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Die
Erfindung betrifft eine Fügevorrichtung zum Durchsatzfügen
zweiter Fügeteile nach dem Oberbegriff von Patentanspruch
1.
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Eine
solche Fügevorrichtung ist aus der
DE 10 2006 028 568 A1 bekannt.
Eine solche Fügevorrichtung dient zum Verbinden von zumindest
zwei überlappend angeordneten Fügeteilen. Von
einer Seite des Überlappungsbereichs der Fügeteile
wird eine Schneidmatrize, welche konzentrisch zu einem Amboss angeordnet
ist, gegen die Fügeteile angepresst. Von der Gegenseite
werden die Fügeteile durch einen beweglichen Niederhalter
zusammengehalten. Mittels einer beweglichen Stempeleinheit wird eine
Stanzkraft aufgebracht, durch die von der Schneidmatrize ein Teilbereich
des ersten Fügeteils ausgestanzt wird. Durch einen weiteren
Stempel wird das zweite Fügeteil in die ausgestanzte Öffnung
eingepresst und fließt um die Kanten der ausgestanzten Öffnung,
so dass sich. ein Hinterschnitt ergibt. Hierdurch wird eine formschlüssige
Verbindung der beiden Fügeteile erzielt, ohne das separate
Fügeelemente benötigt werden.
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Bei
bekannten Fügevorrichtungen verbleibt der ausgestanzte
Stanzbutzen in der Stanzmatrize und wird vom federnd gelagerten
Amboss gehalten. Beim Entfernen der Fügeteile aus der Vorrichtung kehrt
der Amboss die Federkraft in seine Ausgangslage zurück,
wodurch der Stanzbutzen nach oben hin aus der Schneidmatrize ausgeworfen
wird. Dieser Auswurf erfolgt unkontrolliert, so dass die ausgeworfenen
Stanzbutzen nachfolgenden Fügevorgänge behindern
können. Je nach Geometrie der zu fügenden Bauteile
kann es auch dazu kommen, dass die Stanzbutzen in Hohlräumen
der gefügten Teile verbleiben und nachträglich
nicht mehr oder nur mit großem Aufwand entfernt werden
können.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Fügevorrichtung
nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welche
eine kontrollierte Abfuhr der Stanzbutzen ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Fügevorrichtung mit den Merkmalen
des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Eine
derartige Fügevorrichtung zum Verbinden von zumindest zwei überlappend
angeordneten Fügeteilen weist eine Schneidmatrize zum Stanzen eines
ersten Fügeteils, einen beweglichen Niederhalter sowie
eine bewegliche Stempeleinheit auf. Durch die Stempeleinheit wird
eine Stanzkraft zum Stanzen des ersten Fügeteils und eine
Kraft zum Durchsetzfügen eines zweiten Fügeteils
mit dem vorgestanzten ersten Fügeteils aufgebracht. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Schneidmatrize einen konischen Aufnahmebereich zum Aufnehmen
eines durch Zusammenwirken der Stempeleinheit mit der Schneidmatrize
ausstanzbaren Stanzbutzens aufweist. Der aus dem Stand der Technik
bekannte Amboss wird also durch den konischen Aufnahmebereich ersetzt,
in welchem der Stanzbutzen verbleibt. Ein unkontrollierter Auswurf
des Stanzbutzens nach oben hin erfolgt nicht, so dass nachfolgende
Fügevorgänge nicht behindert werden.
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Vorzugsweise
weist die Schneidmatrize einen Abführkanal zum Abführen
der Stanzbutzen auf, welcher in den konischen Aufnahmebereichen
mündet. Durch diesen Kanal können die Stanzbutzen kontrolliert
nach unten hin abgeführt werden und gegebenenfalls in einem
Aufnahmebehälter gesammelt werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weist ein Mündungsbereich
des Abführkanals in den konischen Aufnahmebereich einen
geringeren Durchmesser auf, als eine kreisförmige Schneidkante
der Schneidmatrize. Die Stanzbutzen können also nicht einfach
durch den Abführkanal fallen, sondern stauen sich in diesem
und werden durch jede nachfolgende Stempelbewegung weiter in den
Kanal eingepresst. Die Stanzbutzen üben daher eine Gegenkraft gegen
den Stempel auf, welche ein besonders kontrolliertes Durchsetzfügen
ermöglicht.
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Es
ist daher besonders zweckmäßig, wenn sich ein
dem konischen Aufnahmebereich abgewandter Bereich des Abführkanals
sich gegenüber dem Mündungsbereich wieder erweitert.
Der Butzenstau wird dadurch auf eine bestimmte Länge begrenzt,
durch welche die Gegenkraft auf den Stempel kontrolliert werden
kann.
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Vorzugsweise
weist die Stempeleinheit einen ersten Stempel zum Aufbringen der
Stanzkraft und einen zum ersten Stempel konzentrischen zweiten Stempel
zum Durchsetzfügen des zweiten Fügeteils mit dem
vorgestanzten ersten Fügeteils auf. Hierdurch können
die Kräfte zum Stanzen und zum eigentlichen Durchsetzfügen
unabhängig voneinander kontrolliert werden, so dass ein
besonders prozesssicheres Durchsetzfügen ermöglicht
wird.
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Alternativ
hierzu können auch einteilige Stempeleinheiten verwendet
werden. Eine solche Stempeleinheit weist einen ersten Stempelbereich zum
Aufbringen der Stanzkraft und einen zweiten Stempelbereich zum Durchsetzfügen
des zweiten Fügeteils mit dem vorgestanzten Fügeteil
auf. Der zweite Stempelbereich ist hierbei axial hinter dem ersten
Stempelbereich angeordnet und weist einen größeren
Durchmesser auf. Die aufgebrachten Kräfte zum Stanzen und
Durchsetzfügen können dabei gegebenenfalls durch
radiale Abschrägung der Bereiche bzw. eines Übergangs
zwischen den beiden Stempelbereichen kontrolliert werden. Eine solche Lösung
ist mechanisch besonders einfach und robust.
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Im
Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen
anhand der Zeichnungen näher erläutert werden.
Hierbei zeigen:
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1 bis 6 ein
Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen
Fügevorrichtung in verschiedenen Stadien des Durchsetzfügens
zweier Bleche;
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7 eine
alternative Stempeleinheit für ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Fügevorrichtung;
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8 und 9 alternative
Ausbildungen von Niederhaltern für ein Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäße Fügevorrichtung;
und
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10 und 11 alternative
Ausbildungen von Schneidmatrizen für Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Fügevorrichtungen.
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1 zeigt
eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Fügevorrichtung
zum Fügen zweier Bleche 12, 14 nach Art
des Durchsetzfügens oder Clinchens. Die beiden Bleche 12, 14 unterscheiden
sich hierbei bevorzugt in ihrer Festigkeit. Das untere Blech 12 kann
eine besonders hohe Festigkeit aufweisen. Hierfür können
beispielsweise hochfeste Stahlbleche wie pressgehärtete
Warmumformstähle verwendet werden. Das obere Blech 14 muss
dagegen weicher sein. Hierfür können beispielsweise
Aluminiumbleche Anwendung finden.
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Die
Bleche 12, 14 werden zum Fügen zunächst
von einem Niederhalter 16 gegen eine Anlagefläche 18 einer
Schneidmatrize 20 gepresst. Anschließend wird,
wie in 2 gezeigt, eine Stempeleinheit 22, die
koaxial zum Niederhalter 16 ausgebildet wird auf die Bleche 12, 14 zu
bewegt. Die Stempeleinheit 22 umfasst einen äußeren
Stempel 24 so wie einen dazu koaxialen inneren Stempel 26.
Durch die Stempeleinheit 22 werden die Bleche 12, 14 verformt,
wobei das Blech 12 gegen eine Schneidkante 28 der
Schneidmatrize 20 angepresst wird. Beide Bleche 12, 14 verformen
sich in einen konischen Aufnahmebereich 30 der Schneidmatrize 20 hinein.
Im Anlagebereich 32 des Bleches 12 an die Schneidkante 28 reißt
das Blech 12 schließlich an.
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Zu
diesem Zeitpunkt, wird, wie in 3 dargestellt,
der äußere Stempel 24 der Stempeleinheit 22 in
Position gehalten und der innere Stempel 26 weiter verfahren.
Ein von der kreisförmigen Schneidkante 28 der
Schneidmatrize 20 umgebener Stanzbutzen 34 bricht
dabei aus dem unteren Blech 12 aus und wird in den konischen
Aufnahmeraum 30 der Schneidmatrize 20 gedrückt.
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4 zeigt
die Fügevorrichtung 10 in der gleichen Stellung
wie 3, jedoch nach mehreren Fügevorgängen.
Die Stanzbutzen 34 sammeln sich im konischen Aufnahmebereich 30 sowie
in einem daran anschließenden Abführkanal 36.
Die Stanzbutzen 34 werden also kontrolliert durch den Kanal 36 abgeführt
und können folgende Fügevorgänge nicht stören.
Da der Kanal 36 einen kleineren Durchmesser aufweist, als
die kreisförmige Schneidkante 28, müssen
die Stanzbutzen 34 durch die Kraft der Stempeleinheit 22 in
den Kanal eingedrückt werden. Hierdurch wird ein Gegendruck
gegen die Wirkung der Stempeleinheit 22 aufgebaut.
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Unter
der Wirkung des Drucks der Stempelwirkung 22 bzw. deren
inneren Stempel 26 und des Gegendrucks der Stanzbutzen 34 wird
das Material des weicheren Blechs 14 plastifiziert, so
dass es um die Kante 38 der ausgestanzten Öffnung
im Blech 12 zu fließen beginnt. Durch die seitliche
Verdrängung des Materials des Bleches 14 in Richtung
der Pfeile 40 wird so ein Hinterschnitt und damit ein Formschluss
zwischen den Blechen 12, 14 erzeugt. Sobald dieser
Hinterschnitt erzeugt ist, wird, wie in 6 dargestellt
die Stempeleinheit 22 sowie der Niederhalter 16 zurückgefahren,
der gefügte Verbund aus den Blechen 12, 14 kann
entfernt werden. Die Stanzbutzen 34 verbleiben dabei in
der konischen Aufnahmeöffnung 30 bzw. im Kanal 36 und können
beim nächsten Fügevorgang wieder einen Gegendruck
gegen die Stempeleinheit 22 aufbauen.
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7 zeigt
eine alternative Stempeleinheit 22 mit einem einteiligen
Stempel 42. Dieser umfasst einen ersten Stempelbereich 44 und
einen zweiten Stempelbereich 46 zwischen denen sich ein Übergangsbereich 48 erstreckt.
Der erste Stempelbereich 44 liegt dabei axial gesehen vor
dem zweiten Stempelbereich 46 und weist einen kleineren
Durchmesser auf. Der erste Bereich 44 dient dabei der Verformung
des Blechs 14 in die bereits ausgestanzte Öffnung
hinein, während der zweite Bereich 46 bzw. der Übergangsbereich 48 die
Bleche gegen die Schneidkante 28 der Schneidmatrize 20 anpressen.
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In 8 ist
ein alternativer Niederhalter 16 dargestellt. Dieser ist
zweitteilig mit einem Außenteil 50 und einem Innenteil 52,
welches federnd über Federn 54 gehalten ist. Über
die Anlagefläche 56 einer Nase 58 wird
der unmittelbare Randbereich der Bleche um die Schneidkante 28 angepresst,
um eine besonders gute Fügegeometrie zu erzielen. Auch
in diesem Ausführungsbeispiel wird ein einteiliger Stempel 42 verwendet.
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Der
in 9 dargestellte Niederhalter 16 beruht
auf dem gleichen Prinzip, die innere Nase 58 des Innenteils 52 des
Niederhalters 16 ist hier jedoch zugespitzt, um eine besonders
kleine Anlagefläche zu erzielen.
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10 zeigt
eine alternative Ausführungsform einer Matrize 20.
Die Schneidkante 28 in der Matrize umschließt
zunächst einen zylindrischen Aufnahmebereich 60,
an welchem sich ein konischer Bereich 62 anschließt,
der sich von der den Blechen zugewandten Seite der Schneidmatrize
weg verengt. Hieran schließt sich ein weiterer zylindrischer
Bereich 66 an, der sich schließlich in einen weiteren
konischen Bereich 68 zu einem Auswurfkanal 70 hin
erweitert. Auf den ersten zylindrischen Bereich kann dabei verzichtet
werden. Wie 11 zeigt, ist auch ein Verzicht
auf den zweiten zylindrischen Bereich möglich, so dass
sich der erste konische Bereich 62 unmittelbar an den zweiten
konischen Bereich 68 der sich wieder erweitert, anschließt.
Auch hier kann auf den ersten zylindrischen Bereich 60 verzichtet
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102006028568
A1 [0002]