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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verbinden
von Bauteilen entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Um
zwei oder mehr Bauteile aus verschiedenen Materialien zu verbinden,
wobei eines der Materialien nicht umformbar ist (z.B. Federstahl,
Magnesium, Kunststoff), gibt es verschiedene Verfahren. Bei einigen
wird das umformbare Material mit einem Stempel in oder durch ein
zuvor eingebrachtes Loch im nicht umformbaren Material gezogen.
In dem Loch oder darunter wird auf einem Amboss das Material so gequetscht,
dass es radial nach aussen fliesst und das nicht umformbare Material
hintergreift. Bei einem anderen Verfahren wird das untere Material
mit einer Stanzbuchse gelocht und über einen Amboss und den Stanzbutzen
das obere Material in der Bohrung verpresst.
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Sollen
umformbare mit nicht umformbaren Materialien ohne Hilfsteile verbunden
werden, können
Verbindungsverfahren nach Pat. US-A-38 28 517,
DE 39 34 743 A1 ,
EP 0155618 oder
DE 10250342A1 eingesetzt
werden.
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Diese
Verfahren wurden hauptsächlich
entwickelt, um unterschiedlich dicke oder einseitig perforierte
Materialien zu verbinden.
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Beim
Verfahren nach US-A-38 28 517 wird ein Bauteil gelocht und am anderen
eine Art Niet angeformt, welcher länger als die Blechdicke des
gelochten Bauteiles ist. Beim Verbinden wird dieser Niet in das
Loch gesteckt und auf der überstehenden
Seite so verpresst, dass eine Art Nietkopf entsteht.
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Hier
sind drei Arbeitsgänge
vor dem eigentlichen Verbinden nötig.
Einmal das Lochen, dann das Anformen des Nietes in einem Ziehprozess
und noch das fügen
der Bauteile.
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Das
Verfahren nach
DE 39 34 743 dient hauptsächlich zum
Verbinden von dünnem
in dickes Material. Hier wird das obere Material in eine Sufenbohrung
im unteren Material gezogen und im grösseren Durchmesser auf einem
Amboss radial verpresst, wobei ein hinterfliessen des unteren Bleches
stattfindet und die Teile verbindet.
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Bei
EP 0155618 findet der gleiche
Prozess statt, dabei werden aber gleich dicke Materialien miteinander
verbunden. Es entfällt
hier das Anbringen einer Stufenbohrung.
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Diese
Verfahren benötigen
jedoch Vorarbeiten wie das Lochen oder Anbringen einer gestuften Bohrung
in einem Bauteil, zum Teil das Anformen eines Nietes im gegenüberliegenden
Teil. Aufwändig gestaltet
sich hierbei das Fügen
der Teile vor dem Verbinden, da das Teil mit dem Loch exakt zu dem Ziehstempel
zentriert sein muss, der das obere Material durch das Loch zieht.
Eine automatisierte Zuführung
ist hierbei nur mit grosser Genauigkeit aller Teile zu realisieren,
da der Durchmesser des Zentrierstiftes nur unwesentlich kleiner
sein kann als der vorhandene Lochdurchmesser. Dies ist in der Praxis nur
mit grossem Kostenaufwand zu realisieren und kommt dadurch kaum
zum Einsatz.
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Die
DE 102 50 342 A1 zeigt
ein Verfahren, mit dem ein umformbares mit einem nicht oder eingeschränkt umformbaren
Material verbunden wird, ohne das nicht umformbare vorzulochen.
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Nachteilig
dabei ist jedoch, dass das nicht umformbare Material relativ dick
sein muss, weil das Hinterfliessen in diesem Material durch die
entstande leicht konische Form der Stanzung stattfindet.
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Da
sich die Form der Stanzung mit zunehmendem Verschleiss der Stanzbuchse ändern kann, ergeben
sich daraus auch unterschiedliche Festigkeiten der Verbindung. Dadurch
ist eine Reproduzierbarkeit nicht gegeben.
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Durch
das Verpressen des oberen Materiales im unteren, kann es zu Aufwerfungen
um den Verbindungsbereich kommen, vor allem, wenn das untere Material
weicher als das obere ist. Durch die feste Stanzbuchse ist es nicht
möglich,
dass das obere Material durch das untere durchgezogen wird und es unterhalb
des unteren Bleches hintergreift, weil der Durchmesser der Stanzbuchse
gleich dem Durchmesser der Stanzung ist und ein hintergreifen dadurch
verhindert. Der Stanzbutzen, der zur Verpressung des oberen Materiales
im unteren Material verbleibt, kann je nach Materialpaarung so gestaucht werden,
dass er zum Teil in der Bohrung verklemmt wird und zum Teil über dem
unteren Material übersteht.
Ein entfernen des Stanzbutzens ist somit nur mit einem weiteren
Arbeitsschritt und Spezialwerkzeug zu bewerkstelligen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Verfahren und ein Werkzeug zu schaffen,
bei dem keinerlei Vorarbeiten nötig
sind um die Bauteile zu verbinden, Zentrierungen des Bauteils zum
Werkzeug nicht benötigt
werden und reproduzierbare Verbindungen mit optimalen Haltekräften erzielt
werden.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch
1 gelöst.
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Mit
diesem Verfahren können
umformbare z.B.: Stahlbleche mit nicht umformbaren z.B.: Federstahl,
Magnesium, Kunststoff u.s.w. vorteilshaft verbunden werden. Dies
wird durch die Verbindung des Lochens und Verbindens in einem Hub
ermöglicht. Die
Hintergreifung unterhalb des nicht umformbaren Materials mit dem
formbaren ergibt reproduzierbare Verbindungen mit sehr guten Festigkeiten.
Diese Verbindungen können
mit herkömmlichen
Anlagen, welche z.B. beim Durchsetzfügen eingesetzt werden, hergestellt
werden. Durch das Hintergreifen können auch dünnste nicht umformbare Materialien (z.B.:0.05mm-0,5mm)
mit umformbaren Materialien verbunden werden. Die Geometrie des
gestanzten Loches hat keinen Einfluss auf die Haltekräfte. Der Stanzbutzen
liegt in der Matrizenöffnung
und wird nach dem Verbinden ausgeworfen. Durch eine weitere vorteilshafte
Ausgestaltung des Werkzeuges kann auch weiches nicht umformbares
Material z.B. Kunststoff mit härterem
Material z.B.: Stahl verbunden werden. Bei so einer Verbindung würde der
Stanzbutzen komplett gequetscht werden und die Matrize in ihrer Funktion
beeinträchtigen
oder sogar zerstören.
Dies wird durch ein zweistufiges Verfahren gelöst, indem der Stempel in der
ersten Stufe so weit nach unten fährt, bis die Stanzung ausgeführt ist.
Nun wird der Stempelhub gestoppt. Der Stanzbutzen wird in einer Bohrung
eines Schiebers in der Matrize aufgenommen und nach aussen transportiert.
Der Schieber bleibt in dieser Position, während in der zweiten Stufe der
Stempelhub fertig ausgeführt
wird. Der harte Schieber übernimmt
nun die Funktion des Stanzbutzens auf dem die Verpressung stattfindet.
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Um
Presskraft zu reduzieren, kann der Stempelhub auch taumelnd, schlagend
oder vibrierend ausgeführt
werden.
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Beschreibung:
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Das
erfindungsgemässe
Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
erläutert.
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1 stellt
den Ablauf vor dem Verbinden dar.
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2 stellt
den Ablauf der Verbindung des Stanzens und Verbindens dar.
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3 und 4 stellen
eine Alternative mit Schieber dar, bei dem das Lochteil vor dem
Pressvorgang ausgeworfen wird.
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5 stellt
eine weitere Alternative dar, bei der der Stempel eine Taumelbewegung
ausführt.
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Das
Verfahren erfolgt mittels eines Pressstempels 1 und einer
Matrize, bestehend aus beweglichen Segmenten 5, und einem
Amboss 6. Zwischen dem Stempel und der Matrize sind die
zu verbindenden Teile so angeordnet, dass das nicht umformbare Material 4 auf
der Matrize aufliegt und das formbare Material 3 dem Pressstempel 1 und
dem Niederhalter 2 zugewandt ist.
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Wird
der Stempel in Richtung Matrizenöffnung 9 bewegt
sh. 2, wird das nicht umformbare Material 4 gelocht
und das formbare Material 3 durch das entstandene Loch
durchgesetzt. Dies erfolgt dadurch, weil die benötigte Kraft für das radiale
Breiten des oberen Materials 3 grösser ist als die benötigte Stanzkraft
des unteren Materials 4. Liegt nun der Stanzabfall 10 auf
dem Amboss 6 auf, erfolgt das radiale breiten des oberen,
formbaren Materials 3. Durch die grosse radiale Kraft beim
Breiten werden die Segmente 5 nach aussen gedrückt, welche
vorher durch die Niederhaltekraft des Abstreifers über das
Material in Ihrer Ausgangslage gehalten wurden.
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Das
nach aussen fliessende obere formbare Material 3 hintergreift
nun das gelochte untere Material 4 und ergibt somit eine
von oben gesehen gasdichte Verbindung.
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Nach
der Entnahme des verbundenen Bauteils wird der Stanzabfall 10 z.B. über einen
z.B. gefederten Auswerfer 7 aus der Matrizenöffnung 9 entfernt.
Dies kann auch über
andere Vorrichtungen wie z.B. Ausblasen oder über einen Schieber erfolgen.
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Um
eine optimale Stanzung zu ermöglichen, kann
die Geometrie der Schnittkante an den beweglichen Segmenten 5 variabel
gestaltet sein. Dies gilt auch für
die Seite der Segmente 5, welche als Auflagefläche für das Material 4 dient.
Damit kann ein vorzeitiges öffnen
der Segmente 5 verhindert werden.
Sh. Einzelheit 1
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Bei
weichem nicht umformbarem Material, z.B. Kunststoff, welches beim
Verpressen stark deformiert würde,
kann z.B. mit einem Schieber gearbeitet werden. Sh. 3+4.
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Bei
der Schiebervariante wird der Stempelhub nach dem Lochen gestoppt.
Der Schieber, angetrieben z.B. durch einen Pneumatikzylinder o.ä., transportiert
das Lochteil nach aussen und bildet mit dem nachgeschobenen Teil
den Amboss. Nun kann der Stempel weiterfahren und die Radialpressung vollenden.
Dies kann auch als mehrstufiges Verfahren bezeichnet werden.
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Um
die Presskraft zu verringern kann der Stempelhub auch „taumelnd" ausgeführt werden. Siehe 5