt- oder Stabfeder (8) erzeugt wird.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung des radialen Widerstandes in bezug auf den Umfang der Matrizenöffnung (3) zentral symmetrisch ist.
Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsetzfügeverbindung durch Hinzufügen von Klebstoffen ergänzt wird.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Segmente (7) der Tiefe der Sacköffnung (3) entspricht.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Ausgangslage (vor dem Fügevorgang) das Volumen des zu verdrängenden Materials etwas größer ist als das Volumen der Sacköffnung (3) abzüglich des Volumens des Formstempels (1).
Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (7) in die Segmente (7) aufnehmenden Wandausnehmungen (10) der Gesenkmatrize (4, 6) 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.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die einander gegenüberliegenden Führungswände der Segmente (7) in einer Wandausnehmung (10) an den unnachgiebigen Wandabschnitten (5) parallel zueinander verlaufen.
Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (8, 15) in Längsnuten (11) des Gesenkes (6) geführt sind.
Werkzeug nach Anspruch 8, 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 (8) eine Kröpfung (9) derselben in Richtung der Mantelteile vorhanden ist.
Werkzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) in einer quer zur Antriebsrichtung verlaufenden Teilungsebene der Matrize angeordnet ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (7) kreuz- oder sternförmig ausgebildet ist.
Werkzeug nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Längsrichtung und/oder stirnseitig am Matrizenbodenteil Nuten zur Aufnahme Federn und/oder des Verbindungsabschnitts vorhanden sind.